Erinnerst du dich an Glühlampen? Sie wurden aufgrund ihres entsetzlich geringen Wirkungsgrades - weniger als 5 Prozent - größtenteils aus dem Programm genommen. Glühlampen werden nach ihrem Stromverbrauch klassifiziert, beispielsweise nach 60 oder 100 Watt. Aber der größte Teil dieser Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt, nicht in Licht. Natürlich, wenn Sie versuchen, Dinge aufzuheizen, wie im alten Easy-Bake-Ofen, sind sie großartig.
Zum Glück gibt es Alternativen. Für eine Weile waren Kompaktleuchtstofflampen die Hauptoption, aber die Käufer beklagten sich über ihre harte Wirkung. Heutzutage verwenden die meisten Menschen LEDs. Sie sind weitaus effizienter als herkömmliche Glühlampen, und die Lichtqualität ist besser als bei CFLs - aber nicht jeder ist ein Fan. Zum einen sagt Präsident Trump, diese neuen Lichter lassen ihn orange aussehen. Konnte er recht haben? Lass es uns herausfinden.
Zwei Möglichkeiten, Licht zu machen
Wie wäre es mit einer kurzen Auffrischung, wie diese verschiedenen Lichter funktionieren? Die Glühlampe ist das einfachste Licht, das Sie machen können. Im Grunde ist es ein Wolframdraht in einem Glasbehälter. Wenn Sie einen elektrischen Strom durch das Kabel leiten, wird es heiß genug, um zu glühen. Wenn der Draht Luft ausgesetzt wäre, würde er brennen und brechen - deshalb ist er in einer Glühbirne eingeschlossen. Aber das ist es. Das Problem ist, dass die meiste Energie, die es verbraucht, als Wärme verloren geht, da es Licht basierend auf seiner Temperatur erzeugt.
Nun zur LED oder Leuchtdiode. (Ich sage oft "LED-Licht", was ich zugebe, ist redundant.) Diese erzeugen Licht mit einem Festkörpergerät. Ein Halbleitermaterial enthält eine Elektronenenergielücke. Wenn ein Strom durch diese Lücke fließt, erzeugt er eine bestimmte Wellenlänge - daher eine bestimmte Farbe - des Lichts. Das ist eine Vereinfachung, aber fürs Erste ist es in Ordnung.
Aber wie macht man weißes Licht? Es gibt zwei Möglichkeiten. Erstens könnten Sie drei LEDs haben - eine rote, eine grüne und eine blaue. Kombinieren Sie diese und Sie erhalten weißes Licht (mehr dazu weiter unten). Zweitens könnten Sie eine ultraviolette LED mit einer fluoreszierenden Beschichtung herstellen. Das UV-Licht regt die Elektronen in der Beschichtung an, um viele verschiedene Lichtfarben zu erzeugen. So funktionieren altmodische Leuchtstoffröhren, nur dass das UV-Licht von LEDs anstelle eines angeregten Gases erzeugt wird.
Um zu sehen, wie viel besser eine LED ist als eine einfache alte Glühlampe, hier zwei Bilder. Die oberste, aufgenommen mit einer normalen Kamera, zeigt, wie viel sichtbares Licht von jeder Kamera ausgestrahlt wird - ziemlich ähnlich. Das untere ist ein Wärmebild, das mit einer Infrarotkamera aufgenommen wurde.
Sie können sehen, dass sie ungefähr die gleiche Menge an Lichtenergie abgeben, aber die Glühlampe (links) erzeugt viel mehr Wärmeenergie. Ja, die LED auf der Platine, die die Spannung regelt, wird ebenfalls warm. Aber die Glühlampe ist immer noch viel heißer. Diese Lampen habe ich auch an einen Leistungsmesser angeschlossen: Die Glühlampe verbrauchte 63 Watt, die LED nur 6, 5 Watt.
Woher die Farben kommen
Aber was ist mit Farbe? Beginnen wir mit einigen grundlegenden Ideen. Erstens, wie siehst du die Dinge? Wirklich, es gibt zwei Möglichkeiten, wie dies passieren kann. Sie sehen die Glühbirne selbst, weil ein Teil des von ihr ausgestrahlten Lichts auf Ihr Auge trifft. Bei den meisten anderen Dingen wird das Licht von diesem Objekt reflektiert und das reflektierte Licht gelangt in Ihr Auge. Wenn es keine Lichtquelle gibt, wird kein Licht in Ihr Auge reflektiert und alles sieht schwarz aus. Das ist Dunkelheit - die Abwesenheit von Licht.
Was ist mit weißem Licht, wie das Licht der Sonne? Es sieht weiß aus, weil es eine Mischung aus vielen Farben ist. Sie können diese Farben in einem Regenbogen sehen. Das Sonnenlicht tritt so in einen kugelförmigen Wassertropfen ein, dass sich verschiedene Wellenlängen des Lichts (vom Menschen als unterschiedliche Farben wahrgenommen) unterschiedlich stark biegen. Boom. Du bekommst einen Regenbogen.
Wenn wir über dieses sichtbare Spektrum sprechen, teilen wir die Farben häufig in Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett auf. Tatsächlich gibt es unendlich viele Farbtöne zwischen Rot und Violett. Aber was cool ist, ist, dass aufgrund der Funktionsweise unserer Augen jede Farbe, die wir sehen, nur mit rotem, grünem und blauem Licht in unterschiedlichen Anteilen erzeugt werden kann. Beispielsweise ergibt die Kombination von rotem und blauem Licht bei gleicher Intensität die Farbe Magenta.
Hier ist ein großartiges Applet aus PhET-Simulationen, mit dem es Spaß macht, zu spielen. Sie können die Intensität der drei Lichter variieren, um zu sehen, welche Farben sie erzeugen.
Ja, das ist ein riesiges Blatt. Aber ich denke, es kommt auf den Punkt. Wenn Sie nur rotes Licht auf dieses grüne Blatt strahlen, wird nichts reflektiert. Sie würden das Blatt als schwarz sehen. Die Art des Lichts, das ein Objekt beleuchtet, beeinflusst also die Farbe, die Sie wahrnehmen.
Wie Licht die Farben beeinflusst, die Sie sehen
OK, wer ist bereit für ein paar Daten? Folgendes werde ich tun. Ich nehme diese Scheibe mit verschiedenen Farben: Grün, Gelb, Rot, Dunkelrot, Rosa, Blau und Hellblau. Es ist eigentlich Teil eines physikalischen Experiments, das zeigt, wie das Kombinieren von Farben Weiß ergibt (es dreht sich).
Als nächstes kann ich dies einfach mit verschiedenen Lichtern beleuchten und die scheinbare Farbe messen. Für die Messung benutze ich mein Handy. Die Kamera erfasst im Wesentlichen nur das Licht eines Bildes mit drei verschiedenen Sensoren (rot, grün, blau) und erzeugt für jede Farbe einen digitalen Wert - und das ist die Farbe eines Pixels des Bildes. Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun, aber ich habe eine App namens ColorPicker verwendet. Sie zielen einfach mit einem Fadenkreuz auf die Farbe, die Sie messen möchten (im folgenden Beispiel auf den dunkelblauen Bereich), und es werden die RGB-Werte (zwischen 0 und 255) angezeigt. So sieht es aus.
Jetzt kann ich die scheinbare Farbe für die Beleuchtung von LED- und Glühlampen vergleichen. Ich werde Folgendes tun - vielleicht ist es verrückt. Da es für jede Farbablesung drei Werte gibt, kann ich jede Lesung als 3D-Vektor behandeln (mit RGB-Werten anstelle von x, y, z). Wenn jede Farbmessung als Vektor dargestellt wird, kann ich die Winkelabweichung von einer Standardmessung berechnen.
Angenommen, die Messung der Oberlichter wird als "Standard" betrachtet. (Ja, es wäre wahrscheinlich besser gewesen, natürliches Sonnenlicht zu verwenden, aber ich war zu der Zeit drinnen.) Wenn ich die anderen Lichter verwende, wird diese Vektorfarbe in einem etwas anderen Winkel sein.
Folgendes bekomme ich. Dies ist eine grafische Darstellung der Winkelabweichung der beiden Leuchten (LED und Glühlampe) im Vergleich zu den normalen Deckenleuchten.
Was sagt uns das? Es gibt keinen großen Unterschied zwischen diesen beiden Lichtern. Gar nicht viel.
Aber was ist mit einem Licht, das einen Unterschied macht? Was wäre, wenn es grünes Licht gäbe? Ein roter Farbfleck würde nur rotes Licht reflektieren, in diesem Fall würde er schwarz erscheinen. So sieht das gleiche Farbrad mit nur rotem, grünem oder blauem Licht aus.
Ja, unter grünem Licht sind die roten Teile in der Tat größtenteils schwarz. Sie sind nicht perfekt schwarz, weil das nicht perfekt rot ist. Auch menschliche Augen können uns manchmal täuschen. Wenn Sie etwas neben eine andere Farbe stellen, nehmen wir die tatsächliche Farbe nicht immer wahr.
