Aðsend grein eftir Kristinn Sigurjónsson efna-og rafmangsverkfræðing [email protected]:

Í þessari grein mun ég fjalla um mismunandi ljósgjafa og ljósið frá þeim. Í næstu grein mun ég fjalla um áhrif ljóss á líkamann og lífsklukkuna.

Ljós gert með hita

Hér áður fyrr var allt ljósmeti gert með hita, fyrst með venjulegum kyndlum og kertum (grútarljós, þar sem eldsneytið var grútur, lýsisdreggjar). Edison fann upp glóðarperuna og þannig var hægt að nota rafmagn til að mynda ljós. Var þetta megin notkun rafmagns og var rafmagnið selt með því að selja glóðarperuna.

Þegar ljós er myndað með hita þá fer fyrsta orkan í það að hita hlutinn (glóðarþráðinn) án þess að nokkuð ljós myndist, við enn meiri hita fer svo hluturinn að lýsa (glóa, rauðleitu og hlýju ljósi) og eftir því sem hann verður heitari því stærri hluti orkunnar fer í ljós og ljósnýtnin batnar (lumen/watt, lumen, lm, mælistærð á ljósi og watt, W, mælistærð á afli [orku]). Með því að nota halógen gas er hægt að láta glóðarþráðinn verða heitari (halógen perur) og við það batnar ljósnýtnin verulega, fer úr ca. 7 lm/W í 10 lm/W.

Hvítt ljós

Augað greinir bara þrjá liti, rauðan, grænan og bláan (RGB). Þegar þeir eru í réttum hlutföllum virðist ljósið vera hvítt. Nú þurfa þessir litir ekki allir að vera til að augað skynji ljósið sem hvítt, en almennt þurfa þeir að ná breiddinni frá rauðu, grænu og yfir í blátt.  Þannig var það bylting þegar bláa díóðan uppgötvaðist, því þá var hægt að nota nokkrar ljósdíóður til að fá hvítt ljós og í kjölfarið komu LED skjáir og voru Nóbelsverðlaunin 2014 veitt vegna bláu LED díóðunnar. Litur ljóssins fer eftir bylgjulengd þess, þannig er rauður með lengstu bylgjulengdina af sýnilega ljósinu (800 nm og orkuminnsti liturinn, 1 nm = 1*10–9m) og blár með þá stystu (400 nm orkumesti liturinn).

Hlutur sem er glóandi, hefur ljós rauðleitan lit, en mismunandi eftir því hversu heitur hluturinn er. Því hefur verið búinn til mælikvarði á „lit“ hvíta ljóssins sem segir til um litinn sem glóandi hlutur lýsir og er þetta gjarnan kallað litarhitastig, og fer frá 1700 K (Kelvin hitastig) og upp í 8800 K en þá er liturinn orðinn nokkuð bláleitur eins og himinn. Þessum litum hefur líka verið gefið nafn eins og Warm white (2700 ‑ 3000 K), Cool white (3000 ‑ 5000 K) Day white (5000 - 6500 K) og Sky white (6500 ‑ 8800 K) Þessi nafnaflokkun er ekki stöðluð, Cool white oftast sleppt og skiptingin er eins og á myndinni hér til hliðar, en flestir peru framleiðendur eru farnir að gefa upp litarhitastig K. Hægt er að fá bæði Led ljós og fluorescent ljósrör með mismunandi liti.

Þar sem halógenperur eru nokkuð heitari en gömlu glóperurnar þá er litarhitastig þeirra hærra, allt að 4000 K og hún því bjartari og með blárra (köldu) ljósi en gamla glóperan.

Í reynd er því lítill eðlis munur á því sem kallast glópera og halógenpera. Evrópusambandið bannaði svo glóperuna vegna lélegrar ljósnýtni. (lm/W). Þegar þannig pera eru tengd við „dimmer“ þá kólnar hún og ljósið minnkar, en mest á bláa enda litrófsins og birtan verður rauðleitari og hlýrri (warm white).
 

Ný lýsingartækni

Hægt er að mynda ljós með því að láta rafeindir hoppa á milli orkusvæða (hvela) í sameindinni og þá sendir hún frá sér ljós með lit sem samsvarar orkubilinu. Ljósið verður ekki til vegna hita, því fer lítil orka í þessi efni og því hafa þau miklu hærri ljósnýtni og þekkjum við þau sem flúrperur sem eru gjarnan í skólum og vinnustöðum. Þessir ljósgjafar kallast líka „úrhleðsluljós“ og eru líka algeng í götuljósum, m. a. í rauðleitu götuljósunum. Ljósnýtni þeirra er margfalt betri en halógenpera eða, 70-100 lm/W. Sökum þess að liturinn er háður efninu, en ljós styrkurinn er háður fjölda rafeinda, þá breytist liturinn ekki þegar ljósið er dempað,  það eru bara færri rafeindir sem hoppa á milli orkusvæða, en liturinn er sá sami.

Eins og kom fram hér áður þá hafa komið fram ljósdíóður (LED, Light Emitting Diode) sem byggjast á hoppi rafeinda á milli orkusvæða. Bilið á milli orkusvæðanna er háð efninu, en þar eru mörg atóm í föstu efni, er hægt að hliðra því með íblöndunarefnum og með því að velja saman díóður sem lýsa með mismunandi lit má fá ljós með nánast hvaða lit sem er.  Það eru til LED perur með mismunandi díóðum og með því að lýsa þeim með mismunandi styrk er hægt að fá hvaða lit sem er. Þetta sést best á LED jóla seríum. Allt frá warm white ( 2000 K) og upp í „frosti“ ( 6000 K) Hægt er að fá þessi ljós dimmanleg, en þar sem orkubilið er háð efninu, þá breytist liturinn ekki, þó ljósið minnki eins og hjá glóðarperum (halógenp.) Þetta þekkjum við þegar ljósið er minnkað á tölvuskjánum (LED skjá)  Á kvöldin þegar við viljum hafa það náðugt og viljum dempa ljósin þá viljum við hafa þau hlý og rauðleit (2000 K). Því eru flest LED ljós warm white (2 700 K) því það þykir undarlegt að hafa dauft bláleitt og kalt ljós. Það er þó rétt að geta þess að til eru dimmanleg LED ljós með tveim mismunandi díóðum, þar sem bláa ljósið er minnkað meira en það rauða og þá verður ljósið rauðleitara (hlýlegra), þegar horft er inn á díóðurnar (með slökkt) þá sjást mismunandi díóður. Þessi ljós kallast frá einum framleiðanda warmglow.

Ljósnýtni LED ljósa er komin upp í 200 lm/W, en það er miðað við sjálfa díóðuna, en það er rafeindabúnaður sem breitir húsarafmagninu í rétt rafmagn fyrir díóðuna og því verður ljósnýtnin nokkuð minni. Það er orðið nokkuð algengt að fá LED ljós í dag með ljósnýntina 100 lum/W og orðin því sambærileg og jafnvel betri en önnur úrhleðsluljós eins og flúrljós.

Nánast öll ljós í dag (LED ljós) eru með litahitastigið 2700 - 3000 K því þau henta betur þar sem fólk vill dempa ljós og eru auk þess hlý og „kósi“ Þegar valið er ljós við baðspegla er rétt að hafa litahitastigið nær 4000 K svo það líkist dagsbirtunni.