¿Por qué las luces LED son más respetuosas con el medio ambiente? (Abajo)

Para entender el principio de funcionamiento de los diodos emisores de luz, primero debemos entender una pregunta: por qué algunos materiales pueden conducir electricidad y otros no. Para que un material conduzca electricidad, debe tener suficientes electrones que puedan moverse libremente. Sin embargo, en los átomos y las moléculas, los electrones siempre permanecen en sus posiciones fijas; en la mayoría de los materiales, los electrones requieren mucha energía para liberarse y moverse libremente. Generalmente esa energía no existe. Naturalmente, sin electrones libres, estos materiales no pueden conducir la electricidad y se les conoce comúnmente como aislantes. Algunos materiales, como metales, soluciones salinas, etc. , debido a su estructura especial, tiene una gran cantidad de electrones que pueden moverse libremente. Este es el conductor.

Otros materiales son más especiales, como el silicio. A temperatura ambiente, sus electrones son como aislantes y sólo pueden permanecer en sus propias posiciones, a diferencia de los electrones metálicos que pueden moverse libremente. Pero a diferencia de la mayoría de los aislantes, los electrones del silicio no necesitan mucha energía para moverse desde sus posiciones naturales, por lo que el silicio es más conductor que los aislantes normales. Especialmente a medida que aumenta la temperatura, esta energía se vuelve más pequeña, por lo que estos electrones se mueven libremente con mayor facilidad. Los materiales que son conductores entre un conductor y un aislante se llaman semiconductores.

Pero en aplicaciones prácticas, hacer que el silicio sea conductor no requiere calentamiento, sino mediante "dopaje". Es decir, se introducen otros elementos en el silicio de modo que sus átomos ocupen las posiciones originales de los átomos de silicio. Entonces, ¿cómo mejora el dopaje la conductividad del silicio?

Sabemos que si un átomo quiere combinarse con otro átomo para formar una molécula, en términos generales, los dos átomos necesitan sacar un electrón para combinarse entre sí y formar un enlace químico. Cada átomo de silicio tiene un total de 14 electrones, pero sólo puede extraer 4 electrones para combinarse con otros átomos. Esto significa que cuando los átomos de silicio forman un cristal, cada átomo se puede combinar con exactamente otros 4 átomos de silicio. Si el silicio se dopa con fósforo o arsénico, ambos elementos tienen cinco electrones que pueden combinarse con otros átomos, mientras que los átomos de silicio circundantes sólo necesitan cuatro electrones, por lo que los electrones adicionales no están unidos y pueden combinarse en el cristal de silicio Walk. con libertad. Si se dopan suficientes átomos de fósforo, una gran cantidad de electrones se moverán libremente en el cristal de silicio y la conductividad del silicio aumentará en consecuencia. Un semiconductor que genera electrones libres mediante dopaje se denomina semiconductor tipo N.

¿Qué pasaría si se doparan boro o galio con silicio? Estos dos elementos sólo pueden sacar tres electrones, mientras que el silicio necesita cuatro electrones, por lo que siempre hay un átomo de silicio que no recibe suficientes electrones, lo que forma un agujero. La única manera de tapar este agujero es robar un electrón de un átomo de silicio cercano. Pero se genera un agujero junto a él, y este nuevo agujero extraerá naturalmente electrones del átomo de silicio que se encuentra junto a él. Este movimiento constante equivale al movimiento constante de los agujeros en el cristal de silicio y equivale al libre movimiento de. electrones. De esta forma, el silicio puede conducir la electricidad. Un semiconductor en el que se generan agujeros móviles mediante un dopaje de este tipo se denomina semiconductor de tipo P.

Si el semiconductor tipo N está en contacto con el semiconductor tipo P, entonces el electrodo positivo de la fuente de alimentación está conectado al semiconductor tipo P y el electrodo negativo está conectado al semiconductor tipo N. semiconductor tipo para formar un circuito completo; luego, una gran cantidad de electrones libres cargados negativamente en el semiconductor tipo N. Los electrones se moverán a través del semiconductor tipo P hasta el terminal positivo de la fuente de alimentación. De manera similar, los agujeros cargados positivamente en el semiconductor tipo P se moverán a través del semiconductor tipo N hasta el terminal negativo de la fuente de alimentación. En la unión de los dos semiconductores se encuentran los electrones y los huecos.

