Sexl Physik 7, Schulbuch

99 | ausgesendetes Licht Golddraht Halbleiterkristall Reflektorwanne Kunststoff- gehäuse Anode Kathode 99.1 Aufbau einer LED 99.2 Eine klare LED-Lampe mit 10-W-Leistung ersetzt eine 60-W-Glühbirne. Die gelben Plättchen enthalten blau leuchten- de LEDs, die gelbe Leuchtstoffschicht erzeugt aus dem blauen Licht ein kontinuierliches Spektrum. Der matte Kunststoffring bündelt das Licht. Zur besseren Raumausleuchtung und Vermeidung von Blendung ist die Hülle meist matt. Im Sockel der Lampe wird elektro- nisch die Netzspannung auf Niederspannung transformiert. OLEDs (organic light emtting diodes) sind so genannte organische Leuchtdioden, die aus dünnen, organischen, halbleitenden Materialien bestehen. In der Herstellung sind diese Dioden günstiger als (anorgani- sche) Leuchtdioden, ihre Lebensdauer ist jedoch etwas kürzer. OLEDs werden vor al- lem für Bildschirme und Displays von klei- nen tragbaren Geräten wie Notebooks und Smartphones verwendet. Sie brauchen auf Grund des hohen Kontrasts keine Hin- tergrundbeleuchtung, was Energie spart und die Bildschirme nicht so warm werden lässt. 99.3 Diese organische Solarzelle ist auf einer Folie aufgebracht. Untersuche, überlege, forsche: Solarzelle Bei der kommerziellen Herstellung von Solarzellen sollen drei Forderungen gleichzeitig erfüllt werden: Hoher Wirkungsgrad, niedrige Kosten und lange Lebensdauer. 99.1 Sammle Informationen über den aktuellen Forschungsstand bei der Entwicklung von Solarzellen. Was ist im Moment technisch umsetzbar? Welche Probleme gibt es? 99.2 Erkundige dich über den derzeitigen Einsatz von Solartechnik in Österreich. In wel- chen Bereichen werden Solarzellen eingesetzt? 99.3 Welche Gründe sprechen für den flächendeckenden Einsatz von umweltfreundli- chen Solarzellen, welche dagegen? Leuchtdioden ( „light emitting diode“ , LED ): Bei Leuchtdioden läuft der zur Solar- zelle umgekehrte Vorgang ab. Bei Anlegen einer Durchlassspannung wandern Elek- tronen aus dem n-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich durch den pn-Übergang und rekombinieren, d. h. Elektronen werden von Löchern eingefangen und wieder an Gitterplätze gebunden, die dabei frei werdende Energie wird teilweise als Licht abgestrahlt. Die Farbe des abgestrahlten Lichts hängt vom Material der LED ab. LEDs aus Silicium strahlen im infraroten Bereich, LEDs aus GaP leuchten grün, durch teilweise Substituierung des P durch As verschiebt sich die Farbe über Gelb nach Rot. LEDs werden als Anzeigelemente und zunehmend mehr als Leuchtmit- tel (Raum- oder Straßenbeleuchtung, Wechselverkehrszeichen, LED-Fahrradlich- ter, …) eingesetzt. Außerdem werden LEDs zur Hintergrundbeleuchtung von LCD- Bildschirmen verwendet. LED-Lampen : Ab 1906 dominierten im Wohnbereich elektrische Glühlampen als Leuchtmittel. Mit dem kontinuierlichen Spektrum des metallischen Glühfadens ist eine gute Wiedergabe aller Farben möglich. Allerdings werden im Betrieb nur etwa 5 % der Energie in Licht, aber 95 % in Wärme umgewandelt. Daher dürfen diese Lampen (außer Restbeständen) seit 1. 9. 2012 EU-weit nicht mehr verkauft werden. Energiesparlampen (Kompakt-Leuchtstofflampen) waren ein kurzfristiger Ersatz, jedoch enthalten sie Spuren von Quecksilber und können dadurch die Um- welt schädigen. Durch die Entwicklung leistungsstarker blauer LEDs – wofür im Herbst 2014 drei japanische Forscher den Nobelpreis erhielten – wurden kompakte LED-Lampen mit guter Farbwiedergabe möglich. Für die gleiche Lichtleistung be- nötigen sie derzeit etwa 15 % des elektrischen Leistungsbedarfs von Glühlampen, sie sind frei von Quecksilber. Wie bei Leuchtstofflampen wird das primär erzeugte kurzwellige Licht durch fluoreszierende Materialien in Licht mit einem kontinuier- lichem Spektrum umgewandelt, das eine gute Farbwiedergabe beleuchteter Objek- te ermöglicht. Optoelektronische Nachrichtenübertragung: Es werden drei Komponenten ge- braucht: 1) Ein Sender, der ein variables elektrisches Signal in Licht entsprechender Stärke umsetzt (LED, Laserdiode) 2) Ein Übertragungsmedium (Luft, Glasfaserlichtleiter) 3) Ein Empfänger, der das Lichtsignal verzerrungsfrei wieder in ein elektrisches Signal rückwandelt (Photodiode, Photozelle, Phototransistor). Fernbedienungen (TV, Stereoanlagen, …) sind Beispiele optoelektronischer Über- tragung von Signalen über kurze Distanzen. In Ausstellungen ermöglichen in den einzelnen Räumen aufgestellte Infrarotsender zusammen mit Kopfhörern und tragbaren Empfängern individuelle Führungen. Für die Nachrichtenübermittlung über weite Distanzen bieten sich Glasfasern an. Die Signaldämpfung ist gering, Verstärker sind nur etwa alle 200 km notwen- dig, Signale werden durch elektrische Impulse (z. B. Gewitter) nicht gestört, und es können über eine Glasfaser mit einem Durchmesser von 0,1 mm gleichzeitig 100 000 Telefongespräche laufen. ( 1 g Lichtleiterfaser ersetzt bis zu 100 kg Kup- ferkabel.) Die Vernetzung von Computern erfolgt zunehmend mit Glasfaserkabeln, da störungsfrei große Datenmengen ( 100 Gbit/s ) übertragen werden können (siehe auch Seite 14). Nur z Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv