Online si sta discutendo della possibilità che i LED si surriscaldino più delle lampade alogene.
Una persona ha risposto che la potenza di un faro alogeno generico è di 55 kW, la potenza di un faro a LED Philips H7 è di 25 kW, la luminosità di un faro alogeno è di 1000 lumen e la luminosità di un faro a LED è di 6000 lumen. Una lampada con potenza maggiore e luminosità minore si surriscalderà di più di una lampada con potenza inferiore e luminosità maggiore? Questo non è conforme alla legge di conservazione dell'energia, vero?
CoolMotor ritiene che una lampada con potenza maggiore e luminosità inferiore non si surriscalderà più di una lampada con potenza inferiore e luminosità maggiore, il che non è conforme alla legge di conservazione dell'energia.
La conclusione è corretta, ma il processo di risoluzione del problema è sbagliato.
Cercherò di spiegare, in linea di principio, la logica di chi ha posto la domanda:
Che si tratti di una lampada a LED, di una lampada allo xeno o di una lampada alogena, sono tutte lampade elettriche, ovvero dispositivi che convertono l'energia elettrica in energia luminosa. L'unità di misura dell'energia è il joule (J) e l'unità di misura della potenza è il watt (W). 1 watt = 1 joule/1 secondo, il che significa che la potenza è il lavoro compiuto da 1 joule di energia in 1 secondo, da cui il nome.
Maggiore è la potenza, maggiore è l'energia consumata dal dispositivo. Ad esempio: "La potenza di un faro alogeno comune è di 55 W, mentre quella di un faro a LED Philips H7 è di 25 W". In teoria, la lampada alogena consumerebbe più elettricità e dovrebbe quindi compiere più lavoro, ma in realtà il flusso luminoso emesso dalla lampada alogena è inferiore a quello della lampada a LED. Secondo la legge di conservazione dell'energia, l'energia in eccesso utilizzata non scompare nel nulla, ma viene inevitabilmente convertita in altre forme di energia.
La risposta di cui sopra chiarisce quanto affermato dall'utente: una lampada ad alta potenza e bassa luminosità non genera più calore di una lampada a bassa potenza e alta luminosità, il che non è conforme alla legge di conservazione dell'energia; pertanto, si ritiene che i fari a LED dovrebbero generare meno calore rispetto alle lampade alogene.
Questa conclusione è corretta, ma il processo di conclusione è errato, perché anche i seguenti motivi possono causare un consumo energetico elevato e una luminosità ridotta:
L'occhio umano ha una diversa sensibilità alla luce di diverse temperature di colore e lunghezze d'onda (cioè colori).
L'occhio umano può riconoscere solo la luce visibile e la luce invisibile convertita non è inclusa nel flusso luminoso
1. L'occhio umano ha una diversa sensibilità alla luce di diverse temperature di colore e lunghezze d'onda (ovvero colori).
Questo fa sì che la luce della stessa potenza ma con temperature di colore o colori diversi appaia di luminosità diversa all'occhio umano, con conseguente situazione in cui la potenza di radiazione è elevata e il flusso luminoso è basso. Per rendere il flusso luminoso coerente con la percezione intuitiva delle persone, la funzione visiva viene inclusa nella conversione del flusso luminoso. Tuttavia, il flusso luminoso di 3000K è molto inferiore a quello di 6500K, che è in linea con la percezione effettiva dell'occhio umano. Si dà il caso che la temperatura di colore delle lampade alogene sia di soli 3000K circa, mentre la maggior parte dei fari a LED è di 6500K. Questo spiega anche perché i fari a LED raramente hanno basse temperature di colore, poiché abbassare la temperatura di colore ridurrebbe notevolmente il flusso luminoso.
2. L'occhio umano può riconoscere solo la luce visibile e la luce invisibile convertita non è inclusa nel flusso luminoso
La luce è un'onda elettromagnetica con una gamma di frequenze molto ampia e l'occhio umano può percepire (vedere) solo le onde elettromagnetiche con una frequenza compresa tra 380 e 800 nm, comunemente note come luce visibile. Le onde elettromagnetiche di diverse frequenze vengono percepite dai nostri occhi come colori diversi. Come abbiamo visto, l'unità di misura del flusso luminoso è legata alla funzione visiva. Se la sorgente luminosa produce molta luce invisibile, come i raggi infrarossi e ultravioletti, questi non vengono conteggiati nel flusso luminoso, ma consumano comunque energia.
Allora perché la conclusione che "le lampade a LED con la stessa potenza generano meno calore delle lampade alogene" è corretta?
L'utente menzionato nella citazione: la differenza tra sorgenti luminose calde e sorgenti luminose fredde; ho analizzato la logica generale di questa risposta:
Il tasso di conversione elettro-ottica delle sorgenti di luce fredda è del 30%, ma quasi tutta la luce emessa è luce visibile, quindi l'energia rimanente viene convertita in energia termica, generando calore; il tasso di conversione elettro-ottica delle lampade a incandescenza (lampade alogene) è del 2%, ma una parte considerevole viene convertita in luce infrarossa invisibile, quindi le sorgenti di luce fredda in realtà non sono fredde.
In effetti, la prima parte serve a spiegare perché le sorgenti luminose fredde generano calore, il che è corretto, ma è sbagliato usare sorgenti luminose calde come paragone per fornire un controesempio, perché l'autore ha dimenticato la definizione di sorgenti luminose calde: le sorgenti luminose calde sono sorgenti luminose eccitate dall'energia termica. In altre parole, il principio di emissione luminosa delle lampade a LED e delle lampade alogene è completamente diverso. Il motivo per cui le lampade alogene emettono luce è perché sono calde. Più caldo è il filamento, maggiore è la temperatura di colore e maggiore è il flusso luminoso, ovvero la cosiddetta radiazione di corpo nero; il principio di emissione luminosa delle lampade a LED è semplicemente questo: quando la giunzione P/N nella struttura viene attraversata da corrente, irradia energia sotto forma di luce. Non ha bisogno di calore proprio per emettere luce. Al contrario, il materiale utilizzato per costruire la giunzione P/N non è resistente alle alte temperature. Quando la temperatura è elevata, la giunzione P/N si danneggia. Pertanto, le lampade a LED sono molto sensibili al calore. Con la tecnologia attuale, le lampade a LED si danneggiano quando la temperatura della giunzione supera i 150℃.
Sai perché i LED hanno bisogno di ventole per dissipare il calore, mentre le lampade alogene no?
Poiché i LED sono sensibili al calore, a differenza delle lampade alogene, le lampade a LED sono dotate di ventole. Non è che i LED siano più caldi delle lampade alogene e allo xeno, ma le lampade a LED stesse non sono resistenti alle alte temperature.
