LEDillä 230 % sähköinen hyötysuhde

Seuraa 
Viestejä2516
Liittynyt13.3.2008

"LED's efficiency exceeds 100%"
http://www.physorg.com/news/2012-03-efficiency.html

LEDin sähköiseksi hyötysuhteeksi mitattiin 230 %. Sisään syötetty 30 pW (pikowattia) sähkötehoa tuotti 69 pW valoa. Mielenkiintoista on tämä: "Theoretically, this low-voltage strategy allows for an arbitrarily efficient generation of photons at low voltages. "

"230% efficient LEDs seem to violate first law of thermodynamics"
http://dvice.com/archives/2012/03/230-efficient-l.php

Homma selittyy sillä, että sähkön lisäksi valoksi (2.42 +- 0.15 µm) muuttui myös lämpöä eli toimiessaan (korkeassa lämpötilassa, 135 C) tuo LED jäähdytti ympäristöään Peltier - elementin tavoin. Tuosta irtosi julkaisu PRL:ssä:

Parthiban Santhanam, et al. “Thermoelectrically Pumped Light-Emitting Diodes Operating above Unity Efficiency.” Phys. Rev. Lett. 108, 097403 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.097403
Abstrakti http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i9/e097403

Vertailun vuoksi: Artikkelin mukaan samainen LED säteilee noin 40 pW verran lämpösäteilyä samalla aallonpituusvälillä. Sähköllä tuotetun valon osuus jouduttiin kokonaissäteilystä jouduttiin kaivamaan 1 KHz:n pulssituksen ja lock-in - vahvistimen avulla kohinan joukosta.

[edit: lisätty LEDin lämpötila, aallonpituudet ja lämpösäteilyn teho artikkelin perusteella]

Kim Fallström kfa+news@iki.fi

Sivut

Kommentit (25)

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670
Liittynyt16.3.2005

Mielenkiintoista. Äkkiseltään vaikea keksiä vaan käytänön sovelluksia - kun noita pitäsi olla ihan posketon määrä, että saataisiin edes ihmiselle näkyvää määrää valoa.

kfa
Seuraa 
Viestejä2516
Liittynyt13.3.2008
Volitans
Mielenkiintoista. Äkkiseltään vaikea keksiä vaan käytänön sovelluksia - kun noita pitäsi olla ihan posketon määrä, että saataisiin edes ihmiselle näkyvää määrää valoa.



Muokkasin viestiäni. LED tuottaa pitkäaaltoisehkoa IR - säteilyä (2.4 µm) eli ei sitä muutenkaan näkisi...

Sinänsä joku 70 pW ei ole mitenkään mahdoton valoteho nähdä, jos valo vain sattuu näkyvälle alueelle. Kuun valo täysikuun aikaan tropiikissa suoraan ylhäältä tullessa on noin 0.0015 W per neliömetri eli tuo vastaisi 0.2 mm x 0.2 mm kokoisen täysikuun valaiseman valkean pinnan kirkkautta. Jos valo olisi fokusoitua niin näkyvyys paranisi entisestään.

Silmällä voi nähdä luokkaa kymmeniä fotoneita sekunnissa eli tehossa ilmaistuna havaintokynnys on alle 1E-18 W. Pikowatti on sentään 1E-12 W.

Kim Fallström kfa+news@iki.fi

Vierailija
Volitans
Mielenkiintoista. Äkkiseltään vaikea keksiä vaan käytänön sovelluksia - kun noita pitäsi olla ihan posketon määrä, että saataisiin edes ihmiselle näkyvää määrää valoa.



Ikiliikkuja?

Tai ainakin sellaisen likiarvo sillä jäähdyttää ympäristöä. Lisätään vain ledin eteen yli 50% hyötysuhteella toimiva aurinkokenno jolla syötetään lediä.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10607
Liittynyt16.3.2005

Sijoitetaan led kammioon, joka täytetään hiilidioksidilla.
CO2 tunetusti absorboi infrapunaa, ja takaisinsäteily synnyttää kammioon kasvihuoneilmiön, joka lämmittää lediä. Jonkin ajan kuluttua ledin lämpötila on kohonnut niin korkeaksi, että sitä pitää jäähdyttää. Jäähdytysenergia voidaan ottaa talteen esimerkiksi höyrykattilassa.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26864
Liittynyt16.3.2005
BrunenG

Ikiliikkuja?