Los electrones que se mueven libremente en los semiconductores de tipo N se encuentran en una posición de energía relativamente alta, mientras que los huecos en los semiconductores de tipo P se encuentran en una posición de energía relativamente baja. Cuando se encuentren, los electrones ocuparán la posición original de los agujeros, como una pelota de fútbol que se cae del segundo piso al primer piso, y el exceso de energía de algunos materiales semiconductores se puede liberar en forma de luz; así nació el diodo emisor de luz.

El principio básico de los diodos emisores de luz es el mismo que el de las lámparas fluorescentes, que es el fenómeno de la luminiscencia, sin embargo, la eficiencia luminosa de los diodos emisores de luz es mayor que la de las lámparas fluorescentes y puede; convertir el 30% o más de la energía eléctrica en energía luminosa. Los investigadores esperan aumentar esta proporción al 60%. Aunque las lámparas fluorescentes no calientan tanto como las incandescentes, obviamente pueden hacernos sentir que se están calentando; cuando ponemos las manos sobre las lámparas LED, apenas podemos sentir el calor, lo que obviamente significa que se desperdicia menos energía eléctrica en forma de energía térmica; . La vida útil de los diodos emisores de luz también es más larga que la de las lámparas fluorescentes, que pueden durar 20.000 horas sin sufrir daños, y algunas pueden llegar incluso a 50.000 horas.

Además de ser más eficientes energéticamente que las luces fluorescentes, los diodos emisores de luz evitan los riesgos ambientales de la liberación de mercurio porque no requieren el uso de mercurio tóxico. Además, la estructura de los diodos emisores de luz es más simple que la de las lámparas fluorescentes, por lo que son más compactos, no se puede ignorar la comodidad de uso y la reducción del consumo de energía durante el transporte; En comparación, ¿la luz de fondo del monitor de su computadora es mucho más delgada después de usar diodos emisores de luz en lugar de lámparas fluorescentes?

¿Cómo la luz fría emite luz blanca?

Los amigos más cuidadosos habrán notado que la luz fría tiene muchas ventajas en comparación con las lámparas incandescentes, pero también hay un problema: solo puede emitir un color de luz. La luz monocromática es suficiente para los intermitentes y las luces de señalización, pero si se utiliza para la iluminación interior, la luz monocromática puede resultar muy incómoda. Entonces, ¿cómo se puede hacer que las luces fluorescentes y los diodos emisores de luz emitan una luz blanca suave?

Como todos sabemos, la luz blanca es el resultado de mezclar luz de diferentes colores en luz visible, por lo que si quieres obtener luz blanca a través de luz fría, primero necesitas generar luz de diferentes colores. Si quieres cambiar la velocidad a la que el balón golpea el suelo desde el segundo piso, puedes pararte en el segundo piso de un piso diferente y dejar que el balón golpee el suelo; diferentes pisos liberan energía diferente. Asimismo, la "altura de la capa" de los electrones se puede ajustar cambiando la estructura molecular. La razón por la que se pueden ver varillas fluorescentes de diferentes colores es porque se les añaden moléculas de diferentes "alturas" y la luz que emiten es naturalmente diferente.

Utilizando lámparas fluorescentes o diodos emisores de luz que emiten luz de diferentes colores, podemos combinarlos para formar luz blanca, pero de hecho, aunque la luz blanca contiene luz de muchos colores diferentes, nuestros ojos solo responden a rojo y verde Los tres colores de luz, azul y azul, son los más sensibles, por lo que solo necesitamos mezclar estos tres colores de luz en una determinada proporción para producir el efecto de luz blanca. La mezcla de luz roja y luz verde produce luz amarilla, por lo que si desea producir un efecto de luz blanca, puede mezclar directamente luz amarilla y luz azul. Dos colores que pueden producir un efecto de luz blanca cuando se mezclan se conocen comúnmente como colores complementarios. Las lámparas fluorescentes y los diodos emisores de luz utilizan colores complementarios para producir luz blanca.

