Ikke for å være ekkel, men nå går det raskt mot høst. Og da gjelder det å ha godt lys på bilen. Hva er egentlig lys?
Bildet øverst: Honda var som vanlig tidlig ute og pyntet fronten på Insight hybrid med mange skarpe smålys – for en mannsalder siden ... (Foto: Honda)
Av Stein Bekkevold
Gode gamle Einstein fastslo for over 100 år siden at lys er TO ting: Bølger fra elektromagnetisme, og partikler. Dette fikk selv hans heteste tilhengere til å lure på om gubben hadde gått av skaftet.
Lys er EMR
Her er fysikken: synlig lys er elektromagnetisk stråling (EMR, der R betyr radiation) som VI (du og jeg) kan se. Det er i det synlige spekteret – i bølgelengder rundt 400–700 nanometer (nm), med frekvenser 750–420 terahertz. Det synlige frekvensbåndet ligger ved siden av det infrarøde (med lengre bølgelengder og lavere frekvenser) og det ultrafiolette (med kortere bølgelengder og høyere frekvenser), alt kalles optisk stråling. Bare for å ha sagt det.
En tidlig LED-lampe så slik ut; strømmen går inn ved pluss, hisser opp keramiske materialer – gallium-arsenid men også andre – og gir skarpt lys med minimalt strømbehov – før strømmen går ut igjen ved minus. Smart! (Foto: Osram)
Geometrisk optikk
Vi skal straks se på bilens moderne lyskilder, men først: I fysikken kan lys være EMR-stråling i alle bølgelengder, synlige eller ikke. Også gammastråler, røntgenstråler, mikrobølger og radiobølger er sånn sett lys. Men usynlig for oss stakkarer.
Det viktigste ved synlig lys er intensitet, utstråling, frekvens- eller bølgelengdespektrum pluss polarisering. Lysets hastighet i vakuum er 299792458 m/s- en grunnleggende fysikk-konstant akkurat som Joule og Ampere og kilogram og meter og de der.
All EMR viser seg både som partikler og bølger. Enkeltstående, masseløse elementærpartikler (kvanter) av lys heter fotoner, og kan ses med spesialutstyr – mens interferens beviser at lys er bølger – genigubben hadde rett. Lys ser vi ved hjelp av geometrisk optikk; kvanteoptikk er sentral forskning i dagens fysikk.
Kvanter
EMR i synlig lys består altså av kvanter (fotoner) i den nedre enden av det energiområde som gir elektronisk reaksjon (eksitasjon) i molekyler, de påvirker kjemien. I IR-enden av det synlige spekteret er EMR usynlig for oss (infrarød) fordi fotonene der ikke bærer nok energi til å gi endring i netthinnen, en endring som ellers jo gjør at vi ser.
Det finnes dyr som ser IR, men ikke med kvanteabsorpsjon; IR-syn hos slanger er termiskavbildning og viktig for nattjegere.
Over området for synlig lys ligger UV som er usynlig for oss fordi det stanser i hornhinnen ved bølgelengde under 360 nm og i den indre linsen under 400 nm. Dessuten kan ikke (stavene og tappene i) nett-hinnen se de korte UV-bølgene – de blir dessuten skadet av UV.
Vi kan definere synlig lys så smalt som 420–680 nm eller så bredt som 380–800 nm. I avanserte lab kan de se IR til 1050 nm; barn og unge voksne kan se UV ned til omtrent 310–313 nm. Så lys er fysisk sett ganske kronglete.
Dette lyset kommer fra et stort antall LED-elementer, og du ser unger, elg og rådyr akkurat i tide … (Foto: ADAC)
Lyskilder
Glødelampe, halogenlampe eller LED? Da bilene fikk elektrisk lys brukte de Edisons (og andres) oppfinnelse – den elektriske glødelampen. Gult lys og dårlig lysutbytte i lumen per Wvar typisk. Bedre glødetråd ga hvitere lys, men det ble ikke sving på sakene før vi fikk halogenlamper. Og LED.
Teknisk sett forbedret folk *glødelampen ved at Edisons skrøpelige kulltråd ble skiftet ut med wolfram (1910), så gassfylling, så spiralformet glødetråd (1913) og så dobbelt spiral (1934). Lysutbyttet kom nå helt opp i 20 lm/W for store 1000 watts med levetid 1000 timer. Glødetråden var 2500 grader het. Om tempen økte til 2600 steg lysutbyttet til 30 lm/W, men levetiden sank (100 timer). Slike glødelamper hadde enten høyt lysutbytte med kort levetid eller lang levetid med færre lm/w. Lysutbyttet avhang av spenning, trådtemperatur og lampestørrele. I en liten lampe var det stort varmetap og dårligere lysutbytte enn i en stor.
Nå har vi sjelden glødelamper i frontlyktene (bare i herlige veteranvogner) og litt mer moderne biler har gasslamper. I slike – halogenlampene – som drives med lavere spenning, er lampegassen tilsatt jod eller brom så trådmetallet fordamper saktere. Dette reduserer sverting av glasset og øker levetiden.
Halogenlamper har ofte høyere trådtemperatur med hvitere lys og høyere lysutbytte. Men nye biler fra seriøse fabrikker har nå LED i nesa. Og dette må vi se på: Light Emitting Diode. Lysutstrålende diode.
LED
er basert på noe snålt som heter elektroluminescens. Og heller ikke dette er noen enorm nyhet for fly hadde slike lamper – lette og energieffektive – en god stund før bilbransjen så at teknikken var lur. Elektroluminescens (fra faststoffdiode!) ble oppdaget alt i 1906 av H. J. Round i Marconi Labs, publisert februar 1907 i Electrical World.
Han hadde sett at krystaller av SiC (silisiumkarbid, karborundum) sendte ut gult, lysegrønt, oransje eller blått lys når strøm ble satt på. En SiC-LED ble laget av russeren Oleg Losev i 1927. Men kommersielt kom LED først da Texas Instruments patenterte nærinfrarød emisjon fra dioder av gallium-arsenid (GaAs) i 1962. Da de kom i salg i 1968 var LED-er ekstremt kostbare, med null praktisk nytte.
Monsanto og Hewlett-Packard ledet så utviklingen helt til en diode – på 1970-tallet – kostet under fem cent. Tidlig på 1990-tallet oppfant S. Nakamura, H. Amano og I. Akasaki blå lysdioder som var langt mer effektive. Dette ga oss helt nytt lyssterkt, energieffektivt og hvitt lys – og fullfarge LED-skjermer. Gjengen fikk Nobelprisen i fysikk i 2014.
Slik så Edisons lampe ut. (Foto: Smithsonian Museum)
Smarte
LED-lamper har mange fordeler. De er svært energieffektive; de gamle pærene gjorde om bare fem prosent av strømmen til lys, resten ble (bortkastet) varme. En LED-lampe lager lys av 80 prosent av strømmen; der har du det. Det gjør at en syv watts LED gir like mye lys som bestemors 60 watt pære. Og levetiden er nå 15 000 timer pluss, mens gamle lyspærer jo brant ut rett som det var …
De første LED-lampene ga kaldt hvitt lys, men nå fås de i mange farger, også varmhvit – a la glødelampe. For å lage slik LED belegges diodene med fosfor, lysstoff. Lyset fra LED-lampene er nå en blanding av diode- og lysstofflys.
Så nå kan høstmørket komme …
*Mange jobbet lenge med glødelampen. Tanken om en ikke-brennende glødetråd kom fra C. A. von Welsbach, som så dette i gasslamper. I 1854 kom H. Göbel med «den første glødetrådlampe med forkullet bambusfiber». J. W. Swan kom først med en brukbar lampe fra fabrikk. T. Edison laget en praktisk glødelampe med egen strømforsyning – og fikk altfor mye av æren for lampen.
