為什麼led燈比白熾燈更節能？
原標題:為什麼led燈比白熾燈更節能？
LED也叫發光二極體，是新型的半導體發光器件，它的核心器件也是一個PN結，但這個PN結比較特殊，和普通二極體的PN結不同。當這個PN結通過正向電流時，就會激發出光子，從而發出光來。
白熾燈是靠燈絲髮熱發光，發光原理與LED有本質區別，所以發光效率很低，很大一部分電能都變成熱能消耗掉了。這一點與LED燈無法相比。資料顯示，LED燈的能耗只為白熾燈的1/10，節能燈的1/4。
用於照明的LED有正白色和暖白色，它其實發的光是藍色，表面塗上黃色熒光粉才變成白色。常用的照明LED單個燈珠，標稱功率為0.5W和1W，工作電壓為2.8V~3.2V，一般用恆流源驅動。下圖為12W恆流源驅動的LED燈板實物圖片，實際功率也就10W左右。LED燈作為新型照明燈具因節能，高效，壽命長而被廣泛使用。
個人觀點，僅供參考，不當之處，批評指正。
2018.03.03 15:55 發佈於北京。
跟胖哥學物理 白熾燈和led燈
到了夜晚，電燈帶給了我們光明。很多人以為是愛迪生髮明的，其實在他之前已經出現了電燈。1874年，加拿大的兩名電氣技師申請了一項電燈專利，在玻璃泡之下充入氮氣，以通電的碳桿發光，但他們沒有足夠財力繼續完善這項發明，於是在1875年把專利賣給了愛迪生。愛迪生購入專利後嘗試改良燈絲，終於在1880年製造出能持續亮1200個小時的碳化竹絲燈。應該說愛迪生對白熾燈實用做出重要貢獻。
白熾燈是第一個進入普通人家的電燈，它把電能轉化成光能時有一個中間過程，先把電能轉化為內能，然後再轉化為光能。其工作原理是：電流通過燈絲（鎢絲，熔點達3000℃以上）時產生熱量，螺旋狀的燈絲不斷將熱量聚集，使得燈絲的溫度達2000℃以上，燈絲在處於白熾狀態時，就像燒紅了的鐵能發光一樣而發出光來。燈絲的溫度越高，發出的光就越亮。故稱之為白熾燈，從能量的轉換角度看，電燈發光時，大量的電能將轉化為熱能，只有極少一部分可以轉化為有用的光能。
20世紀初，因為人類對金屬認識，發現鎢絲熔點比碳要高很多，所以碳化燈絲被鎢絲取代，鎢絲白熾燈沿用至今。但是鎢絲也有一個弱點，容易升華。所以用久後燈絲會變細，玻璃壁會發黑。鎢絲可以在很高的溫度下保持穩定而不會融化，而是直接升華成氣體，等關燈後，溫度下降，鎢氣又重新凝華成固體覆在了燈泡內壁上，因為鎢是黑色固體，所以白熾燈用久了以後，鎢在燈內壁反覆累積，燈泡就會變黑了。
電燈發出的光是全色光，但各種色光的成份比例是由發光物質（鎢）以及溫度決定的。白熾燈的燈絲是鎢絲，燈泡內是真空的，鎢絲通電點亮後正常情況下是發白光，但電壓低於額定電壓的時候就不會正常發白光了，可能是暗紅色，如果燈泡內充入其他氣體也不會發白光，如：充鈉蒸氣就會發橘黃色光。或者燈泡使用帶有顏色的玻璃，也會隨玻璃的顏色發不同顏色的光。
1974年，荷蘭飛利浦首先研製成功了將能夠發出人眼敏感的紅、綠、藍三色光的熒光粉。於是，人們在靠熒光物質發光製作熒光燈，我們日常生活中叫日光燈。傳統型熒光燈即低壓汞燈，是利用低氣壓的汞蒸氣在通電後釋放紫外線，從而使熒光粉發出可見光的原理髮光，因此它屬於低氣壓弧光放電光源。
要弄懂為什麼通電後會發光?我們還有從原子核物理學說起，大家知道，原子核電子是分層排列的。每種原子的電子都有不同的能級，主要取決它們的速度和離原子核的距離。電子不同的能量等級佔有不同的軌函數和軌道。通常來說，有著大能量的電子就會離原子核更遠。 當原子吸收或釋放能量的時候，電子就會在低軌道和高軌道之間移動。原子吸收能量後電子可以躍遷到一個更高的軌道（遠離原子核），由於電子在高能級不穩定，所以會自發的回到較低軌道，這時電子就以光子的形式放出額外的能量。發光的波長取決於有多少能量被釋放出來，這也就取決於電子所在的軌道位置。因此，不同種類的原子就會釋放出不同頻率的光子，這幾乎是所有光源最基本的工作機制。熒光燈的中心元件是一個密封的玻璃管，管內含有少量水銀和惰性氣體，通常是氬氣，通過惰性氣體保護汞蒸汽不會發生化學反應。燈管內壁塗有熒光物質。
當燈管內的惰性氣體在高壓下電離後，形成氣體導電電流，運動的氣體離子在與汞原子碰撞作用之間不斷地給了汞原子能量，使得汞原子的核外電子總能從低軌道躍遷到高軌道，之後汞原子的核外電子由於具有較高的能量會自發地再從高軌道向低軌道（或基態）躍遷，以光子的形式向外釋放能量，同時由於汞原子的原子特徵譜線大部分集中在紫外區域，可知，汞原子釋放出來的光子大部分在紫外區域，這些高能量的光子（紫外線）在和熒光物質的撞擊之間產生了白光。
同學們知道，自然界中物質按導電性可以分為：導體、半導體和絕緣體。半導體是介於導體和絕緣體之間一種物體。利用半導體製作發光二極體之所以能發光，也是原子核外電子一種躍進。二極體是半導體設備中的一種最常見的器件,大多數半導體最是由攙雜半導體材料製成(原子和其它物質)發光二極體導體材料通常都是鋁砷化稼,在純鋁砷化稼中,所有的原子都完美的與它們的鄰居結合,沒有留下自由電子連接電流。發光二極體簡稱為LED。由含鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物製成。當電子與空穴複合時能輻射出可見光，因而可以用來製成發光二極體。
光發光二極體，比如用在數字顯示式時鐘的，間隙的大小決定了光子的頻率，換句話說就是決定了光的色彩。當所有二極體都發出光時，大多數都不是很有效的。在普通二極體里，半導體材料本身吸引大量的光能而結束。發光二極體是由一個塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個特定方向。
在1955年時,美國無線電公司的Rubin Braunstein發現了砷化鎵（GaAs）與及其他半導體合金的紅外線放射作用,而1962年美國通用電氣公司（GE）的Nick Holonyak Jr則開發出可見光的LED.不過,LED真正的起飛是在1990年代日本日亞 (Nichia Chemical Industries Ltd.)的中村修二(Shuji Nakamura) 於1994年和1995年,在氮化鎵(GaN)研究方面獲得重大突破,獲得了藍光LED,繼藍光LED技術突破後,白光LED正式啟動了廣泛的LED應用的時代。
Led因為發光時不發熱，所以主要是把電能轉化成光能。所以，相同發光程度的Led和白熾燈，由於白熾燈還有發熱，所以要多做額外功，因為它的功率就大一些。它的特點：
1、堅固性好：LED是被完全的封裝在環氧樹脂裡面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有鬆動的部分，這些特點使得LED可以說是不易損壞的。LED燈高節能，節能能源無污染即為環保。直流驅動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉換接近100%，相同照明效果比傳統光源節能80%以上。
2、壽命長：LED光源有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環氧樹脂封裝，燈體內也沒有鬆動的部分，不存在燈絲髮光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上。
3、多變幻：LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度並任意混合，即可產生256×256×256＝16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。
4、利環保：環保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬於典型的綠色照明光源。
5、高新尖：與傳統光源單調的發光效果相比，LED光源是低壓微電子產品，成功融合了計算機技術、網路通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，所以亦是數字信息化產品，是半導體光電器件「高新尖」技術，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點。
2018年10月22日於宜昌市尚書巷弄石齋
LED比白熾燈節能太多了，它們的發光原理是不一樣的。
白熾燈是電流流過燈絲產生熱量而發光，就像把鐵絲燒紅能發光一樣，白熾燈是把大量的電能轉化成熱能消耗掉了。而LED燈是利用某種電致發光的半導體材料製成，能耗僅為白熾燈的十分之一，並且有超長的壽命，可以達到10萬個小時以上。當然價格也是極好的，比白熾燈貴了不止多少倍。
因為發光原理不一樣。LED燈是半導體晶元內的電子和空穴複合過程中產生的可見光（當然也有紅外紫外LED在可見光之外），說通俗一點就是把電直接轉化為光能。因為轉換效率不可能達到百分之百，所以會產生一些熱量，現在LED光效已從剛發明時的每瓦零點幾流明達到現在的200多流明/每瓦，隨著光效的不斷提高，產生的熱量會越來越少。而白熾燈就不同了，它的發光原理是依靠高溫來產生的，也就是說電能在這裡的主要工作是用來發熱，由高溫的燈絲來發光，在這裡發熱是發光的前提條件。由於主要能量都轉換成了熱，所以這就決定了它的發光效率很低，每瓦不會超過20流明。在LED的工作過程中熱量是多餘的有害的，隨著技術進步熱量會越來越少。而白熾燈在發光時，發熱是前提條件，是必不可少的，這就是最大的不同。
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