Hur fungerar LED?

Ett effektivt sätt att tillverka ljus.

När en glödampa lyser gör den det för att vi har skapat en trång passage, glödtråden, där vi pressar igenom en massa elektroner. Friktionen i den trånga passagen gör att det blir så varmt att tråden börjar glöda. För att glödtråden inte skall brinna av har den kapslats in i en lufttom glaskupa. Då syre saknas kan det inte brinna; Thomas Alva Edisons stora uppfinning glödlampan bygger på detta! (Han gjorde en hel del annat också, både bra och dåligt. Men det är en annan historia. :-))

En nackdel med glödlampor är den dåliga verkningsgraden, dvs hur mycket av inmatad effekt som blir till något nyttigt. I fallet med glödlampan blir ca 5% till ljus, resten blir värme (som vi märker om vi tar i kökslampan hemma).

LED-lampan

I LED-lampan skapas ljus på ett helt annat sätt. LED står för Light Emitting Diode, dvs en diod som sänder ut ljus.

För att förstå hur LED fungerar måste vi ta en titt på atomnivå! Kring atomens kärna kretsar ju elektronerna på olika energinivåer. Det brukar vi i skolan och dagligt bruk åskådliggöra genom att elektronerna finns i olika "skal". Varje skal rymmer ett visst antal elektroner innan det är fullt. Lite förenklat rymmer det inre skalet två elektroner, de följande åtta elektroner. Ju mer komplex atom, desto fler protoner och elektroner, och därmed alltså fler elektronskal.

 

 

Ju längre ut i skalen en elektron befinner sig desto högre energi har den. Det var ju "jobbigt" att ta sig, eller vara tvungen att hamna så långt ut.

Det mesta i naturen strävar ju efter vila och lugn, och så även elektronerna. De vill ha en skön tillvaro med låg energinivå, och strävar alltså inåt, mot lägre skal. Om vi istället tillför elektronen energi tvingar vi upp den i ett högre skal, men den vill snart hoppa ner igen och får då åter sin lägre energi.

Energi kan ju inte förstöras eller tillverkas, bara förändras. Så den energi som "blir över" då elektronen hoppar till sitt lägre favoritskal igen måste ta vägen någonstans! Det gör den genom att en foton avges, en liten historia som svänger med en frekvens ("hastighet") som motsvarar den uppkomna energin. Fotoner och dess svängningar uppfattar våra ögon som ljus!

 

Så med en energikälla, exempelvis ett batteri, kan vi tvinga upp elektroner till högre energinivåer, och när de återgår till sin ursprungliga nivå kommer en foton att avges. Tillräckligt många sådana gör att vi ser ljus.

Verkningsgrad för LED

Av den energi vi stoppar in i en LED-lampa får vi idag ut ca 30-40% som ljus. Jämför det med glödlampans 5%!
Om vi vill ha det lika ljust i båda fallen betyder det alltså att vi klarar oss med en lampa med runt sju gånger lägre effekt. För att grovräkna lite kan vi säga 10 gånger lägre effekt.

Så håll för sista siffran på effektsiffran (Watt) för en glödlampa så ser du ungefär vad som krävs av en LED-lampa. En taklampa hemma på 60W motsvaras alltså i grova drag av en 6W LED-lampa.

Därför sparar du dina batterier i båten

Minns effektlagen, P = U x I. En LED-lampa behöver, på grund av sin högre verkningsgrad, 7-10 gånger mindre effekt för att avge samma ljus som en glödlampa. I båten har vi oförändrat 12V i vårt system. Det betyder att om effekten (P) sjunker måsten även strömmen (I) sjunka lika mycket, eftersom spänningen (U) är konstant. Om du drar lägre ström ur ditt batteri förbrukas under en viss tid mindre energi, Wh eller Ah. Då räcker också batteriet 7-10 gånger längre.