Svar:
En mycket bra fråga, som är ett av många exempel på att man, om man vill värna om vår miljö, måste ta hänsyn till alla effekter. Tåg är ju till exempel ett mycket energieffektivt och miljövänligt transportmedel, men man måste också ta hänsyn
till exempelvis tunnelbyggande (tänk på Hallandsåsen!) och hur man producerar den ström som tågen behöver.

Lågenergilampor är små kompakta lysrör, som i stället för en glödtråd har en gas i vilken det blir en urladdning. Lågenergilampor innehåller miljöfarliga ämnen (t.ex. kvicksilver), så när de går sönder måste de tas om hand på ett bra sätt.

Lågenergilampor är betydligt dyrare än vanliga lampor, men de varar längre, så kostnaden blir ungefär densamma. Det har ingen betydelse om värmen kommer från lampor eller element - all energi från lamporna utom den lilla del som går ut genom fönstren används till uppvärmning. Dessutom är det ju så att vi behöver mest uppvärmning på vintern när vi även behöver mest ljus. Värmen från utspridda lampor blir även jämnare fördelad i rummet än från enstaka element.

Skulle man då lika gärna kunna använda bara lampor för uppvärmningen? Nej, det skulle bli för dyrt. Visserligen blir energiförbrukningen (det vill säga elräkningen) densamma, men lamporna går sönder efter en tid, medan ett el-element kan användas mycket länge. Dessutom blir det väldigt ljust hela natten, vilket kan vara störande.

Se även Lågenergilampor sprider kvicksilver med soporna.

Ljuskällor

Ljuskällor är konstruktioner som genererar ljus. Det finns flera olika ljuskällor som bygger på varierande fysikaliska fenomen. Nedan är en sammanställning av fördelar och nackdelar med olika ljuskällor. Detaljer om hur de olika ljuskällorna fungerar finns under länk 1, i Wikipedia-artiklarna Glödlampa och Lågenergilampa samt under nyckelordslänkarna nedan.

Eftersom olika ljuskällor skapar ljus på olika sätt (se nedan) så är fördelningen av ljuset med olika våglängd (spektrum) mycket olika, se figuren nedan.

Glödlampa

Mycket gammal och etablerad ljuskälla som är på väg att fasas ut genom EU-bestämmelser (Incandescent_light_bulb).
Glödlampan har en glödtråd (vanligen av wolfram) som ljuskälla. Glödtråden omges av en skyddande gas (vanligen en ädelgas) innesluten i en glaskolv. Glaskolven är fastsatt i en metallsockel, och elektriskt ledande trådar går från glödtrådens ändar ut genom sockeln. Glödtråden fungerar som ett elektriskt motstånd, och då ström leds genom den blir den het och fungerar därmed som en svartkroppsstrålare (temperaturstrålning) som avger ljus och värme.

++ billig

+ behagligt, varmt ljus

- dålig ljuseffektivitet, c:a 2% (ger mycket värme, Incandescent_light_bulbEfficiency_comparisons)


Lysrör

Etablerad ljuskälla i vissa miljöer, speciellt offentliga (Fluorescent_lamp). Lysrör är en elektrisk ljuskälla som joniserar argon och kvicksilverånga för att bli elektriskt ledande varvid UV-ljus skapas. UV-ljuset exciterar elektroner i det fluorescerande pulver som är anbragt på glasrörets insida. När den exciterade elektronen återfaller i sin lägre bana avges synligt ljus. Glaskvaliteten i röret förhindrar UV-läckage.

+ relativt billigt

+ bra ljuseffektivitet (c.a 10 gånger bättre än en glödlampa)

+ lång livslängd

+ ljuset kan anpassas för olika behov med olika fluoriscenter

- startar upp långsamt (sekunder)

- kallt ljus

- svåra att reglera ljusstyrkan ("dimma")


Lågenergilampa

Är i princip ett litet lysrör och har därför liknande fördelar och nackdelar (Compact_fluorescent_lamp, Lågenergilampa)

+ relativt billig

+ bra ljuseffektivitet

+ lång livslängd (varierar dock)

- startar upp långsamt (sekunder)

- kallt ljus

- innehåller kvicksilver

- åldras (effektiviteten försämras)

- temperaturkänslig

- kan ej "dimmas"


Halogenlampa

Används mest i tillämpningar där man vill ha en liten ljuskälla, t.ex. bilstrålkastare, spotlight (Halogen_lamp). En halogenlampa är en slags glödlampa som innehåller halogengas, vanligen av jod eller brom. I halogenlampan är temperaturen hos glödtråden högre än i en vanlig glödlampa. Den höga temperaturen gör att glödtråden förgasas till viss del men de gasformiga atomerna sublimerar och återgår till glödtråden i ett kretslopp så att den håller 2-4 gånger längre och ger mer ljus än en glödlampa. Halogenlampans ytterhölje är gjort av värmetåligt kvartsglas och har vanligen ett UV-skydd för att filtrera bort UV-strålning.

+ lite högre ljuseffektivitet än en vanlig glödlampa pga högre temperatur

+ innehåller inga tungmetaller

- relativt dyr

- kräver normalt lågspänning så man behöver en transformator

Lysdiod

Har snabbt etablerat sig som en mycket viktig ljuskälla när problemen högt pris och onjutbart ljus har lösts (Light-emitting_diode). Lysdiod (Light Emitting Diode, LED) är en diod som utstrålar inkoherent monokromatiskt ljus vid en elektriskt framåtriktad spänning. Till skillnad från glödlampor, som kan använda likström eller växelström så kräver lysdioder likström med rätt polaritet (några få volt). När spänningen genom PN-övergången är i rätt riktning, flyter en betydande ström genom dioden. Strömmen säges då vara framåtriktad. Spänningen över lysdioden är i detta tillfälle stabil för en given lysdiod och proportionell mot energin av de utstrålade fotonerna. Speciella konstruktioner (fråga [12571]) kan ge vitt ljus.

+ bra ljuseffektivitet

+ ej stötkänslig

+ mycket lång livslängd även om den tappar i effektivitet

+ innehåller inga tungmetaller

+ kan göras mycket små

+ ljuset kan fokuseras till en stråle utan reflektor

-- mycket dyr än så länge

- kallt ljus

- temperaturkänslig (speciellt för värme)

Översikt över de vanligaste lamptyperna (från Sydsvenska Dagbladet 5/12/09):

Glödlampa Lågenergilampa Halogenlampa LED-lampa

 60W 15W 35W 7-15W

710 lumen 710 lumen 710 lumen 710 lumen

12 lumen/W 50 lumen/W 20 lumen/W 50-100 lumen/W

Se Luminous_efficacy för en översikt av effektiviteten (verkningsgraden) av olika ljuskällor. Se länk 2 och Plasma_lamp för information om plasmalampor.

/Peter Ekström 2003-09-03

Svar:
Här är några exempel på material för lysdioder:

GaAs galliumarsenid (infrarött - rött)

GaAsP galliumarsenidfosfid (rött - gult)

GaP galliumfosfid (grönt - blågrönt)

SiC kiselkarbid (blått)

Som dopämnen för n-ledare (elektron-ledare)kan man använda arsenik eller fosfor, för p-ledare (hål-ledare) kan man
använda bor. Ljuset uppstår i gränsskiktet mellan n-ledaren
och p-ledaren.

Normalt bestäms färgen hos ljuset av bandgapets storlek, även om färgen kan påverkas av strömmen. Vid höga strömmar kan man
få bandfyllnad, men då borde ökningen ske på kortvågskanten. Vad
du ser är antagligen att den ökade intensiteten gör, att du ser
längre ut i rött.

Nedanstående figur förklarar funktionen. Observera att man kör dioden i framåtriktningen. När laddningsbärarna kommer till "nedförsbacken" mellan p och n, avlämnar de sin energi i form av ljus. Ett bandgap på 2 eV ger en våglängd på 620 nm vilket är orange ljus. Se vidare LED och Lysdiod.

Pröva att titta på en röd lysdiod i mörker. Då ser man några
diffusa blåaktiga ovaler. Det är inget riktigt ljus, fenomenet
uppstår i huvudet. Vi har ingen förklaring.

/KS/lpe 1998-11-09

Svar:
I fjärrkontrollen sitter en lysdiod (LED), som kan skicka ut
infrarött (osynligt) ljus. På TVn finns en mottagare med en
fototransistor, som är känslig för detta ljus. När man trycker på en knapp på fjärrkontrollen skickas ut en kod i form av (osynliga) ljusblixtar,
olika kod för varje knapp. Mottagaren på TVn vet vad varje kod
betyder.

Uppgift: Leta rätt på var infraröd-mottagaren på TVn sitter. Det ser
antagligen ut som ett litet svart plastfönster. Håll handen framför
mottagaren. Funkar fjärrkontrollen? 

/KS 1998-11-26

Svar:
Att gräset är grönt beror på att klorofyll inte absorberar det gröna ljuset. Det är ljus av andra våglängder som absorberas. Figuren nedan från Wikimedia Commons visar absorptionen för två olika sortes klorofyll. Som synes är det medelvåglängder som inte absorberas, och dessa uppfattar ögat som grönt. Se vidare Klorofyll och Chlorophyll.

Man kan använda detta faktum att växterna alltså bara kan tillgodogöra sig två våglängder (rött och blått) genom att använda speciellt avstämda lysdioder som belysning, se länk 1. Man spar alltså en massa energi genom att bara belysa med de våglängder växterna kan tillgodogöra sig, jämfört med att använda en vanlig glödlampa som till en stor del strålar i våglängder växterna inte han någon nytta av.

Här är en video från Lunds universitet om växternas färseende och användning av lysdioder i växthus:



Länk 2 är från ett företag som tillhandahåller LED-belysning för växthus.

/fa2010_2

/Peter E 2002-10-25

Svar:
Funktionaliteten hos en lysdiod beskrivs bra i Dioder. Wikipedias artikel Led innehåller mycket information och bra länkar.

För att få vitt ljus kan man ha flera lysdioder av olika färg (röd, grön, blå). Dessa kan då blandas till en godtycklig färg, inklusive vitt.

För att ersätta glödlampor använder man ofta fluorescens för att göra om blått ljus (som har det högsta energiinnehållet) till andra färger. Detta är samma metod som används i lysrör och lågenergilampor. Bilden nedan (från Wikipedia-artikeln ovan) visar hur spektrum ser ut. Den smala toppen vid 450 nm är det blå ljuset från dioden och den breda fördelningen vid längre våglängder från fluorescensen gör att ljuset uppfattas som någotsånär vitt.

Det finns två fördelar med att använda lysdioder för belysning. För det första håller de mycket längre (c:a 100000 timmar jämfört med c:a 1000 timmar för en glödlampa och c:a 10000 timmar för ett lysrör). För det andra går nästan 100% av den elektriska energin till produktion av ljus. För en glödlampa är denna effektivitet mindre än 5% - mer än 95% blir värme. För fluoriserande vita lysdioder har man lite förluster som uppkommer när man skiftar det blå ljuset till ljus med lägre energi (längre våglängd) - effekten kallas Stokes-förskjutning, se Stokes_shift.

Vad gäller priset så finns nog ett antal förklaringar. Dels är lysdioder som ger blått ljus (som behövs för att göra vitt ljus) svåra att tillverka. Lysdioder tillverkas under extremt rena förhållanden, för att materialen inte skall kunna ta skada av störande partiklar som försämrar deras funktion. Sedan är produkterna relativt nya - med mer konkurrens kommer de säkert att bli billigare. Dessutom kommer man säkert snart på hur man skall tillverka dem billigare.

PS 7/10/2014:
Nobelpris i fysik 2014 för blå lysdioder, se länk 1.

/Peter E 2003-12-22

Svar:
1 Det finns i princip två sätt att åstadkomma vitt ljus med en lysdiod (LED).

a Antingen har man en LED för varje grundfärg (röd, grön, blå), se nedan. Om man blandar ljuset från dessa får man vad som av ögat uppfattas som vitt ljus (se färg/färgseende). Detta är samma teknik som man använder sig av i en TV. Spektrum är en topp vid vardera rött, grönt och blått, alltså ingalunda kontinuerligt.

b Eller så har man en blå (eller UV) LED och fluorescerande material. Man får då en kontinuerlig våglängdsfördelning som visas i figuren i fråga [12571]. Våglängdsfördelningen är ingalunda den normala från temperaturstrålning (solen, glödlampor), se fråga [12564].

2 Jag tror inte det finns någon forskning om inverkan från LED-ljus. Typ a bör knappast vara farlig, och så höga frekvenser uppfattas inte av ögat (för en bildskärm anses 100 Hz ge stadigt ljus). Men är det skadligt? Det vet man inte säkert. Typ b kan vara skadliga om alltför mycket av UV-ljuset kommer ut.

3 Vet jag i varje fall ingenting om. När LED blir vanligare kommer det säkert fram larm som det gjort om farligheten hos bildskärmar, mobiltelefoner, fält från kraftledningar mm. Jag har en känsla av att vi börjar använda nya uppfinningar, och i en del fall när de visar sig skadliga (t.ex. röntgen och radioaktivitet) så inför vi restriktioner i efterhand. Om varje tillverkare absolut säkert skulle kunna bevisa att hans produkt är säker, så skulle vi inte få några nya produkter. Men farlig som en stark laser med koherent ljus (samlat även på stora avstånd) är den säkert inte. Man skall ju kunna använda den för belysning och displayer!

Se vidare bra artiklar med fler länkar i Wikipedia: Light-emitting_diode och LED_lamp. Lysdiod är på svenska, men inte lika bra.

/Peter E 2009-05-05

Svar:
Linda! Jo, dioden lyser starkare utan motstånd men det är stor risk att den går sönder på grund av för hög ström. I länk 1 finns en kalkylator där man från batterispänningen och maximal ström kan räkna ut ett säkert värde på seriemotståndet.

För ett motstånd är U-I karakteristiken enligt Ohms lag en rät linje genom origo (blå rät linje i nedanstående diagram) med lutningen 1/R, se fråga [15837]. U-I sambandet för en lysdiod ser helt annorlunda ut med mycket låg dynamisk resistans (brant kurva), se nedanstående bild från länk 2.

/Peter E 2014-05-07