#физика_интересное

💡Знали ли вы, что светодиод превращает электрическую энергию в свет без нагрева до высокой температуры?

Светодиод, или LED, — это полупроводниковый прибор, который излучает свет, когда через него проходит электрический ток.

На первый взгляд он устроен очень просто. Внутри находится небольшой полупроводниковый кристалл, соединенный с металлическими контактами и помещенный в корпус. Но именно в кристалле происходит самое интересное.

Основой светодиода служит p–n-переход — граница между двумя областями полупроводника с разными типами проводимости.

В одной области основными носителями заряда являются электроны, а в другой — дырки. Когда к светодиоду прикладывают напряжение в прямом направлении, электроны и дырки движутся навстречу друг другу и рекомбинируют в области p–n-перехода.

▪️При такой рекомбинации энергия высвобождается в виде фотона — кванта света.

А цвет этого света зависит прежде всего от ширины запрещенной зоны полупроводникового материала. Чем больше энергия фотона, тем меньше его длина волны.
Поэтому, изменяя состав полупроводника, можно получать свет разных цветов — от красного и желтого до зеленого, синего и других оттенков.

Но почему светодиоды обычно намного эффективнее обычных ламп накаливания?

▪️В лампе накаливания электрический ток нагревает металлическую нить до очень высокой температуры. Она начинает светиться, но значительная часть энергии уходит в виде инфракрасного излучения и тепла.

В светодиоде свет возникает непосредственно в полупроводнике в результате рекомбинации носителей заряда. Поэтому не требуется нагревать материал до температуры свечения.

🌡️При этом светодиод тоже нагревается. Часть энергии превращается в тепло, поэтому мощные LED требуют отвода тепла с помощью специальных радиаторов.
А как из маленького кристалла получается яркий свет, который мы видим снаружи?

Полупроводниковый кристалл размещают в специальной конструкции, которая помогает отводить тепло, подавать электрический ток и эффективно выводить свет наружу. В корпусе также может использоваться оптическая система, формирующая нужное направление светового потока.

А белые светодиоды — отдельная интересная история. Один из распространенных способов получить белый свет — использовать синий светодиод и люминофор. Синий свет возбуждает люминофор, который начинает излучать свет с более длинными длинами волн. Смесь этого излучения с оставшимся синим светом воспринимается нашим глазом как белая.

Так и получается, что обычная лампочка в потолке — это маленький кусочек квантовой физики. ▪️

#физикадлявсех