Физика в быту

Наличие ультрафиолета и избыток синего света в спектре – палка о двух концах: с одной стороны, это может уменьшить «световое голодание» тёмной зимой, с другой – может представлять опасность для глаз. Дело в том, что для сокращения хрусталика нужна большая яркость именно жёлто-зелёного света, а на синий свет хрусталик так не реагирует. Когда сине-фиолетового света много, а жёлтого – мало, то хрусталик не чувствует опасности, не сокращается в достаточной мере и не защищает сетчатку от проникновения опасных для неё лучей. Кроме того, электронный пускорегулирующий аппарат создаёт высокочастотное магнитное поле вблизи от неё (об опасности таких полей будет идти речь в следующей части книги). Особенно надо быть осторожными с КЛЛ в настольных светильниках, которые могут оказаться близко к голове. Рекомендуется располагать такие лампы не ближе 30 см от глаз.

Но самый главный недостаток – наличие ртути в газоразрядной трубке. Правда, в КЛЛ её всего 3–5 мг; если трубка разобьётся, заметного отравления парами не будет. И всё же попадание даже такого количества ртути в организм нежелательно. Опять-таки, остаётся проблема утилизации вышедших из строя ламп, а много ли у нас сознательных потребителей, готовых искать специальные пункты утилизации? Да и производители не всегда указывают на упаковках необходимость этого.

Именно из-за наличия ртутных паров с июля 2016 года всем государственным и муниципальным предприятиям и учреждениям РФ запрещено приобретать многие типы люминесцентных ламп, в том числе КЛЛ и лампы с ЭмПРА. А с 2018 года их начали постепенно выводить из оборота. Но мы ещё имеем шанс с ними встретиться: ведь множество светильников с люминесцентными лампами будет работать, пока не выработает свой ресурс, да и на складах имеется их хороший запас, так что они всё ещё продаются в магазинах. В 2020 году из всех проданных ламп люминесцентные составляли немногим менее 5 %.

Под запрет не попадают амальгамные люминесцентные лампы. В них ртуть находится в виде твёрдого сплава – амальгамы. Во время работы лампы амальгама выделяет пары ртути в трубку, а после выключения полностью поглощает её из объёма лампы.

Глава 5 Светодиодные лампы

Отказ от использования люминесцентных ламп стал возможен после выхода на арену в начале 2000-х ламп нового типа – светодиодных, или led-ламп (от английского light-emitting diode), к разговору о которых мы и переходим.

Принцип работы

Сначала о том, что такое светодиод. Это крохотный кристалл полупроводника, в одной половине которого создан путём добавления определённой примеси избыток свободных электронов, а в другой – наоборот, избыток «вакансий», так называемых дырок, которые с удовольствием захватывают свободные электроны. Это и есть светодиод. При пропускании через него тока нужного направления электроны прорываются через границу раздела двух областей и захватываются дырками. При каждом акте захвата выделяется квант света – фотон. Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра, в каком именно – зависит от химического состава светодиода.

В начале 1960-х были созданы светодиоды с красным свечением, в 1970-х годах – с зелёным и жёлтым. Но для получения белого света совершенно необходима ещё и синяя составляющая. Синие же светодиоды появились лишь 20 лет спустя, в 1993 году. С этого момента началась разработка осветительных светодиодных устройств, которые могут давать любой оттенок освещения, в том числе белый. Не удивительно, что за изобретение синих светодиодов японские учёные в 2014 году получили Нобелевскую премию.

Есть два основных способа получения белого света с помощью светодиодов.

Первый – объединить на одной матрице светодиоды трёх основных цветов: красного, зелёного и синего (технология RGB, как в цветном телевидении и фотографии). С точки зрения светоотдачи это самый выгодный вариант, но цветопередача получается не слишком хорошей, особенно для пастельных тонов. Поэтому в бытовых лампах RGB-технологию не применяют, но используют её в световых панелях или лентах.

Второй способ – покрыть кристалл синего светодиода слоем люминофора, излучающего в жёлто-оранжевой части спектра. Часть синего света проходит сквозь люминофор и смешивается с его жёлто-оранжевым свечением. Такое сочетание глаз воспринимает как белый. В отличие от КЛЛ, люминофора требуется гораздо меньше, ведь светодиод очень компактен, поэтому можно использовать более дорогие люминофоры лучшего качества и увеличивать толщину слоя люминофора, улучшая итоговый спектр. Правда, энергоэффективность при этом несколько падает. Преимущество этого способа – хорошая цветопередача.