La pared interior de una lámpara fluorescente catódica suele estar recubierta con dos materiales fluorescentes diferentes. Cuando se irradian con rayos ultravioleta, emiten fluorescencia amarilla y azul respectivamente y logran un efecto blanco después de mezclarse. Un diodo emisor de luz blanca común es un diodo emisor de luz azul encapsulado en un tubo de lámpara recubierto con material fluorescente amarillo en la pared interior: la luz azul generada por el diodo emisor de luz excita el material fluorescente para producir luz amarilla y los dos se mezclan. Para lograr el efecto de la luz blanca, este diodo emisor de luz blanca es, de hecho, equivalente a una mezcla de diodos emisores de luz y lámparas fluorescentes. Otro diodo emisor de luz blanca común consiste en empaquetar LED que emiten tres colores: rojo, verde y azul para lograr el efecto de la luz blanca. Pero estrictamente hablando, las lámparas fluorescentes y los diodos emisores de luz blanca no emiten luz blanca verdadera, sino que utilizan formas inteligentes para engañar a nuestros ojos y hacernos sentir igual que la luz blanca verdadera.

Dejemos que los números hablen

Hay tantas ventajas de los diodos emisores de luz, entonces, ¿cuánto dinero se puede ahorrar usando diodos emisores de luz en lugar de lámparas incandescentes o fluorescentes? Veamos estimaciones basadas en la situación en Estados Unidos.

Supongamos que tenemos una lámpara incandescente con una potencia de 60 vatios. Para lograr el mismo efecto de iluminación, las lámparas fluorescentes y los diodos emisores de luz sólo necesitan 14 vatios y 10 vatios respectivamente. Si estas tres lámparas se utilizan para proporcionar 50.000 horas de iluminación continua, es decir, si se utilizan durante más de 20 años con 6 horas de iluminación al día, ¿cuánta se necesita?

Cuesta 300 dólares proporcionar 50.000 horas de iluminación con bombillas incandescentes. Además, la vida útil de las lámparas incandescentes es generalmente de sólo 1.000 horas, lo que significa que necesitamos sustituir más de 40 bombillas en los últimos 20 años. Aunque las lámparas incandescentes son las más baratas de los tres tipos de lámparas, reemplazar tantas bombillas sigue siendo un gasto importante, ya que cuesta más de 50 dólares, para un costo total de más de 350 dólares. Las lámparas fluorescentes proporcionan 50.000 horas de iluminación y la factura de electricidad es de sólo 70 dólares. Aunque son más caras que las lámparas incandescentes, debido a su larga vida útil, podemos comprar 5 lámparas por menos de 20 dólares, por lo que el gasto total se reduce considerablemente a menos de 90 dólares. Los diodos emisores de luz (LED) proporcionan 50.000 horas de iluminación y consumen menos electricidad, y cuestan sólo 50 dólares. Desafortunadamente, dado que las luces LED siguen siendo caras actualmente, la mayor parte del ahorro de energía se compensa con las luces adicionales. Sin embargo, aun así, el coste total del uso de iluminación LED es sólo de unos 86 dólares, que sigue siendo inferior al de las lámparas fluorescentes. Se puede observar que las lámparas incandescentes desperdician mucha electricidad y son las menos eficientes, mientras que las lámparas fluorescentes y los diodos emisores de luz obviamente pueden ahorrar energía y recursos. Con la mejora continua de la tecnología de producción de diodos emisores de luz, creo que el costo de los diodos emisores de luz se reducirá considerablemente, lo que nos traerá más beneficios.

Puedes pensar que la diferencia entre una lámpara es insignificante, pero no olvides que existen innumerables lámparas que iluminan en todo el mundo. Sólo en Estados Unidos, más del 10% de la electricidad se utiliza cada año para iluminación. Si se puede mejorar la eficiencia, el ahorro de energía y recursos será considerable. Muchos investigadores apuestan por desarrollar diodos emisores de luz que ahorren más energía y sean más respetuosos con el medio ambiente que las lámparas tradicionales, precisamente para proteger mejor nuestros hogares y disfrutar de una vida mejor.

(Autor: block* * *Polymer)

Referencia

/Sol e Iluminación LED/

/live_led_balas _ comparación .html

http://www.eia.gov/tools/faqs/faq.cfm?id=99&t=3