В интернете разгорелась дискуссия, и многие утверждают, что светодиоды нагреваются сильнее, чем галогенные лампы.
Один человек ответил, что мощность обычной галогенной фары составляет 55 кВт, мощность светодиодной фары Philips H7 — 25 кВт, яркость галогенной фары — 1000 люмен, а яркость светодиодной фары — 6000 люмен. Будет ли лампа с большей мощностью и меньшей яркостью нагреваться сильнее, чем лампа с меньшей мощностью и большей яркостью? Это не соответствует закону сохранения энергии, не так ли?
Компания CoolMotor считает, что лампа с большей мощностью и меньшей яркостью не будет нагреваться сильнее, чем лампа с меньшей мощностью и большей яркостью, что противоречит закону сохранения энергии.
Вывод верен, но процесс решения проблемы неверен.
Позвольте мне попытаться объяснить логику задающего вопрос в принципе:
Будь то светодиодная лампа, ксеноновая лампа или галогенная лампа, все они являются электрическими лампами, то есть устройствами, преобразующими электрическую энергию в световую. Единица измерения энергии — джоуль (Дж), а единица измерения мощности — ватт (Вт). 1 ватт = 1 джоуль/1 секунда, что означает, что мощность — это работа, совершаемая 1 джоулем энергии за 1 секунду, поэтому она и называется мощностью.
Чем выше мощность, тем больше энергии потребляет устройство. Например: «Мощность обычной галогенной фары составляет 55 Вт, а мощность светодиодной фары Philips H7 — 25 Вт». Тогда галогенная лампа потребляет больше электроэнергии и должна совершать больше работы, но на самом деле световой поток, излучаемый галогенной лампой, ниже, чем у светодиодной. Согласно закону сохранения энергии, избыточная энергия не исчезнет сама по себе, а неизбежно преобразуется в другие формы энергии.
Приведенный выше ответ объясняет слова пользователя сети: мощная лампа с низкой яркостью не будет выделять больше тепла, чем маломощная лампа с высокой яркостью, что не соответствует закону сохранения энергии, поэтому считается, что светодиодные фары должны выделять меньше тепла, чем галогенные лампы.
Этот вывод верен, но сам процесс формулирования вывода неверен. Поскольку следующие причины также могут вызывать высокую мощность и низкую яркость:
Человеческий глаз обладает различной чувствительностью к свету с разной цветовой температурой и длиной волны (то есть к разным цветам).
Человеческий глаз способен распознавать только видимый свет, а преобразованный в него невидимый свет не включается в световой поток.
1. Человеческий глаз имеет разную чувствительность к свету с различной цветовой температурой и длиной волны (т.е. к цветам).
Это приводит к тому, что свет одинаковой мощности, но с разной цветовой температурой или цветом, воспринимается человеческим глазом по-разному по яркости, в результате чего мощность излучения высока, а световой поток низок. Чтобы световой поток соответствовал интуитивным ощущениям человека, в преобразование светового потока включается функция зрения. Однако световой поток 3000K значительно ниже, чем 6500K, что соответствует реальному восприятию человеческого глаза. Так случилось, что цветовая температура галогенных ламп составляет всего около 3000K, в то время как большинство светодиодных фар имеют 6500K. Это также объясняет, почему светодиодные фары редко имеют низкую цветовую температуру, поскольку снижение цветовой температуры значительно уменьшает световой поток.
2. Человеческий глаз способен распознавать только видимый свет, а преобразованный в него невидимый свет не входит в световой поток.
Свет — это электромагнитная волна с очень широким диапазоном частот, и человеческий глаз способен распознавать (видеть) только электромагнитные волны с частотой от 380 до 800 нм, обычно называемые видимым светом. Электромагнитные волны разных частот воспринимаются нашими глазами как разные цвета. Как известно, единица измерения светового потока связана с функцией зрения. Если источник света производит много невидимого света, такого как инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, то эти процессы не будут учитываться в световом потоке, но при этом будут потреблять энергию.
Тогда почему же вывод о том, что «светодиодные лампы одинаковой мощности выделяют меньше тепла, чем галогенные лампы», верен?
Пользователь сети, упомянутый в цитате, говорит о разнице между источниками горячего и холодного света; я разобрался в общей логике этого ответа:
Коэффициент электрооптического преобразования источников холодного света составляет 30%, но почти весь излучаемый свет является видимым, поэтому оставшаяся энергия преобразуется в тепловую энергию, что приводит к выделению тепла; коэффициент электрооптического преобразования ламп накаливания (галогенных ламп) составляет 2%, но значительная часть из них преобразуется в невидимый инфракрасный свет, поэтому источники холодного света на самом деле не являются холодными.
На самом деле, первая половина текста используется для объяснения причины, по которой холодные источники света выделяют тепло, что верно, но он ошибается, используя горячие источники света в качестве контрпримера, поскольку забыл определение горячих источников света: горячие источники света — это источники света, возбуждаемые тепловой энергией. Иными словами, принцип излучения светодиодных и галогенных ламп совершенно различен. Причина, по которой галогенные лампы могут излучать свет, заключается в том, что они горячие. Чем горячее нить накаливания, тем выше цветовая температура и тем выше световой поток, то есть так называемое излучение черного тела; а принцип излучения светодиодных ламп прост: когда p/n-переход в структуре заполняется током, он излучает энергию в виде света. Для излучения света ему не требуется собственное тепло. Напротив, материал, используемый для создания p/n-перехода, не устойчив к высоким температурам. При высокой температуре это приводит к разрушению p/n-перехода. Поэтому светодиодные лампы очень боятся перегрева. При использовании современных технологий светодиодные лампы выходят из строя, когда температура перехода превышает 150℃.
Вы знаете, почему светодиодам нужны вентиляторы для отвода тепла, а галогенным лампам — нет?
Поскольку светодиоды боятся перегрева, а галогенные лампы не боятся, светодиодные лампы оснащаются вентиляторами. Дело не в том, что светодиоды нагреваются сильнее галогенных и ксеноновых ламп, а в том, что сами светодиодные лампы не устойчивы к высоким температурам.
