原标题:为什么LED灯更环保? 它是如何为我们提供照明的?
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?
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。
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