LED灯更节能环保的优势何在?

最新更新时间:2015-02-21来源: 互联网关键字:LED灯 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
 2014年的诺贝尔物理学奖让发光二极管成为了公众关心的焦点。近些年来,从发光二极管提供背光的液晶显示器到由其提供照明的台灯,这种新型的照明方式正在越来越多地出现在我们的生活中。那么,发光二极管与传统照明方式相比,有哪些优点,它又是如何为我们提供照明的呢?

  白炽:并不高明的发光

  在了解发光二极管的工作原理以及它为什么更加节能之前,我们不妨来看一下传统的白炽灯,也就是俗称的电灯泡是如何发光的。

  如果我告诉你,我们身边的所有物体都在发光,你可能会觉得非常惊讶。是呀,常识告诉我们,天空中只有恒星能发光,连月亮都是反射光;生活中除了电灯、蜡烛等,没看见其他的物体也在发光呀?

  科学家告诉我们,任何物体只要它的温度高于绝对零度,就无时无刻不在以电磁波的形式向外界散发能量,这叫热辐射。电磁波的波长从几千千米到不足1纳米,跨越了巨大的范围,但是只有400-800纳米这很窄的一段才能被我们的眼睛所感知,这就是通常所说的可见光。所以我们可以说,包括我们自身在内的所有物体都在发光。

  然而一个物体发出的电磁波并不是均匀地覆盖所有的波长,而是主要地集中在某个波长附近,而这个波长的长短与物体的温度成反比。对于温度在室温附近的物体来说,它们发出的电磁波主要集中在波长比可见光长的红外线,所以可见光的比例微乎其微。这就是我们看不见这些物体在发光的原因。

  随着物体温度一步步升高,它的热辐射不仅会变得更加强烈,而且发出的电磁波也逐渐变得以可见光为主,因此这些原本看不见发光的物体会变得明亮起来。例如电炉丝加热到几百摄氏度时会发红,就是因为温度升高使得红光取代了红外线,在热辐射中占据了支配地位。如果温度继续升高到几千摄氏度,那么可见光中波长更短的黄、绿、蓝等颜色的光也被大量释放出来。不同波长的可见光混合在一起,我们就看到了与阳光类似的白光,这就是白炽现象。在白炽灯出现之前,人们通过燃烧柴火、灯油或者各种蜡来照明,实际上也是在利用白炽现象,只不过这时候利用的是化学反应产生的高温;而白炽灯则是通过电流将钨丝加热到2,000摄氏度以上,从而产生大量的可见光。

  图1 不同温度的物体的热辐射的比较,曲线由上至下分别是温度为15,000K(0K对应-273.15摄氏度)的恒星、温度为5,800K的恒星(太阳)、温度为3,000K的恒星和温度为310K的人体可见物体。横纵坐标分别为波长(单位为纳米)和热辐射的相对强度,平行于纵坐标的窄色带表示可见光的范围。由此可见物体温度必须足够高才会发出大量的可见光。  白炽现象只是物体被加热时的一个“副产品”,而特地让白炽灯发光要消耗很大的电能,才能把灯丝加热到很高的温度,这并不是很划算。由于所有热辐射发出的电磁波都会覆盖一个宽广的波长范围,白炽灯在发出可见光的同时还会发出大量的红外线、紫外线等,它们对提供照明毫无帮助,却消耗了大量的能量。打个比方,某天你到食堂想买10元钱的馒头,大师傅却给你5毛钱的馒头和9.5元钱的米饭。你说我今天不要米饭,只要馒头;大师傅说不行,馒头和米饭只能这样搭配着卖。为了保证买到足够的馒头,你只好花200元买来10元的馒头,多花了190元钱。白炽灯的工作原理就像这样,输入的电能只有5%左右能够被转化成可见光,其余都变成热能白白浪费掉了。

  白炽灯极低的效率不仅浪费大量的电能,产生的热量也带来了很多令人头疼的问题。这些热量传递到环境中,可能会让使用者感到不舒服,还会轻易地让周围的纸张、布匹等可燃物质的温度升高到燃点以上,带来很大的火灾风险。另外,在几千摄氏度的高温下,许多常温下很稳定的物质都会变得非常活泼,这意味着灯丝很容易损坏。尽管现代的白炽灯使用熔点极高的钨丝,并将灯泡内部抽成真空或者充入惰性气体防止钨被氧化,白炽灯的使用寿命仍然不长,一般不超过1,000小时。也就是说,哪怕灯泡质量再好,每天只用提供3-5小时的照明,一年左右也必须更换了。

  因此,尽管白炽灯为现代文明的进步做出了不可磨灭的贡献,仍然无法避免退出历史舞台的命运。目前,各国政府都已经将淘汰普通白炽灯列上了日程,未来几年时间内,白炽灯将逐渐从人们的视野中消失。那么谁来继续为我们提供照明呢?那就是发光原理截然不同的冷发光。

  效率更高的冷发光

  我们知道,如果用脚去踢一个放在地上的足球,那么每次足球飞起的速度都不尽相同,这是因为我们很难保证每次用力相同。然而如果让这个足球从二楼阳台上自由落下,那么它总会以相同的速度落到地面。这是因为我们把足球从一楼带到二楼的过程中克服了重力的吸引,足球增加了势能。当足球从二楼落下时,增加的势能释放出来,赋予了足球速度。由于楼层的高度是固定的,增加的势能也是固定的,足球落地时的速度自然也是相同的。

  我们还知道,原子是由原子核和核外的电子组成的,原子构成分子是这些电子相互作用把不同的原子维系起来的。无论在原子还是分子中,这些电子也像分别住在一栋高楼中,高楼的每一个楼层被称为能级;楼层越高,对应的能量也就越高。一般来说,电子入住这样一栋高楼时,总是从能量最高的“一楼”开始,逐渐占据上面的楼层。当全部的电子入住完毕时,大楼里还会有许多楼层空着。假设某个分子中的电子占据了大楼的1~10层,如果我们把原本处在下层的电子移动到上一层,那么电子在这个过程中也增加了能量。如果让这个电子回到下层,那么多余的能量也会被释放出来,只不过不是增加速度,而是释放出电磁波。如果电磁波的波长刚好在400~800纳米这个范围,那么电子在这个移动过程中就发出了可见光。演唱会上,歌迷手中挥动的萤光棒就是一个典型的例子。萤光棒买来时并不会发光,一旦我们将它弯曲,萤光棒内部原本被分隔开的几种化学物质混合到一起发生化学反应;反应释放出的能量让某些电子从能量低的状态进入能量高的状态,当它们再次回到能量低的状态时,光就被释放出来了。

  图2 冷发光的一种常见的原理:电子先从外界吸收能量,从能量较低的状态进入能量较高的状态;随后返回能量较低的状态,将多余的能量以可见光的形式放出。  正在发光的荧光棒并不像点亮的白炽灯那样烫手,因此像萤光棒这样的发光通常被称为冷发光。冷发光并不需要像白炽灯那样将物体加热到很高的温度,因此对能量的利用率自然更高一些。冷发光还有一个独特之处,那就是一般不会像白炽发光那样覆盖一个很广的波长范围,而是集中于某一特定的波长。例如一根黄色的萤光棒绝不会发出红光或者蓝光,更不会发出对照明毫无帮助的红外线和紫外线,这也是冷发光对能量的利用率高于白炽发光的一个重要原因。

  图3 萤光棒的发光是典型的冷发光。通常萤光棒只能发出一种颜色的光,通过改变萤光棒中化学物质的结构可以得到发不同颜色光的萤光棒。

  荧光灯:冷发光的典范

  前面提到的萤光棒是利用了化学反应让电子进入高能量的状态,我们也可以利用光来给电子提供能量。例如把一张钞票放在紫外灯下,我们会发现有的区域发出蓝光,这是因为这些区域里某些物质的电子能够吸收紫外线的能量,从而产生了冷发光。这样由光提供能量的冷发光被称为荧光或者磷光,而荧光灯就是利用了这一原理。

  荧光灯灯管的内壁涂有一层荧光粉,两端是钨制灯丝,灯管中添加少量的汞,并充入氩气等惰性气体。电路接通后,电流流经灯丝,大量的电子从灯丝中释放出来。这些电子与灯丝中氩气的原子发生激烈的碰撞,使得氩原子中的一些电子逃逸出来;而氩原子自己则带上正电,变成了氩离子。这些电子和氩离子从灯管的一端移动到另一端,在移动过程中放出的热量把液态汞变成了汞蒸汽;而进入到蒸汽中的汞原子也与电子和氩离子发生碰撞。碰撞的结果,大量的紫外线从汞蒸汽中被释放出来。荧光粉吸收紫外线的能量,随即产生荧光或者磷光现象。这些物质发出的不再是紫外线,而是可见光。这样,通过几道工序的互相配合,荧光灯就把电能转化为光能。

  由于依靠冷发光原理提供照明,荧光灯的效率要大大高于白炽灯,可以将20-25%的电能转化为光能。荧光灯的使用寿命也大大长于白炽灯,理论上至少可以持续提供10,000小时的照明。不过人们仍然不满足这样的数字,于是又开发了另一种借助冷发光原理的灯具——发光二极管。

关键字:LED灯 编辑:探路者 引用地址:LED灯更节能环保的优势何在?

上一篇:购物中心LED照明设计详细方案分析
下一篇:如何选择合适的LED灯具?照明设计师有绝招!

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:52

8月全球LED灯泡价格稳中有降,欧美灯丝灯热潮延烧至亚洲
电子网消息,集邦咨询LED研究中心(LEDinside)最新价格报告指出,2017年8月,全球LED灯泡价格继续下滑,取代40瓦白炽灯的LED灯泡零售均价下滑1.1%,为6.4美元;取代60瓦白炽灯的LED灯泡零售均价下滑1.5%,为7.7美元。 LEDinside分析师余彬表示,日本地区价格降幅较大,部分厂商推出低价新品,致使原有产品价格亦跟随下滑,另外该地区亦推出了LED灯丝灯产品,显示不仅仅是欧美,灯丝灯在亚洲地区也逐渐受到欢迎。欧洲地区除了德国以外,英、美地区价格维持稳定,亚洲其他地区价格亦保持稳定。 中国LED器件价格继续保持稳定 中国LED封装方面,进入8月下旬以来,照明市场进入传统淡季,对照明LED需求降
[电源管理]
PIC单片机在ICD1上做LED灯的循环闪烁程序
;************************************************* ;* FLASH.ASM * ;************************************************* ;*-----------------------------------------------* ;*-----------------------------------------------* ;************************************************* ;* 本程序是一个LED灯的循环闪烁程序,用INT键来切换* ;* 闪烁模式 * ;******
[单片机]
节能灯与LED灯孰优?
根据国家发改委《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》,从2012年10月1日起,按功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯,预计至2016年将全面淘汰白炽灯,与此同时,政府将加大力度推动节能灯和LED照明的普及应用。——节能灯,无疑成为LED照明应用在前进途中必须要超越的一大标杆。 谁更节能? 紧凑型荧光灯由于在达到同样光能输出的前提下,只需耗费普通白炽灯用电量的1/5至1/4,从而可以节约大量的照明电能和费用,因此通常又被称为节能灯。中国的节能灯推广战略由来已久,从2008年我国首批财政补贴高效照明产品推出超过6000万只节能灯开始,到目前为止,节能灯在整体灯具市场的占有率已达到55%左右,同时,我国已经成
[电源管理]
新技术:多晶纯抛物面微棱纹无眩光技术LED灯
一般的照明设计是假定窗户无昼光进入的夜间状态下对空间进行照度计算,从而决定照明设备的配置。良好的照明环境不仅要有充足的照度来源,分配均匀的照度, 还要尽可能地避免眩光。      图一:光源的眩光效应   眩光是由于亮度分布或亮度范围的不适宜,或存在极端的亮度对比,以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象。目前存在市场上的LED的眩光比较严重,如果人眼长期接触到眩光,就会感到眼、头晕、不舒适之类的现象。在这种条件下工作,会产生厌烦、急躁不安和疲劳,对人们的生产和生活造成很大的影响,无眩光灯为解决以上问题而发明的。   灯具眩光通常有有两种:即直接眩光和反射眩光。而LED灯的眩光通常是指反射眩光。作为
[电源管理]
新技术:多晶纯抛物面微棱纹无眩光技术<font color='red'>LED灯</font>具
MR16 LED灯驱动器的应用设计
  MR16灯属于多面向反射灯的一种,广泛用于商业零售和家居的装饰性照明,由于它通常以卤素灯丝作为光源,故有诸多缺点如低效率、产生较多热量和卤素囊处理等问题.。但当前的LED技术提供了与MR16兼容、高度可靠、具有高性价比的卤素灯替代方案。例如,安森美半导体能驱动3颗串联LED的驱动器CAT4201就为设计MR16LED灯的工程师提供了一个新的选择。以下将结合MR16灯的特点,介绍用替代MR16卤素灯的高能效MR16LED灯驱动器解决方案。   卤素灯与LED的特性   MR16卤素灯凭借其独特的尺寸、可配置性、聚光能力、美观性和实用性,应用于很多零售和消费性应用的创意照明。常见的MR16卤素灯的光通量范围为150流明
[电源管理]
MR16 <font color='red'>LED灯</font>驱动器的应用设计
浙江绍兴出口货值近7000万美元LED灯
   据统计,今年前3个季度,浙江绍兴地区共出口LED灯具(光源)1562批次、重110.5万千克、货值6944.3万美元,同比分别增长108.0%、193.1%和133.3%,均创下历史新高。     据了解,目前绍兴LED灯具企业处于发展蓄势阶段,部分企业通过兴建厂房购买设备以及引进高端技术人才来加强企业软硬环境的建设和改造。为此,浙江绍兴检验检疫局组织专业检验人员对辖区内LED灯具企业进行走访,了解企业困难,把握服务需求。在进出口贸易中,检验检疫部门具有明显的信息技术优势,绍兴局利用跟踪国外技术性贸易措施的信息机制和风险预警机制,及时将收集到的国外信息主动提供给企业,帮助企业防范出口风险。该局注重检验监管与帮助扶持相结合
[电源管理]
第四节:累计定时中断次数使LED灯闪烁
开场白: 上一节提到在累计主循环次数来实现计时,随着主函数里任务量的增加,为了保证延时时间的准确性,要不断修正设定上限阀值const_time_level 。我们该怎么解决这个问题呢?本节教大家利用累计定时中断次数的方法来解决这个问题。这一节要教会大家四个知识点: 第一点:利用累计定时中断次数的方法实现时间延时 第二点:展现鸿哥最完整的实战程序框架。在主函数循环里用switch语句实现状态机的切换,在定时中断里累计中断次数,这两个的结合就是我写代码最本质的框架思想。 第三点:提醒大家C语言中的int ,long变量是由几个字节构成的数据,凡是在main函数和中断函数里有可能同时改变的变量,这个变量应该在主函数中
[单片机]
激活手机LED灯同时保持较低待机功耗的解决方案
随着用户对手机功能的要求日益增长,一项新的需求进入手机制造商的考虑中,,即手机可以有提供状态的 led 提示,以便在待机的同时,提醒用户注意有未读消息、即将到来的约会安排或者其它通知。最近发布的几款手机甚至因为没有提供LED提示而受到差评。与此同时,用户希望手机的待机时间能够更长。这两个看似简单的问题使手机制造商陷入了意想不到的两难境地:如何在为LED提示供电的同时,保持较低的总待机功耗? LED指示灯通常由 电源管理 IC (PMIC)或其它小型处理器供电。当手机处于唤醒状态时,这没有问题,但该处理器必须持续掌握时序,即使在休眠模式下,也要自动使能和禁用各LED。为了实现此功能,在为整个PMIC上电时会增加数毫安的
[电源管理]
激活手机<font color='red'>LED灯</font>同时保持较低待机功耗的解决方案
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved