Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


LED

A fénykibocsátó dióda vagy LED neve az angol Light Emitting Diode rövidítéséből Kép származik. A dióda által kibocsátott fény színe a félvezető anyag összetételétől, ötvözőitől függ. A LED inkoherens keskeny spektrumú fényt bocsát ki. A fény spektruma az infravöröstől, az ultraibolyáig terjedhet.

A fénykibocsátás úgy keletkezik, hogy a diódára adott áramforrás a dióda anyagában levő atomok szabad elektronjainak töltést ad, amitől azok nagyobb töltésű elektronpályára lépnek. Nyitóirányú áram esetén a PN átmeneten az elektronok a N rétegből a P-be, a lyukak a P rétegből az N-be diffundálnak. A diffúziós kisebbségi és többségi töltéshordozók között rekombinációs folyamat indul meg, mely során a felszabaduló energia fotonok formájában kisugárzódik. Nagyobb feszültség hatására nagyobb a kisugárzott fotonok mennyisége, egészen egy bizonyos nyitóirányú áramértékig, ahonnan már nem számottevő a változás.

A sugárzás csak úgy jöhet létre, ha az elektronok átkerülnek a nagyenergiájú vezetési sávból a kisebb energiájú vegyérték sávba. Az elektron eme állapota nem stabil, hanem egy kis idő elteltével visszaugrik az eredeti elektronpályájára. A többletenergia, amivel előzőleg képes volt feljebb lépni, sugárzás formájában hagyja el az atomot. Ez a sugárzás a hullámhossztól függő (lásd a táblázatot) fény formájában jelentkezik. A rekombinációknak körülbelül az 1%-a jár foton kibocsátással, míg a többi hőtermeléssel. Legnagyobb hatásfokkal az infravörös fénydióda rendelkezik (1-5%), a többinél ez 0,05% alatt van.

A LED-ek előnye, hogy a kimeneti fény előállításához alacsony áramot és feszültséget igényelnek, nagy a kapcsolási sebesség, kis helyen elférnek, ütésállók és nagy az élettartamuk.

Felfedezése:

1955-ben Rubin Braunstein az RCA cégtől (Radio Corporation of America) fedezte fel. a gallium-arzeni (GaAs), és egyéb félvezető-ötvözetek infravörös emisszióját. A Texas Instruments kutatói, Bob Biard és Gary Pittman 1-ben fedezte fel a gallium-arzenid fénykibocsátását, amelyet az elektromos áram gerjesztett. Ez a fény a nem látható, infravörös tartományába esett. Biard és Pittman felismerte a munkájuk fontosságát, és szabadalmaztatták a LED-diódát. Az ifj. Nick Holonyak a General Electric Company-tól fejlesztette ki az első gyakorlatban használható látható fényű LED-et 1962-ben.

 

 

LED készítéséhez alkalmazott összetevők

Anyag Szín Hullámhossz
Gallium-arzenid (GaAs) infravörös 940 nm
Gallium-alumínium-arzenid (AlGaAs) vörös és infravörös 890 nm
Gallium-arzenid-foszfit (GaAsP) vörös, narancs és sárga 630 nm
Gallium-foszfit (GaP) zöld 555 nm
Gallium-nitrit (GaN) zöld 525 nm
Cink-szelenid (ZnSe) kék ~500 nm
Indium-gallium-nitrit (InGaN) kék 450 nm
Szilícium-karbid (SiC) kék 480 nm
Gyémánt (C) ultraibolya 400 nm

 

 

 

 

 

 

Izzólámpa

Az izzólámpa az egyik legrégebbi elektromos fényforrásunk. Fényét egy vákuumban, vagy inert gázban izzó volfrám szál adja.

Az izzólámpák legyakrabban egy körtére emlékezetető üvegburából és egy menetes fejből állnak. A burában középen egy spiralizált volfrám szál van vékony volfrám vagy molibdén szálakra felfüggesztve. Az izzószál magas hőmérséklete (2000-3000 K) következtében elektromágneses energiát sugároz, főként infravörös és kisebb Kép részben látható fény tartományban. A volfrám jól közelíti az ideális feketetest tulajdonságait, ezért sugárzása nagyon közel esik a Planck-törvényből számolhatóval. Ebből adódóan a szál hőmérséklete egyértelműen megadja mind a kapott fény spektrumát, mind az elérhető maximális fényhasznosítást. Sajnos a magas hőmérséklet egyúttal alacsony élettartamot is jelent, a megnövedett párolgás miatt. Az elpárolgott wolfrám a burafalon lecsapódik, és rontja annak fényáteresztő képességet.

A bura anyagát tekintve leggyakrabban lágyüveg, halogén izzók esetén keményüveg vagy kvarc. A búrát kisebb lámpák esetében leszivattyúzzák, miáltal a szál és bura között javul a hőszigetelés, de jelentősen romlik az élettartam. Nagyobb lámpák esetében semleges gázzal töltik. Ettől jobban melegszik a bura, de a csökkenő párolgás lehetővé teszi a szálhőmérséklet emelését. Minél rosszabb hővezető gáz alkalmazunk, annál jobb fényhasznosítás érhető el. Ez azt sugallja, hogy argon helyett kriptont, vagy még inkább xenont töltsünk a lámpába.

  1. Üvegbura
  2. Semleges gáz vagy vákuum
  3. Wolframszál
  4. Árambevezető
  5. Árambevezető
  6. Állvány
  7. Üveg állvány
  8. Elektromos kontaktus
  9. Menet
  10. Szigetelés
  11. Elektromos kontaktus

Sajnálatos módon, a drasztikus árkülönbség mellett ezen nemesgázok letörési feszültsége is ez ellen szól. Ugyanis, ha a két elektród között a feszültség meghaladja ezt, bekövetkezik az ívleégés, amikor a két elektród között ívkisülés jön létre. Ez ellen kétféle képpen védekeznek, egyfelől nitrogént kevernek a gázhoz, többszörösére növelve a letörési feszültséget. Másfelől, biztosítékot építenek a lámpába.

A bura belsejében találhatóak üveg alkatrészek, amik biztosítják, mind a fém alkatrészek mechanikai rögzítését, mind az árambevezetők tömitését.

Az ún. fejrészen találhatóak az elektromos kontaktusok. Ez leggyakrabban menetes kivitelű. Ehhez az árambevezetőket lágyforrasztással, vagy ponthegesztéssel rögzítik. Magát a fejet pedig ragasztással rögzítik a burához.

A halogén lámpa

Halogén lámpa különálló UV szűrővel
Halogén lámpa különálló UV szűrővel

 

Az izzólámpa élettartam problémájára született megoldás. A lámpa burájába halogén elemet (jódot vagy brómot) juttatnak, többnyire szerves formában, pl.: dibróm-metán formájában. A spirál apró vastaságegyenletlenségei helyenként magasabb ellenállást eredményeznek. Ezeken a helyeken a hőmérséklet magasabb, a volfrám jobban párolog tovább gyorsítva a szál elvékonyodását. A halogén izzólámpákban az elpárolgott volfrám, és a gáztérben jelenlévő halogén reakcióba lép és volfrám-jódidot (pontosabban volfrám-oxijódidot) alkot. A vegyület az izzószál környezetében elbomlik és a volfrám lerakódik a melegebb részeken. Ez a körfolyamat lehetővé teszi az izzószál hőmérsékletének emelését, ami kedvez a fényhasznosításnak, de növeli a kibocsájtott UV sugárzást is.

Ahhoz, hogy a halogén körfolyamat beinduljon, elengedhetetlen, hogy a bura elérjen egy bizonyos hőmérsékletet. Ezen a hőmérsékleten a lágyüvegek már képlékenyek, ezért a burát keményüvegből, vagy kvarcból készítik.

Halogén izzólámpák különböző bevonatokkal ellátva is készülnek, ez egyrésze UV szűrő, de léteznek infravörös visszaverő bevonatok is. A bevonat visszaveri a hőt az izzószálra, ezáltal kedvezőbb fényhasznosítást biztosít. Ennek ellenéte a látható fényt visszaverő bevonat, ami által ún. infralámpát állítanak elő.

Biztonsági kérdések

A magas hőmérséklet miatt a halogén izzólámpákat zárt világítótestekben alkalmazzák. A tiszta kvarc burájú lámpák előtét szűrő nélkül leégést okozhatnak. A burára került szennyeződések, beleértve az ujjlenyomatokat a lámpa korai tönkremenetelét okozzák.

Az izzólámpa helyettesítése

1980-as években hozták forgalomba az izzólámpa helyettesítésére a kompakt fénycsöveket. Ezek a hosszú élettartamú égők akár 15 000 óráig bírják a hagyományos 1000-1500 helyett. Tulajdonképpen nem mások, mint kisméretű, az izzólámpa foglalatába becsavarható meghajtó elektronikával egybeszerelt fénycsövek.

Nagyobb teljesítmények esetén használatosak még az ún. kevertfényű higanylámpák, bár ezek gyártásukat Európában leállítani tervezik.

Mostanában vannak elterjedőben a meghajtó elektronikával szerelt LED-ek, illetve a nagyon kis teljesítményű (20-50 W) kerámia fémhalogénlámpák. Ezek lévén koncentrált fényforrások, főleg reflektor alkalmazásokban jönnek számításba.

 

Plazma

A fizikában és a kémiában a Képplazma ionizált gázt jelent, illetve a negyedik  halmazállapotot a szilárd, folyadék és gáz mellett. Az ionizált itt azt jelenti, hogy az anyagot alkotó atomokról egy vagy több elektron leszakad és így a plazma ionok és szabad elektronok keveréke lesz. Az így keletkező elektromos töltés miatt a plazma elektromosan vezetővé válik és az elektromágneses mezőkkel kölcsönhat.

A halmazállapot e negyedik formáját először Sir William Crookes írta le 1879-ben, az elnevezés pedig Irving Langmuir nevéhez fűződik 1928-ban(a vérplazmára emlékeztette).

A látható Világegyetem anyagának 99%-a ebben a halmazállapotban van. A plazma magas hőmérsékleten alakul ki, létrehozásához legalább tízezer kelvint kell elérni, hogy az atommag pozitív töltését a hő leküzdje és az elektronok elszakadnak az atomból és ekkor megszűnik az elektronfelhő.

A plazma kinetikus hőmérséklete és sűrűsége széles tartományban változhat (103 – 108 K; 106 – 1030 részecske/m³). Elektromos és mágneses térrel a plazma tulajdonságai térben és időben szabályozhatók. Forró plazma anyagi falakkal nem érintkezhet, ezért befogásához mágneses falakat és tükröket kell alkalmazni. A plazma elektromágneses sugárzó is, amelynek spektruma azonban eltér a feketetest-sugárzástól. A plazma fizikai tulajdonságait a magnetohidrodinamika írja le. Napjainkban széleskörű plazmakutatás folyik az univerzum mélyebb megismerésére, új gyártási eljárások és műszaki termékek (fényforrások, plazma-kijelzők) kialakítására és az emberiség számára oly fontos kontrollált magfúziós energiatermelés megvalósítására. Egy ilyen fúziós reaktor lehet a Tokamak, melynél egy toroid-csőbe zárt deutérium-trícium gázkeverékben magas hőmérsékletű plazmát hoznak létre nagy áramot indukálva, mely fűti a plazmát és ugyanakkor össze is nyomja a pinch-effektus hatására.

 

  Dinamó

 

A dinamóelvet Jedlik Ányos fedezte fel 1861-ben, azonban tőle függetlenül a német Ernst Werner von Siemens szabadalmaztatta elsőként.

Működése

A mozgási indukciót hasznosítja feszültség létesítésére, mert az erős mágneses térben mozgatott villamos vezetőben feszültség jön létre. A keletkező feszültség nagyságát állandó mágneses térerősségnél és távolságnál a mozgás sebessége határozza meg.

A dinamóelvKép

Minden korábban mágnes hatás alá került vastestben valamekkora visszamaradó (remanens) mágneses tér van jelen. Ha ebben a gyenge mágneses térben egy vezetőt mozgatunk, és a vezetőben létrejövő áramot a vastest körüli tekercsbe visszavezetjük, növelni tudjuk a vastestben az erővonalak számát. A sűrűbb erővonalak között mozgatott vezetőben már több áram folyik, ami aztán ismét a vastest erővonalainak számát növeli. Az öngerjesztés addig növekedhet amíg a vastest mágnesesen telítetté válik; vagy amíg a visszavezetett gerjesztőáramot nem korlátozzák valamilyen szabályzóval.

A gépjárművek dinamói

Az 1960-70-es évekig a gépjárművekben dinamót alkalmaztak a jármű villamosenergia ellátásához.

Ezeknek a dinamóknak a hatásfokát a mágneses szórás csökkentésével javították. Ehhez a a gép fogórészét lágyvasból készítették, amely a mágneses fluxust jól vezeti. A fogórész hosszanti hornyaiba szerelték a tekercseket, amelyben a feszültség indukálódik. A tekercsek végeit a forgórész egyik végén lévő kommutátor szeletekhez kötik. A kommutátorral szemben álló kefék vezetik el a létrejött áramot. Az áram egy részét a feszültségszabályzó vezeti vissza az állórész tekercseihez, hogy a gerjesztést növelni lehessen.

A dinamókat a fajlagosan nagy súly, a kommutátor és a kefék alacsony élettartama, valamint a generátorokhoz képest kisebb teljesítmény és hatásfok szorította ki a használatból. A generátor által előállított váltakozó feszültséget már a készülékben egyenirányítják és így hasznosítható.

 

 

 
 

 

Profilkép



Utolsó kép




Archívum

Naptár
<< Augusztus / 2019 >>