Hoppa till huvudinnehåll

Vetenskap

Kvanthopp den här veckan: en tribut till barndomens Så funkar det-böcker

“Så funkar det”. Så hette en av mina favoritböcker då jag var liten, av Joe Kaufman. “Bland annat "Så funkar världen” och “Så funkar du” ingick också i bokserien. Som titeln säger så handlade böckerna om hur saker och ting i vår omgivning funkar. Tekniken som omger oss. Bilar, flygplan, telefoner etcetera.

Men en hel del vatten har ju flutit under broarna sen dess. Tekniken har gått framåt sedan 1972, då Joe Kaufman gav ut sin ursprungliga Så funkar det-bok.

Konceptet funkar däremot fortfarande. I veckans avsnitt av Kvanthopp ska vi därför gå i Joe Kaufmans fotspår, men uppdatera tekniken en aning. Vi tar en titt på tre olika tekniska prylar som inte fanns i våra hem 1972, och hur de funkar.

Så funkar det-boken av Joe Kaufman.
Bildtext Ursprungstiteln för Joe Kaufmans bok var "What makes it go?"

I det här avsnittet: så funkar led-lampan, luftvärmepumpen och plattskärms-TV:n. Vad får led-lampan att lysa? Hur beter sig luftvärmepumpen för att ta värme utifrån och flytta in den i våra hem – eller vice versa – och vad hände med barndomens feta TV-apparater, hur blev de så tunna med ens?

Det gick upp ett ljus: led-lampans segertåg

Hälsningar från Esbo, vår familj bor här i en liten gul trävilla. Vi flyttade in hösten 2009. En av lamporna ute på gården var mörk när vi kom hit, så jag bytte den. Kring den här tiden hade det börjat dyka upp led-lampor i butikerna, vid sidan av de traditionella glödlamporna och lysrörslamporna, de så kallade lågenergilamporna. Så jag tänkte att jag ska testa en sådan.

Det var en dyr lampa, och den lyste inte så jättestarkt, men å andra sidan – där lyser den fortfarande. I ur och skur, genom tolv långa, kalla, mörka vintrar har den lyst här. Jag minns tiden med glödlamporna, speciellt i utebelysningen fick man byta dem mest hela tiden. 

Plus att glödlampor utomhus bokstavligen är värme till kråkorna. En glödlampa omvandlar cirka 95 procent av all energi du matar i den till värme. Tänk på det: en glödlampa på 60 watt ger dig 57 watt i form av värme, och tre (!) watt i form av ljus. För varje watt som du pumpar in i glödlampan får du 15 lumen (SI-enheten för ljusflöde). Led-lampan ger mellan 100 och 200 lumen per watt.

Olika lamptyper. Fr.v.: Glödlampa, Halogenlampa, 2 x lågenergilampor (lysrörslampor) och LED-lampa
Bildtext Olika lamptyper. Fr.v.: glödlampa, halogenlampa, två olika lågenergilampor (lysrörslampor) och längst till höger led-lampan.

Kråkorna blir inte helt lottlösa heller med led-lampan. Av strömmen den förbrukar blir mellan 20 och 50 procent till värme, beroende på typ och modell. Det är fortfarande en del, men en typisk led-lampa ger ändå 15 gånger mindre värme åt kråkorna än glödlampan. 

Det har att göra med en viktig skillnad när det kommer till hur de två lamptyperna funkar. Som namnet säger, glödlampans glödtråd glöder när man leder ström genom den. Ledlampan funkar inte så. Ledlampans ljus är så kallad elektroluminiscens, ljus som exciterade elektroner avger när man kör ström genom vissa material, eller utsätter det för ett starkt elektriskt fält.

Led-lampan behöver hur som helst kunna avleda den värme den producerar, för just värme är det som förkortar en led-lampas livslängd allra mest. Sätt alltså helst inte en led-lampa i en sluten armatur, om lampan inte är klassificerad för den sortens användning.

Det här ger bland annat led-lampan en längre livslängd: sisådär 25 000 timmar, mot glödlampans 1 200 timmar, i genomsnitt. 

Enkelriktad = kräver likström

Led kommer alltså från engelskans Light Emitting Diode, alltså lysdiod. Man kan också kalla en led-lampa för en lysdiod, eller diodlampa, kort och gott. Men led-lampa har nu blivit den gängse benämningen.

Och så här funkar alltså en led-lampa. Som sagt är den en lysdiod. Och vad är en diod då? Dioden leder ström, men i motsats till glödlampans glödtråd är den enkelriktad. Den funkar lite som ventilen på ett cykeldäck. Precis som ventilen på cykeldäcket bara släpper igenom luft åt ena hållet, släpper dioden enbart igenom ström åt ena hållet. 

Lysdioden kräver därför likström för att kunna ge något ljus överhuvudtaget. Led-lampan du köper innehåller alltså en liten inbyggd transformator som omvandlar väggströmmens växelström till likström.

Har du en led-ficklampa där hemma? Ta en titt på själva dioden, det som producerar ljuset (men se till att den är släckt först). Den är en liten, gul, fyrkantig fläck på en platt yta. Inte en rund glasknopp som sticker upp, som i gammaldags ficklampor. Här kommer vi till en viktig skillnad.

En led-ficklampa.
Bildtext Titta mamma, ingen reflektor! Led-lampans ljus är riktat, den behöver alltså i princip inte slösa energi på att studsa sitt ljus via allsköns reflektorer och speglar.

Glödlampor, fluorescerande lampor och halogenlampor, de lyser i 360 grader runtomkring sig. De kastar ljus överallt, också dit där det inte behövs. Därför krävs det reflektorer för att omdirigera en del av ljuset. Men lite ljus går alltid förlorat i reflektorerna.

Lysdiodernas ljus däremot, det är riktat. Det lyser bara åt ett håll, vilket också det sparar energi, då allt ljus flödar i den riktningen man vill ha det, inte hejvilt åt alla håll och kanter. Så en reflektor är i princip inte nödvändig. Min led-ficklampa har följaktligen inte en reflektor, den har en lins som formar ljusstrålen enligt hur man vill ha den, bred eller koncentrerad.

Det revolutionerande vita led-ljuset

En lysdiod kan bara producera en viss sorts färg. Det här var länge ett problem. Från början fanns nämligen bara rött och grönt led-ljus, och det funkar ju som regel inte så bra i rumsbelysning (utom i vissa kvarter i Amsterdam). Men tack vare de japanska forskarna Isamu Akasaki, Hiroshi Amano och Shuji Nakamura har vi numera också vita led-lampor.

Trion fick Nobelpriset i fysik 2014 för att de uppfann blåa lysdioder. Kombinerar man röda, gröna och blåa lysdioder och placerar dem nära varandra, då producerar de tillsammans vitt ljus, sådant som kan användas i vanlig belysning. 

En lysdiod som kombinerar rött, grönt och blått kallas RGB-lysdiod. Genom att lysa olika mycket med grundfärgerna kan en RGB-lysdiod åstadkomma en mängd olika färger. När den lyser med full styrka med alla färger blir ljuset vitt. När den bara lyser rött blir ljuset också rött. Om den lyser både rött och grönt blir ljuset gult. 

Grundfärgerna, rött grönt och blått.
Bildtext RGB eller rött, grönt och blått. Genom att kombinera tre lysdioder som lyser med var sin grundfärg, får man vitt ljus.

Här i mitt arbetsrum har jag till exempel en led-ljusslinga på väggen bakom min dators skärm vars färg jag kan justera hur jag vill, från arktisk soluppgång till tropisk solnedgång. Den är pepprad med små röda, gröna och blå lysdioder.

En lysdiods färg beror på halvledarmaterialen som används, och ljuset behöver inte alltid ens vara synligt: det kan ligga inom såväl det ultravioletta som det infraröda spektrumet. Lysdioderna med osynligt ljus används till exempel i fjärrkontroller.

Det mest effektiva sättet att skapa det vita led-ljuset är hur som helst inte med den röd-grön-blåa cocktailen, utan att använda sig av en blå diod med en viss sorts lysämne inlagt i kislet kring dioden. Ett skikt av cerium-dopat yttrium-aluminium-granat-pulver ger ett gult fluorescensljus som i blandning med det blå diodljuset ger ett jämnt vitt ljus.

Akta ögonen!

Det finns däremot de som säger att den här sortens "vita" lysdioder (bland annat de som lyser upp många mobiltelefoners skärmar) inte är bra för ögonen eftersom de läcker energirikt blåljus, vilket ögonen kan ta skada av i längden. Vill du tänka på dina ögon ska du hellre ha ett “riktigt”, balanserat vitt spektrum i din led-belysning, alltså det som röd-grön-blå-dioderna producerar. 

Mobiltelefoner i händerna på olika människor.
Bildtext De vita lysdioder som agerar ljuskälla i många mobiltelefoner (med LCD-skärm) strålar energirikt blått ljus, vilket i längden kan vara illa för ögonen.

I vilket fall som helst var det alltså de vita led-lamporna som förändrade världen. Det gjorde de uttryckligen för att led-lampan är så energisnål. Mer än 1,5 miljarder av världens människor saknar elnät och led-lampor kan drivas med solel på grund av att de är så energisnåla. Inte minst av den här orsaken ansåg Nobelkommittén att led-lampan var värd ett Nobelpris.

Och det kan vi väl hålla med om. Själv följer jag med intresse med hur länge min gamla led-gårdslampa ännu ska lysa. 

Mera Så funkar det i veckans Kvanthopp!

Vill du höra mera "Så funkar det", lyssna på veckans Kvanthopp (klicka på länken nedan). Där handlar det förutom om led-lampor, också om luftvärmepumpen som värmer upp våra hus med kall luft, och om platt-TV:n som förpassade den gamla bildrörs-TV:n ut i kylan.