Tai ainakin sellaisen likiarvo sillä jäähdyttää ympäristöä. Lisätään vain ledin eteen yli 50% hyötysuhteella toimiva aurinkokenno jolla syötetään lediä.




Ei, vaan lämpövoimakone. Ilman lämpötilaeroa tuo Peltier-efekti ei toimi.

Vierailija
Neutroni
BrunenG

Ikiliikkuja?

Tai ainakin sellaisen likiarvo sillä jäähdyttää ympäristöä. Lisätään vain ledin eteen yli 50% hyötysuhteella toimiva aurinkokenno jolla syötetään lediä.




Ei, vaan lämpövoimakone. Ilman lämpötilaeroa tuo Peltier-efekti ei toimi.

Voisitko tarkentaa ?

Siis onko tuo LED mielestäsi lämpövoimakone, vaiko tuollaisen LEDin ja yli 50% hyötysuhteella IR alueella toimivan aurinkokennon yhdistelmä ?

Perinteisesti lämpövoimakoneilla on käsittääkseni 2 lämpösäiliötä eri lämpötilassa, ja lämpövoimakone siirtää lämpöä kuumemmasta kylmempään muuntaen samalla osan energiasta muuhun hyödyllisempään muotoon, esim liike-energiaksi.
Missä tuossa systeemissä ovat nuo 2 lämpösäiliötä, joiden lämpötilaero on lämpövoimakoneen kannalta välttämätöntä ?

Peltierillä taas minä olen ymmärtänyt juuri päinvastoin toimivaa aparaattia, jolla sähköllä tuotetaan yhteen paikkaan kylmää, ja jonnekin muualle hieman enemmän kuumaa.

Eikös tuossa LED:ssä taas ollut vain yksi lämpösäiliö, se LED itse, jota jäähdytetään samalla kun siitä siirtyvä lämpöenergia ja ulkoa otettu sähkö päätyvät IR-alueen fotoneiksi.
Tämä ei minusta kuulosta lämpövoimakoneelta, eikä myöskään peltieriltä, vaan pikemminkin järkevämmältä lämpösäteilijältä kuin pelkkä musta kappale, siis sellaiselta jota voidaan sähköllä säätää ja siten käyttää esim tiedonsiirtoon. fotonithan saadaan suunnattua lähtemään suunnilleen haluttuun suuntaan, toisin kuin mustassa kappaleessa ja lisäksi fotonien lähtöaikaa voidaan joillain toleransseilla säädellä.
Jos taas tarkastelet LEDin lisäksi myös sitä mihin IR osuu, niin sitten tietty kokonaisuus toimii termodynaamisesti vähän kuten peltier, mutta silloin jää tuo tiedonsiirtokyky kokonaan huomioimatta.

Mitä olen nyt missannut ?

Vierailija

Peltier-ilmiö toimii molempiin suuntiin. Yksinkertaisimmillaan se on perustermoelementti, kahden eri metallin kontaktipinta. Virtaa läpi > lämpötilaero, lämpötilaero > jännitepotentiaali, ja tietenkin jännite kuormaan kytkettynä aiheuttaa virran. Google auttaa.

Lämpötilasta sinänsä ei voida luoda energiaa sen energiatason ulkopuolelle, mutta lämpötilaerosta voidaan. Se vastaa sähköisen piirin jännitettä, potentiaalia, kykyä toimintaan. Aina lämpösähköilmiöissä vaaditaan lämpötilaero. Tai vastaavasti jännite-ero. Jotain konkreettista, voisi sanoa alas valuvaa massaa, tarvitaan työn tekemiseen, eli tehon tuottamiseen tietyssä ajassa.

Vierailija
Electric shadow
Peltier-ilmiö toimii molempiin suuntiin. Yksinkertaisimmillaan se on perustermoelementti, kahden eri metallin kontaktipinta. Virtaa läpi > lämpötilaero, lämpötilaero > jännitepotentiaali, ja tietenkin jännite kuormaan kytkettynä aiheuttaa virran. Google auttaa.
Juu, mutta miten tämä mielestäsi liittyy mihinkään ketjussa käsiteltyyn ?
Eihän tuo LED tuota sähköä lämpötilaerosta.

