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おはよう、しゃしゃ。朝日新聞によると、
政府が蛍光灯を廃止して、省エネ性能が高い発光ダイオードこと、
LEDに変更する
と意気込んでいます。

そこで、蛍光灯からLEDに変える際に知っておくべき、
基本的な知識について述べていきたいと考えています。
というより、物理分野なので書くのが楽しいのですけれどね。

 

蛍光灯とLEDの違い

チャート式物理を横においてお話を書きます。
原理を知って少しでも科学に興味を向けてほしいことと、
科学思考は技術や商売などほかの分野にも使うので、
じっくり向き合ってほしいと考えているからです。

 

蛍光灯が光る仕組み

チャート式物理

※ チャート式新物理(数研出版)・418ページの図より

蛍光灯は基本、エネルギーを多く消費しがち。
エネルギーは消費電力と置き換えられます。寿命も短いのだけど、価格は安い

北海道に住むと、冬は信号機に雪が付きやすい。
白熱灯(蛍光灯よりも消費電力が高い)で作られた信号機は、
雪を溶かしてくれますが……LEDはなかなか溶けにくい。

蛍光灯が付く原理として、
Arガス(希ガス)に満たされた点灯管から放電が始まると、
蛍光灯の両端にあるフィラメントに電流が流れる。
(フィラメントは電極+-としての役割を持つ)

点灯管は点灯をやめ、安定器(蛍光灯器具の心臓、コイルでできている)
に高電圧が発生し、電圧が電極に加わって気体放電が始まります。
蛍光灯の中に水銀蒸気を含んでおり、紫外線を出します。

光電効果と蛍光灯

蛍光灯を覆う蛍光物質に当たった結果、光を出すのです。
水銀が紫外線(ある波長)を出し、蛍光物質が紫外線を吸収した代わりに、
別の波長を出した結果、光がエネルギーとして現れるのです。
(波長:波の長さ。ある山と次の山の距離)

スペクトル
スペクトル画像はこちらのサイトより

スペクトルという言葉があります。
エネルギーと波長の違いを色にしたものです。
波長が短いと紫外線になり、お肌にあまり良くない現象をもたらします。
波長が長いと赤外線になり、炭火などの余熱に使われます。

赤外線と紫外線の間が、私たちにとって目で認識できる範囲です。

 

発光ダイオード(LED)が光る仕組み

LED

LEDはLight Emitting Diodeの略です。
発光ダイオードはLEDチップというものに電圧をかけると、
+側から電流が、-側から電子が流れます。

P型半導体(陽子)とN型半導体(電子)がくっついて、「PN接合」になっている。
で、陽子側は電流が流れると電子が移動した際に穴ができます。

pn
※ チャート式新物理349ページ図より

正孔(ホール)と呼んで、正孔と電子がぶつかるとエネルギーが生じます。
エネルギーの一部が光に変わるのです。

ボーアの振動数条件

ボーアの原子論を学ぶと、電子が移動する際にエネルギーを消費します。
消費したエネルギーが光に変わるわけ。

化学でK核、L核……習いましたね?
Naなどアルカリ金属は基本、一つだけ回っている電子がすぐさま離れ、
イオンになりやすい(電子が不足した状態)

還元剤とイオン化エネルギー

原子から一つの電子が抜ける際に必要なエネルギーを
イオン化エネルギー(希ガスが強い)と呼んでいます。

このとき、半径が無限大に近づきます。
エネルギーは半径が大きいほど最大0に近づいていくのです。
(原子核に近い電子のエネルギーは負の符号がついて、低い)

参照サイトがものすごくわかりやすく説明しているので、
ぜひ見学していってくださいね。
後、物理を学ぶ人は原子分野も受験範囲で扱われるとのことですから、
頑張って合格し、素晴らしい技術をお願いします。

参照:
蛍光灯とLEDの仕組みをわかりやすく解説
パナソニックLEDページ
光電効果とボーア半径について

 

発光ダイオードと白熱灯の違い

蛍光灯LED

フィラメントでできた電球とLEDはどちらも光り輝きます。
ただLEDでできた電球は近くに指を置くと……熱いと感じない。

白熱電球は電気エネルギーの一部が熱に変換されます。
結果、指を近くに置くと「熱いわ」感じてしまう。

ただ、明るさは白熱電球のほうが強い。LEDはやんわりとしています。
ろうそくの炎をほうふつさせるなあ。

ロシア人の青年

後はお肌の問題。私は夜も電気をつけないでやっています。
蛍光灯から紫外線を出すせいか、顔が痛いのです。

パソコンは紫外線防止の透明フィルターを付けて、何とかやり過ごしている。
それでも年を取ると少しずつ紫外線に負けてお肌にかゆみをもたらします。
特におでこの部分がかゆい。

なお、つけないからと言って目が悪くなるわけじゃない。
むしろ姿勢が悪いと目も悪くなります。

後は消費電力の差を見ていきます。
参照サイトによると、白熱電球からLED電球に変えることで、
1年で1万2千円ほど節約できるとのことです。

白熱電球は1年で1万3千円ほどですが、LEDなら1800円ほど。
ただ、信じられないので他にもいろいろ調べたら……
蛍光灯のほうがお得という意見も結構ある。

特に蛍光灯とLEDの照明器具は違いがあります。
LED電灯を購入したからと言って、蛍光灯が付くわけじゃない。
教えてGOOを見ると、まだ購入すべきでないという意見が多い。

明るさは蛍光灯に負けているからであり、値段も蛍光灯のほうが安いと。
何が何だかわけわからなくなりましたね。

参照:
蛍光灯とLED電球の消費電力や金額を比較してみた
蛍光灯とLEDって同じ照明器具で使えるの?設置方法は?

 

エネルギーは少ないほうがいいね

ロシアの地政学
※ 虎ノ門ニュースで青山繁晴さんはいつも怒っているように見えるが、誤解らしい。

全ての業界とは言いませんけれど、
消費するエネルギーは多いより少ないほうがいい。

エネルギーが少ないと電気料金も浮きます。
言い換えると、あまり力を込めなくても仕事ができる。

(物理でいう仕事はエネルギーと同じであり、
しかも量子論ではエネルギーは質量に比例。
運動エネルギーとアインシュタインが導いた式はほぼ同じ)

自転車を例にとります。
ある坂道に対し、それまで力を入れなければ登れなかった。
しかし、何かが起きて力を入れずとも登れるようになった。

何があったかというと、乗っている人が進化した。
体を鍛えることで、自分から力を消費するようになった。

あるいは自転車の性能を上げた。
一つが電気自転車により、ペダルを回すエネルギーについて、
力学的エネルギーのほかに電気エネルギーと分散することで、
上る際に使用する力が半減された。

そのうち、量子力学レベルでよりエネルギー消費を減らし、
坂道を平たんな道のように走る自転車も生まれるでしょう。

 

人生にもつながるエネルギー消費

人生においても、エネルギー単位で考えるとわかりやすい。
常に平常心かつ幸せな心で満たされると、
エネルギー消費を抑えることができます。

反対に常に愚痴や妬み、自分への不満をぶつけていると、
かなり無駄な方向にエネルギーを消費されるのです。

ストレスによって体調を壊した人は、本来使うべきでないところに使っているから、
分散してしまい、体調にも悪影響を与えやすい。

エネルギーは一か所に使うからこそ、最も力を発揮できる。
その一か所を自分や周りの幸せにつながる行為に使うべき。

周りはどこまで考えるか、人によります。
自分にとってお世話になった人や、救ってもらった人。
次世代や自分が住む地域、街、都市、地方、国……

身近にできることとして、まずは笑顔になりましょう。
笑顔で「ああ、ありがたいわあ」能天気につぶやくのです。
現状がどうであれ、「ありがとう」「愛している」
をつぶやくと、少しずつ何をしたいかが見えてきます。

そこに力をつぎ込むべき。

 

欲望を統制するために

欲望は持っておいてよいと私は考えます。
何しろ欲望があるから未来に向けて進むのです。性欲なんて特にそう。

ところで、欲望は持ちすぎると見の周りが見えなくなり、
破滅に向かいやすいとも言われています。
そこで自分である程度の欲望を抑える訓練が必要となる。

お勧めの本がオポノポノです。体が覚えるまで音読してください。
音読だけでなく、本に書いてある内容を書き写すのもよい。
とにかく頭で覚えるのでなく、体に叩き込むことです。

体に叩き込めば、間違ったことを行う寸前で直感が働きます。
「それをやってはいけない」と。その直感を本を通して鍛えてください。
そうすると、無駄な方向にエネルギーを消耗することもなくなるでしょう。

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