נורת שולחן לד


מס' משכים: 2 

נורת שולחן LED – האור הקטן ששינה את העולם

היום אנחנו רואים נורות LED כמעט בכל מקום: בבית, במכונית, בטלפון, במסכי ענק, ברמזורים ובפנסים.

אבל מה בעצם יש בתוך הנורה הקטנה הזאת, ואיך רכיב אלקטרוני זעיר הצליח לשנות את עולם התאורה?

מה זה LED?

LED הם ראשי התיבות של:

Light Emitting Diode – דיודה פולטת אור.

דיודה היא רכיב אלקטרוני שמאפשר לזרם לעבור בעיקר בכיוון אחד.

כאשר מחברים LED בכיוון הנכון ומעבירים בו זרם חשמלי, מתרחש בתוך החומר המוליך־למחצה תהליך שבו מטענים חשמליים נפגשים ומשחררים אנרגיה בצורה של אור. (energy.gov)

אלה בדיוק הצבעים שהתלמידים מכירים: אדום, ירוק וכחול. צבע האור תלוי בחומר המוליך־למחצה שממנו בנוי ה־LED.

קצת היסטוריה – איך הכול התחיל?

הסיפור מתחיל עוד בשנת 1907, כאשר H. J. Round הבחין שאפשר לגרום לחומר מוליך־למחצה לפלוט אור כאשר מעבירים בו חשמל. בשנות ה־20 וה־30 חקר Oleg Losev את התופעה לעומק, אבל עדיין לא הייתה הטכנולוגיה הדרושה לייצר LED שימושי. (nobelprize.org)

1962 – האור האדום

בשנת 1962 הציג המהנדס והפיזיקאי Nick Holonyak Jr. ב־General Electric את ה־LED המעשי הראשון שפלט אור נראה, בצבע אדום.

בהתחלה LEDs לא נועדו להאיר חדרים.

הם היו קטנים ולא חזקים במיוחד ולכן השתמשו בהם בעיקר כ־נורות חיווי:

"אדום – המכשיר פועל."

"ירוק – הכול תקין."

וכך הם נכנסו למחשבונים, שעונים דיגיטליים ומכשירים אלקטרוניים.

הבעיה הגדולה – LED כחול

במשך שנים כבר הצליחו לייצר LEDs אדומים וירוקים.

אבל היה חסר צבע אחד חשוב:

כחול.

בלי LED כחול יעיל היה קשה ליצור אור לבן איכותי באמצעות LEDs.

בתחילת שנות ה־90 הצליחו Isamu Akasaki, Hiroshi Amano ו־Shuji Nakamura לפתח LEDs כחולים יעילים ובהירים המבוססים על גליום ניטריד.

הפריצה הזאת אפשרה ליצור מקורות אור לבנים יעילים מאוד, וב־2014 שלושתם קיבלו את פרס נובל לפיזיקה על ההמצאה.

וזו למעשה הנקודה שבה ה־LED עבר מ"נורה קטנה שמראה שהמכשיר עובד" לטכנולוגיה שיכולה להאיר בתים, רחובות וערים שלמות.

למה LED הפך לכל כך נפוץ?

ל־LED כמה יתרונות גדולים.

הוא קטן מאוד, יכול להיות יעיל מאוד בהמרת אנרגיה חשמלית לאור, אינו זקוק לחוט להט לוהט כמו נורת ליבון, ויכול לפעול במשך זמן רב. בנוסף, ניתן לייצר LEDs בצבעים שונים ולשלוט בהם בצורה אלקטרונית.

איפה משתמשים ב־LED היום?

כמעט בכל מקום.

אפשר למצוא LED ב:

תאורה ביתית – נורות, מנורות שולחן ופסי תאורה.

רמזורים – אדום, צהוב וירוק.

מכוניות – פנסים קדמיים, פנסי בלם ואיתות.

מסכים – טלוויזיות, מחשבים ושלטי פרסום.

פנסים ניידים.

נורות חיווי במכשירים אלקטרוניים.

תאורת רחובות ומבנים.

ואפילו במערכות תקשורת, מכשור רפואי ויישומים מיוחדים נוספים.

עכשיו – איך גורמים ל־LED שלנו להאיר?

כאן אנחנו מגיעים לחלק השני של השיעור:

המעגל החשמלי

LED אינו מאיר לבדו.

כדי להפעיל אותו אנחנו צריכים ליצור מסלול סגור שבו יכול לעבור זרם חשמלי.

בדגם שלנו יש מקור אנרגיה – הסוללה – חיבורים חשמליים ו־LED.

הרעיון הוא:

סוללה → חוטים → LED → חזרה לסוללה

כאשר המסלול שלם, יש:

מעגל סגור

והזרם יכול לעבור.

אם ננתק אחת מנקודות החיבור:

המעגל פתוח

וה־LED כבה.

מה עושה הסוללה?

הסוללה יוצרת הפרש מתח בין שני הקטבים שלה.

יש לה:

קוטב חיובי +

ו־

קוטב שלילי −

כאשר אנחנו מחברים מעגל מתאים, הפרש המתח מאפשר זרם חשמלי במעגל.

חשוב לדייק: הסוללה אינה "מלאה בזרם". היא מספקת מתח ואנרגיה למעגל, והזרם שנוצר תלוי ברכיבים ובחיבור.

למה חשוב לאיזה כיוון מחברים את ה־LED?

כאן ה־LED שונה מנורת ליבון רגילה.

הוא דיודה, ולכן יש לו קוטביות.

ב־LED רגיל בעל שתי רגליים:

הרגל הארוכה – בדרך כלל אנודה (+)

הרגל הקצרה – קתודה (−)

כאשר הוא מחובר בכיוון הנכון, הוא יכול להאיר.

כאשר הופכים אותו, בדרך כלל הוא אינו נדלק.

וזה ניסוי מצוין לתלמידים:

מחברים → בודקים → הופכים את ה־LED → מה השתנה?

הדגם שאנחנו בונים

 

על התמונה נסמן בחצים:

הסוללה – מקור האנרגיה

החיבורים – יוצרים את המסלול החשמלי

ה־LED – ממיר אנרגיה חשמלית לאור

מבנה המנורה – מחזיק ומכוון את מקור האור

כך אתם רואים שהחומר שלמדנו אינו תיאוריה בלבד – הוא נמצא ממש בתוך המוצר שהוא בונה.

אנרגיה משנה צורה

גם כאן אנחנו יכולים לעקוב אחר האנרגיה:

אנרגיה כימית בסוללה

↓

אנרגיה חשמלית במעגל

↓

אנרגיית אור ב־LED

וחלק קטן מהאנרגיה הופך גם לחום.

אתגר – חוקרי המעגל

אחרי שהמנורה עובדת, לא מסיימים.

התלמידים בודקים:

מה קורה אם מנתקים חיבור אחד?

מה קורה אם הופכים את ה־LED?

איך יודעים איזו רגל היא האנודה ואיזו הקתודה?

האם חתיכת מתכת יכולה להשלים את המעגל?

ומה לגבי פלסטיק, עץ או נייר?

מכאן אפשר להרחיב גם לנושא:

מוליכים ומבודדים.

ולסיים בשאלה:

איך רכיב זעיר שהתחיל כנורת חיווי אדומה הפך תוך כמה עשרות שנים לאחד ממקורות האור החשובים בעולם?

למצגת בנושא נורת שולחן לד לחצו כאן

לפודקאסט בנושא נורת שולחן לד לחצו כאן

למבחן בנושא נורת לד לחצו כאן