Electric shadow
Lämpötilasta sinänsä ei voida luoda energiaa sen energiatason ulkopuolelle, mutta lämpötilaerosta voidaan. Se vastaa sähköisen piirin jännitettä, potentiaalia, kykyä toimintaan. Aina lämpösähköilmiöissä vaaditaan lämpötilaero. Tai vastaavasti jännite-ero. Jotain konkreettista, voisi sanoa alas valuvaa massaa, tarvitaan työn tekemiseen, eli tehon tuottamiseen tietyssä ajassa.

Tässä ketjun aiheena olevassa LED:ssä ei ollut mitään lämpötila eroa, koko LED oli samassa lämpötilassa.
Mustakappale tuottaa myös lämpösäteilyä vaikka olisi kauttaaltaan samassa lämpötilassa, ihan kuten tuo LED.
Ehkäpä joku haluaisi laskea millä aallonpituudella on mustan kappaleen säteilymaksimi samassa 135 C lämpötilassa, niin voisi verrata sitä tuon LEDin lähettämään 2.42 +- 0.15 µm lämpösäteilyyn, jos kerran tuota tilannetta nyt väkisin halutaan ainoastaan termodynamiikan näkökulmasta käsitellä (miksiköhän ? )

Vierailija
kuukle
Electric shadow
Peltier-ilmiö toimii molempiin suuntiin. Yksinkertaisimmillaan se on perustermoelementti, kahden eri metallin kontaktipinta. Virtaa läpi > lämpötilaero, lämpötilaero > jännitepotentiaali, ja tietenkin jännite kuormaan kytkettynä aiheuttaa virran. Google auttaa.
Juu, mutta miten tämä mielestäsi liittyy mihinkään ketjussa käsiteltyyn ?
Eihän tuo LED tuota sähköä lämpötilaerosta.

Electric shadow
Lämpötilasta sinänsä ei voida luoda energiaa sen energiatason ulkopuolelle, mutta lämpötilaerosta voidaan. Se vastaa sähköisen piirin jännitettä, potentiaalia, kykyä toimintaan. Aina lämpösähköilmiöissä vaaditaan lämpötilaero. Tai vastaavasti jännite-ero. Jotain konkreettista, voisi sanoa alas valuvaa massaa, tarvitaan työn tekemiseen, eli tehon tuottamiseen tietyssä ajassa.

Tässä ketjun aiheena olevassa LED:ssä ei ollut mitään lämpötila eroa, koko LED oli samassa lämpötilassa.
Mustakappale tuottaa myös lämpösäteilyä vaikka olisi kauttaaltaan samassa lämpötilassa, ihan kuten tuo LED.
Ehkäpä joku haluaisi laskea millä aallonpituudella on mustan kappaleen säteilymaksimi samassa 135 C lämpötilassa, niin voisi verrata sitä tuon LEDin lähettämään 2.42 +- 0.15 µm lämpösäteilyyn, jos kerran tuota tilannetta nyt väkisin halutaan ainoastaan termodynamiikan näkökulmasta käsitellä (miksiköhän ? )

Jos lämpötilan vaikutuksesta voidaan muuttaa energiaa toiseksi, siis ei luoda sitä tyhjästä, johonkin se lämpötilaero vaaditaan. Sitä ei nyt tuosta kyseisestä tapaukseta tiedetä, vielä. Energian muutos on mahdollinen, tyhjästä tekeminen ei.

Minusta tällä on turha spekuloida kovin paljon pidemmälle, koska emme tiedä havainnosta oikeastaan mitään vielä. Ei sitä ole yritetty perustella fysiikanvastaisin väittämin. Pitänee odotella.

Vierailija
Electric shadow
Jos lämpötilan vaikutuksesta voidaan muuttaa energiaa toiseksi, siis ei luoda sitä tyhjästä, johonkin se lämpötilaero vaaditaan. Sitä ei nyt tuosta kyseisestä tapaukseta tiedetä, vielä. Energian muutos on mahdollinen, tyhjästä tekeminen ei.
Minun tietääkseni mustan kappaleen lämpösäteily ei vaadi lämpötilaeroa yhtään mihinkään, eikä siinä tehdä energiaa tyhjästä. Ledissä on käsittääkseni kyse tuosta näkökulmasta samasta asiasta.

Electric shadow
Minusta tällä on turha spekuloida kovin paljon pidemmälle, koska emme tiedä havainnosta oikeastaan mitään vielä. Ei sitä ole yritetty perustella fysiikanvastaisin väittämin. Pitänee odotella.

Mikä sitten on mielestäsi fysiikan vastaista, jos ei mikään niin miksi otit sen esille ?

Vierailija
kuukle
Electric shadow
Jos lämpötilan vaikutuksesta voidaan muuttaa energiaa toiseksi, siis ei luoda sitä tyhjästä, johonkin se lämpötilaero vaaditaan. Sitä ei nyt tuosta kyseisestä tapaukseta tiedetä, vielä. Energian muutos on mahdollinen, tyhjästä tekeminen ei.
Minun tietääkseni mustan kappaleen lämpösäteily ei vaadi lämpötilaeroa yhtään mihinkään, eikä siinä tehdä energiaa tyhjästä. Ledissä on käsittääkseni kyse tuosta näkökulmasta samasta asiasta.

Electric shadow
Minusta tällä on turha spekuloida kovin paljon pidemmälle, koska emme tiedä havainnosta oikeastaan mitään vielä. Ei sitä ole yritetty perustella fysiikanvastaisin väittämin. Pitänee odotella.

Mikä sitten on mielestäsi fysiikan vastaista, jos ei mikään niin miksi otit sen esille ?

Jokainen kappale säteilee jotenkin, oli sitten teoreettisen musta tai ei. Ei nyt mentäisi tähän koska tästä riittää jorinaa jo muutenkin riittävästi.

Ei minusta mikään tämän ketjun aiheessa ole toistaiseksi fysiikan vastaista. Ja sitä juuri tarkoitin. Mutta LED:in tuottama valoteho on jostain pois, koska tyhjästä se ei tule. Jos sen läpi kulkeva virta aiheuttaa sen jäähtymisen, se selittää lämpötilaeron. Vaan jos näin olisi, se vaatisi negatiivisen resistanssin lämpökertoimen. Ei sekään ole puolijohteella mahdoton.

On myös kommentteja joissa viitataan mittausepävarmuuksiin, eipä tule unohtaa sitäkään. Varsin pienistä yksiköistä on kyse.

Mutta kun emme tiedä aiheesta oikeastaan mitään, ehdotan aikalisää.

Vierailija
kuukle
Minun tietääkseni mustan kappaleen lämpösäteily ei vaadi lämpötilaeroa yhtään mihinkään, eikä siinä tehdä energiaa tyhjästä. Ledissä on käsittääkseni kyse tuosta näkökulmasta samasta asiasta..
Aivan, mutta jos lämpötilaeroa ei ole, musta kappale imee myös täsmälleen saman määrän säteilyä kuin se itse säteilee.

Vierailija

Eli tämä sopinee hyvin jääkaapi-valaisin yhdistelmäksi.

Ledit jäähdyttävät jääkaapin ja duppaavat valon ja lämmön keittiöön.

kfa
Seuraa 
Viestejä2516
Liittynyt13.3.2008
kuukle
Ehkäpä joku haluaisi laskea millä aallonpituudella on mustan kappaleen säteilymaksimi samassa 135 C lämpötilassa, niin voisi verrata sitä tuon LEDin lähettämään 2.42 +- 0.15 µm lämpösäteilyyn, jos kerran tuota tilannetta nyt väkisin halutaan ainoastaan termodynamiikan näkökulmasta käsitellä (miksiköhän ? )

Planckin lain perusteella se on helppo laskea vaikka jollakin taulukkolaskentaohjelmalla. Tollainen Lämpötilassa 407 K oleva musta kappale lähettää lämpösäteilyä, jonka spektrin maksimi olisi aallonpituudella 7.1 µm. Jos LED olisi musta kappale (mitä se siis ei ole) niin sen lähettämän lämpösäteilyn tehosta numeerisen integroinnin perusteella noin 0.04 % on mainitulla aallonpituusvälillä.

Planckin laki numeerisessa muodossa:

[code:ls9whiwa]Planck(lampot, aallonpit) = (2*5.9552E-17/aallonpit^5)/(exp(0.0143877/(lampot*aallonpit))-1)
[/code:ls9whiwa]
Tuossa lämpötila on kelvineinä ja aallonpituus metreinä.

Kim Fallström kfa+news@iki.fi

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat