laat je verlichten

Laat je verlichten!

Alles over licht en led-verlichting

leerlingenhandleiding versie 1.1

European Round Table of Industrialists

Many parties were involved in making this project available for schools:

This technology project was originally developed by Philips (The Netherlands) for the Dutch

Jet-Net-project and incorporated in the EU ‘Ingenious’ project of European Schoolnet

(EUN).

Jet-Net, the Dutch Youth and Technology Network, is a partnership between companies,

education and government. The aim is to provide higher general secondary school (HAVO)

and pre-university school (VWO) pupils with a true picture of science and technology and

to interest them in a scientific-technological higher education course.

European Schoolnet (EUN) is a network of 30 Ministries of Education in Europe and beyond.

EUN was created to bring innovation in teaching and learning to its key stakeholders:

Ministries of Education, schools, teachers and researchers. The ‘Ingenious’ project is

coordinated by European Schoolnet.

ERT is a forum bringing together around 45 chief executives and chairmen of multinational

industrial and technological companies with European heritage with sales volume exceeding

€ 1,000 billion and thereby sustaining around 6.6 million jobs in Europe. ERT advocates

policies at both national and European levels which help create conditions necessary to

improve European growth and jobs. ERT was the initiating force for the EU Coordinating

Body (ECB), now called ‘Ingenious’, to disseminate proven best practices of industry-school

cooperation to stimulate interest in careers in science and technology throughout the

European Member States.

This document is supported by the European Union’s Framework Programme for Research

and Development (FP7) – project ECB: European Coordinating Body in Maths, Science and

Technology (Grant agreement Nº 266622). The content of this document is the sole

responsibility of the Consortium Members and it does not represent the opinion of the

European Union and the European Union is not responsible or liable for any use that might

be made of information contained herein.

Authors: Thomas van den Berg, lerarenopleiding Fontys Hogeschool, Tilburg

Patrick van Stijn, Philips Lighting, Eindhoven

Editor: Betty Majoor, In Profiel Tekstontwerp, Eindhoven

This is a publication of: Philips Human Resources Benelux / Jet-Net,

PO Box 80003, 5600 JZ Eindhoven, The Netherlands

Edition: Dutch version 1.1, July 2014

for European Schoolnet ‘inGenious’

This work is licensed under

Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike CC BY-NC-SA.

Laat je verlichten! klas 2/3 havo/vwo

1

Inhoudsopgave

1. Inleiding ....................................................................... 3

2. Wat is licht en hoe werkt het? ...................................... 4

2.1 Natuurlijk of kunstmatig licht? ....................................... 4 2.2 Wat is licht precies? ...................................................... 4 2.3 Hoe beschrijf je de eigenschappen van licht? ................... 6

3. Een aantal kunstmatige lichtbronnen ........................... 9

3.1 De eerste kunstmatige lichtbron: de gloeilamp ................ 9 3.2 De opvolger: de tl-buis en spaarlamp ........................... 10 3.3 Toch weer een gloeidraad: de halogeenlamp ................. 11 3.4 Voor de grootverbruiker: natrium- en kwiklampen ......... 11 3.5 De lamp van nu en de toekomst: de led-lamp ................ 12

4. Wat kun je doen met kunstmatig licht? ...................... 14

4.1 De effecten van verlichting op de sfeer ......................... 14 4.2 Meer bijzondere toepassingen van verlichting ................ 16

5. Hoe werkt een led-lamp? ............................................ 17

5.1 De opbouw van een standaard led-lamp........................ 17 5.2 De kleur van led-licht ................................................. 21 5.3 Led-lampjes van organisch materiaal: OLED’s ................ 22

6. Welke soorten led-verlichting kom je tegen? ............. 24

6.1 Welke vormen lampen zijn er met led-technologie? ........ 24 6.2 Een paar belangrijke toepassingen van led-verlichting .... 25 6.3 Licht van de toekomst ................................................ 27

7. Test je kennis over verlichting! .................................. 28

7.1 Een lamp voor je kamer thuis ...................................... 28 7.2 Nieuwe verlichting in de fietsenkelder ........................... 30

Extra

Behalve de gewone tekst en opgaven tref je een aantal blauwe

kaders aan. Hierin staat extra informatie, variërend van leuke

weetjes tot verdiepende theorie. De kaders zijn bedoeld voor wie

meer wil weten over licht en led-verlichting. Je docent bepaalt of

een kader wel of geen verplichte lesstof is.


2

Foto voorpagina: printplaat met led-cellen in een opengezaagde led-lamp.


3

1. Inleiding

Deze les gaat over licht. In onze

samenleving is licht een

vanzelfsprekend ding: overdag

schijnt de zon (ook al wordt die

misschien iets verduisterd door

wolken) en als het donker wordt is

er altijd wel een lamp beschikbaar.

En zelfs als er geen zonlicht of

lamp beschikbaar is, heb je altijd

nog wel een telefoon op zak die

licht kan geven. Je hoeft nooit in

het pikkedonker te zitten.

1. Zonder de uitvinding van de lamp zou de wereld er heel

anders uitzien. Bedenk in tweetallen een aantal voorbeelden

van ontwikkelingen of situaties die zonder kunstlicht niet

mogelijk waren geweest.

In deze les kom je meer te weten over licht: Wat

is licht precies? Hoe werkt het volgens de

natuurkundigen? Welke soorten lampen zijn er?

Hoe werken die lampen en waar gebruiken we

welke soort? In het bijzonder kijken we naar led-

lampen. In de ontwikkeling van deze nieuwe

vorm van verlichting wordt veel tijd en geld

gestoken. Waarom is het zo’n veelbelovende

vorm van licht?

Bij dit boekje hoort een practicum waarin je zelf

een led-lamp gaat maken. Je ziet daarbij wat er

nodig is om te zorgen dat de lamp licht kan geven. Als de lamp

werkt, kun je hem ‘aankleden’ met je eigen design. Als het je

goed lukt, kun je thuis je eigen, unieke lamp gaan gebruiken!


4

2. Wat is licht en hoe werkt het?

2.1 Natuurlijk of kunstmatig licht?

Je kunt licht opdelen in twee soorten: natuurlijk licht en

kunstmatig licht. Natuurlijk licht noemen we al het licht dat van

natuurlijke bronnen komt zoals de zon en vuur. Ook

fluorescentie is een bron van natuurlijk licht: denk bijvoorbeeld

aan het licht dat vuurvliegjes in het donker afgeven.

Kunstmatig licht is licht dat wordt opgewekt met door de mens

gemaakte lichtbronnen, met andere woorden lampen. Lampen

zijn er in alle soorten en maten: van de piepkleine lampjes in je

telefoon die aangeven dat je een berichtje hebt, tot de enorme

schijnwerpers die een voetbalveld van licht voorzien. Lampen

gebruiken verschillende basisprincipes om licht te leveren, maar

het zijn allen kunstmatige manieren om licht op te wekken.

2.2 Wat is licht precies?

Het heeft wetenschappers lange tijd gekost om erachter te

komen wat licht precies is. Licht is dan ook een lastig begrip. De

huidige opvatting is, dat licht elektromagnetische straling is met

een deeltjeskarakter. Je kunt die straling opvatten als

piepkleine, onzichtbare deeltjes die zich in een golfbeweging

door vloeistof, gassen en zelfs vacuüm kunnen bewegen. Die

onzichtbare deeltjes worden fotonen genoemd.

Straling heeft dus een golflengte. Afhankelijk van de golflengte

krijg je een bepaalde soort straling zoals röntgenstraling,

UV-straling, radiogolven en (zichtbaar) licht. Je ziet dit in de

figuur hieronder.


5

Straling met een golflengte tussen 10 nanometer en 1 millimeter

noem je licht. Dit licht is niet allemaal zichtbaar. Aan de

linkerkant van het spectrum heb je ultraviolet licht (denk aan het

blauw/paarse licht van een zonnebank of het blacklight in de

disco). Het licht aan de rechterkant noem je infrarood (het

‘onzichtbare’ licht waarmee een afstandsbediening informatie

stuurt naar de televisie).

Het zichtbare lichtspectrum loopt van

380 tot 780 nanometer en is

opgebouwd uit alle mogelijke kleuren:

die zie je bijvoorbeeld in de regenboog

als na een stevige bui de zon weer

schijnt. Als je deze kleuren mengt,

ontstaat er wit licht. Dit zie je in de

afbeelding hiernaast: de hoofdkleuren

van licht zijn rood, blauw en groen. Dit

heet de primaire kleuren van licht. Als

je groen licht en rood licht met elkaar

mengt, ontstaat er geel licht. Door de

primaire kleuren met elkaar te

mengen, kun je alle andere kleuren en wit licht maken.

Als we het vanaf nu over licht hebben, dan bedoelen we het

zichtbare licht dat uit al deze kleuren bestaat en dat we met

onze ogen kunnen zien.

Extra: De snelheid van het licht

Een belangrijke eigenschap van licht is de snelheid waarmee het

zich voortplant. Licht gaat namelijk altijd met een snelheid van

299.792.458 meter per seconde! In de natuurkunde is dit een

belangrijke waarde. Daarom heeft de lichtsnelheid zijn de eigen

symbool gekregen: de letter .

Als er in de ruimte op een afstand van 300.000 kilometer een

lichtbron aangaat, duurt het maar een seconde voor je het licht

van die bron ziet.


6

2.3 Hoe beschrijf je de eigenschappen van licht?

Als je een lamp koopt, wil je weten of hij genoeg licht geeft en,

als je iets voor je kamer zoekt, of het een beetje ‘gezellig’ licht

is. Deze eigenschappen kun je met twee natuurkundige

grootheden beschrijven: de lichtstroom en de kleurtemperatuur.

Extra: Lichtsterkte en lichtstroom

De lichtsterkte wordt uitgedrukt in de SI-eenheid candela (cd).

Historisch was de candela gedefinieerd als de hoeveelheid licht

van één kaars. Tegenwoordig is de definitie van een candela veel

nauwkeuriger.

Het licht dat een lichtbron in alle richtingen bij elkaar uitstraalt,

wordt de lichtstroom genoemd. De lichtstroom wordt uitgedrukt

in lumen (lm).

De lichtstroom geeft aan hoeveel

licht een lichtbron in alle richtingen

uitstraalt. Een lamp met een hoge

lichtstroom straalt veel licht uit en

kan een groot oppervlak verlichten.

De eenheid van lichtstroom is de

lumen (met de afkorting lm). Een

lamp voor normaal gebruik heeft

ongeveer een waarde van 600

lumen.

Hoe efficiënt een lamp is, kun je zien

aan het aantal lumen dat hij per

Watt energie produceert.

In formulevorm schrijf je dat als:

De lichtopbrengst voor de afgebeeld lamp is dus:


7

De kleurtemperatuur staat vaak op het doosje van een lamp in

termen als ‘warm wit’ of ‘koel wit’. Deze grootheid geeft aan hoe

warm het licht op ons overkomt en kun je ook in een getal

uitdrukken. Dit gebeurt in de eenheid Kelvin (K). De

kleurtemperatuur vertoont namelijk veel overeenkomst met de

temperatuur van een vlam: die gaat van rood gloeiend (een lage

kleurtemperatuur) tot witheet (een hoge kleurtemperatuur). In

de figuur hieronder zie je de kleurtemperatuur van verschillende

kleuren licht.

Licht met een lage kleurtemperatuur heeft een oranje/gele gloed

en creëert een gezellige, knusse sfeer. Je noemt dit ‘warm licht’.

Een lamp een hoge kleurtemperatuur geeft witter en helderder

licht. Dit licht is geschikt voor een zakelijke of schoolomgeving.

Licht met een nog hogere kleurtemperatuur is blauw en doet

juist weer koel aan

De voorbeelden hieronder geven een beetje gevoel voor

kleurtemperaturen.

kleurtemperatuur (K) voorbeeld

2000 zonsopgang/zonsondergang

2800 gloeilamp

3200 halogeenlamp

5000 flitslicht

5000-5400 daglicht bij een heldere hemel

6000 schaduw

//commons.wikimedia.org/wiki/File:Color_temperature.svg


8

Opgaven

2. De fabrikant van een bepaald lampsoort heeft de beschikking

over blauwe, rode en groene lampen, maar hij wil graag

witte lampen gaan verkopen.

a) Kan de fabrikant met deze drie kleuren wit licht maken?

b) Wat zijn de golflengten van de drie gekleurde lampen en

wat zou dan de golflengte zijn van wit licht?

3. Stel je krijgt twee lampen tot je beschikking; lamp 1 heeft

een lichtstroom van 800 lumen en een kleurtemperatuur van

4000K en lamp 2 beschikt over 120 lumen en heeft een

kleurtemperatuur van 3000K. Welke lamp is het meest

geschikt voor in de woonkamer en welke lamp is bedoeld

voor een fabriekshal? Leg ook uit waarom je dat antwoord

kiest.


9

3. Een aantal kunstmatige lichtbronnen

In dit hoofdstuk kijken we welke soorten kunstmatig licht we tot

onze beschikking hebben. Er zijn tegenwoordig veel

verschillende lampen op markt. We behandelen hier een aantal

belangrijke soorten en dan vooral de lampen die je in het

dagelijks leven tegenkomt.

3.1 De eerste kunstmatige lichtbron: de gloeilamp

De gloeilamp is de lamp waar het

allemaal mee begon. Deze uitvinding

werd in 19de eeuw gedaan door

verschillende wetenschappers. De

bekendste hiervan was de

Amerikaanse uitvinder Thomas Edison.

Een gloeilamp werkt als volgt: als je

een gloeilamp op een stroombron

aansluit, gaat er stroom lopen door

een dunne draad wolfraam, midden in

de glazen bol. Doordat de stroom door

zo’n smalle doorgang moet, wordt de

draad zo heet dat deze begint te gloeien en licht en warmte

begint uit te stralen: de gloeilamp begint te branden. De glazen

bol is gevuld met een gas, dat er voor zorgt dat de

wolfraamdraad langer meegaat en niet doorbrandt.

In de 19de eeuw was de uitvinding van de gloeilamp een enorme

stap vooruit. Voor die tijd moest je kaarsen gebruiken om

binnenshuis verlichting te hebben. Tegenwoordig is de gloeilamp

niet meer zo populair. Dit ligt aan het lage rendement van 5%;

dit betekent dat maar 5% van alle energie die de lamp in gaat

wordt omgezet in licht, de overige 95% wordt uitgestraald als

warmte. De gloeilamp wordt vooral nog als een energieverspiller

gezien en mag daarom niet meer worden verkocht.


10

3.2 De opvolger: de tl-buis en spaarlamp

De tl-buis en

spaarlamp stammen uit

de 20e eeuw en zijn

veelgebruikte

vervangers voor de

gloeilamp. Spaarlampen en tl-buizen lijken op het eerste gezicht

niet veel op elkaar, maar ze zijn

allebei op hetzelfde principe

gebaseerd.

Spaarlampen zien er van buiten vaak

net zo uit als een gloeilamp. Van

binnen zie je dat hij meer op een

opgevouwen of opgerolde tl-buis lijkt.

Ze werken dan ook hetzelfde als een

tl-buis. Spaarlampen en tl-buizen

hebben een rendement tussen de 18

en 20%, een stuk beter dan de

gloeilamp!

Extra: Hoe werkt een tl-buis of spaarlamp?

In een tl-buis zit een mengsel van kwikdamp en edelgassen (dit

zijn vrij zeldzame gassen die met maar weinig andere stoffen

een reactie aangaan). Aan de twee uiteinden van de tl-buis zijn

elektroden gemonteerd. Als je stroom door de buis zendt, stoten

de elektroden elektronen af.

Als je een tl-buis aanzet, geeft hij niet meteen licht. Hij moet

eerst ‘opstarten’. Hiervoor dient het edelgas in de buis. Het

edelgas warmt op als er elektronen tegenaan botsen. De

aanwezige kwikdamp warmt tegelijkertijd mee op. Als de

temperatuur hoog genoeg is, kan de volgende stap plaatsvinden:

Als een elektron hard genoeg tegen een kwikdeeltje botst, wordt

dat elektron opgenomen. Hierdoor heeft het kwikdeeltje opeens

meer energie dan normaal. Het kwikdeeltje kan de extra energie

niet vasthouden en zendt die energie weer uit in de vorm van

een foton.

Het licht dat de kwikdamp uitzendt, is voornamelijk onzichtbaar

ultraviolet licht. Door een wit, fluorescerend poeder aan de

binnenkant van de buis wordt het ultraviolette licht omgezet in

zichtbaar licht.

Wanneer dit proces met heel veel kwikdeeltjes tegelijk

plaatsvindt, gaat de tl-buis licht uitstralen!


11

3.3 Toch weer een gloeidraad: de halogeenlamp

Een andere veelgebruikte lamp is de halogeenlamp. Deze

lampen worden veel toegepast in spotjes in het plafond en

moderne designlampen. Eigenlijk is de

halogeenlamp niet veel anders dan een

ouderwetse gloeilamp. Hij is namelijk ook

gebaseerd op een gloeidraadje dat zich in een

luchtdichte glazen bol bevindt, gevuld met een

speciaal gas. Het voornaamste verschil met een

gloeilamp is dat halogeenlampen over het

algemeen kleiner zijn en dat er een ander soort

gas (een mengsel van kwikdamp met broom of

jodium) is gebruikt om de gloeidraad te

beschermen en de ontbranding efficiënter te

maken. Hierdoor heeft een halogeenlamp een iets

hoger rendement van 7%. De populariteit dankt

de lamp aan zijn kleine afmetingen die minder

opvallende armaturen mogelijke maken. Daarom

wordt de halogeenlamp nog vaak gebruikt.

3.4 Voor de grootverbruiker: natriumlampen

Deze lampen worden gebruikt sinds halverwege de 20ste eeuw en

werken grotendeels hetzelfde als de tl-buis en spaarlampen. Dit

type lampen wordt ook wel gasontladingslampen genoemd. Het

verschil met gewone spaarlampen zit vooral in het soort licht dat

natriumlampen uitzenden: ze

geven namelijk een typisch

geel licht en dan ook alleen

die golflengte. Dit heeft tot

gevolg dat je andere kleuren

moeilijk ziet in dit licht.

Waarschijnlijk heb je dit

soort licht al vaak gezien.

Natriumlampen worden

namelijk veel toegepast in

straatverlichting, waar het voldoende is als objecten te

onderscheiden zijn en kleur niet van belang is. Het lage

stroomverbruik en de hoge lichtopbrengst maakt

gasontladingslampen ideaal voor op straat.


12

3.5 De lamp van nu en de toekomst: de led-lamp

Led-lampen zijn de nieuwste uitvinding op het gebied van

kunstmatige verlichting. Led is de

afkorting van light emitting diode.

Led-verlichting werkt totaal anders

dan de bovenstaande lampen. Door

led-technologie op verschillende

manieren toe te passen kun je in

theorie alle bovenstaande lampen

door led-lampen vervangen.

Waarom zijn led-lampen zo veelbelovend? Dit komt door een

aantal eigenschappen:

Led-lampen hebben gemiddeld een rendement van 50%. De

helft van de energie die ze gebruiken, wordt dus omgezet in

licht. Een led-lamp is daarmee minstens even efficiënt als tl-

buizen en spaarlampen. Nieuwe led-lampen worden

bovendien steeds efficiënter.

Ten opzichte van tl-buizen en spaarlampen geeft een led-

lamp meer licht per hoeveelheid energie. Led-lampen hebben

daarom minder energie nodig om evenveel licht te

produceren als een tl-buis.

Led-lampen gaan veel langer mee dan tl-buizen,

spaarlampen en halogeenlampen. Voor sommige led-lampen

wordt een levensduur genoemd van 50.000 branduren: de

lamp kan dus 50.000 uur branden voordat hij kapot gaat.

Een led-lamp die elke dag 5 uur aan staat, gaat dus een

dikke 27 jaar mee! Ter vergelijking: voor een gemiddelde tl-

buis is dit 5 tot 6 jaar.

Led-lampen zijn over het algemeen steviger, sterker en

veiliger dan andere lampen. Ze bevatten geen giftige gassen,

hebben geen glazen bol nodig (kan gewoon van kunststof

worden gemaakt) en bevatten geen kwetsbare onderdelen

zoals een gloeidraad.

Led-lampen zijn wel duurder dan vergelijkbare spaar- of

halogeenlampen. Maar vaak is het goedkoper om 1 keer een led-

lamp aan te schaffen, dan in dezelfde tijd 3 of 4 spaarlampen te

verbruiken. Een led-lamp gaat immers een stuk langer mee!


13

Extra: Hoeveel licht?

Het vermogen van een gloeilamp is lang een ‘maat’ geweest

voor de hoeveelheid licht die een lamp geeft: een 40 Watt-

gloeilamp gaf gezellige sfeerverlichting, in een bureaulamp

draaide je een gloeilamp van 60 Watt en als je veel licht nodig

had, hing je een gloeilamp op van 100 Watt. Moderne lampen

geven (veel) meer licht voor hetzelfde vermogen. Omdat

consumenten aan de lichtmaat van gloeilampen gewend zijn,

staat die - omgerekend – vaak nog op de verpakking van

lampen.

De 12 Watt-spaarlamp in deze verpakking geeft net zoveel licht

als een gloeilamp van 51 Watt. Ze stralen allebei 610 lumen uit.

Opgaven

4. Probeer, naast de voordelen van levensduur en efficiëntie,

nog twee voordelen te noemen die led verlichting heeft ten

opzichte van de tl-buizen, spaarlampen en halogeenlampen.

Denk daarbij vooral aan het materiaal waaruit de

verschillende lampen zijn opgebouwd.

5. In een bureaulamp zit een led-lamp gedraaid, waarvan de

fabrikant de garantie geeft dat ie 40.000 branduren mee zal

gaan. Als je deze lamp alleen gebruikt op doordeweekse

dagen en op die dagen de lamp gemiddeld 3 uur aan laat

staan, bereken dan hoeveel jaar (afgerond) de led-lamp mee

kan gaan.


14

4. Wat kun je doen met kunstmatig licht?

In dit hoofdstuk laten we een aantal bijzondere toepassingen

zien van kunstmatig licht. Er zijn allerlei soorten lampen, die

verschillende soorten licht afgeven. Hierdoor heb je talloze

mogelijkheden om iets te verlichten. Philips heeft in Eindhoven

zelfs een speciaal gebouw neergezet, waarin allerlei situaties zijn

nagebouwd waar kunstmatig licht wordt gebruikt.

4.1 De effecten van verlichting op de sfeer

Een van de nagebouwde situaties is een hotel lounge: hier kun

je goed zien wat voor effect een bepaald soort licht heeft op de

sfeer in een hotel. Op de twee onderstaande foto’s zie je exact

dezelfde lounge, maar ze stralen een totaal verschillende sfeer

uit.

Het licht in de linker foto heeft een lage kleurtemperatuur

waardoor de ruimte een gelige gloed krijgt. Dit geeft de lounge

een relaxte sfeer; je krijgt het gevoel dat je hier rustig kunt

uitrusten. Het licht in de rechter foto heeft een veel hogere

kleurtemperatuur en daardoor straalt de lounge een zakelijke

sfeer uit; het is echt een omgeving waar je werkt en niet gaat

ontspannen.

//commons.wikimedia.org/wiki/File:Color_temperature.svg


15

Hetzelfde effect zie je in kledingwinkels, ook hier is het soort

licht van groot belang. Je verwacht natuurlijk een leuke sfeer als

je aan het winkelen bent. Tegelijkertijd wil je ook goed kunnen

zien wat je nu eigenlijk koopt in de winkel. Philips heeft daarom

ook een kledingwinkel nagebouwd. En zeg nu zelf: in welke

winkel met welk soort verlichting zou jij het liefst gezien worden

en je kleding kopen?

De inrichting van de kledingwinkel is duidelijk op jonge mensen

gericht, niet op volwassenen. Welk soort verlichting past volgens

jou het beste bij de doelgroep van deze winkel? De goede,

heldere verlichting in de linker afbeelding of de donkerdere,

stoerdere verlichting in de rechter foto?

De donkere verlichting in de rechter

afbeelding wordt tegenwoordig vaak

toegepast, maar is niet bepaald

praktisch als je wilt weten hoe dat fel

gekleurde shirt er in het zonlicht

uitziet. Misschien heb je zelf wel eens

meegemaakt dat een nieuw

kledingstuk dat je net hebt gekocht,

buiten de winkel een andere kleur

blijkt te hebben dan toen je in de

winkel stond. Het is dus belangrijk dat

het pashokje in de winkel goed verlicht

wordt, zodat je een goede beslissing

kunt nemen over je nieuwe aankoop.

Daarom probeert men verlichting in

pashokjes te maken die zo goed

mogelijk in de buurt komt van het echte zonlicht, zodat je niet

teleurgesteld wordt.


16

Extra: Toepassing van speciale kleuren licht

Groene verlichting op boorplatforms

Er is onderzoek gedaan naar de

toepassing van groen licht op

boorplatforms. Trekvogels

ondervinden namelijk veel

hinder van het normale licht.

Sommige vogelsoorten raken

hierdoor gedesoriënteerd. Als

ze rond het platform blijven

vliegen of erop landen, hebben

ze niet meer genoeg energie

om land te bereiken. Uit

proeven blijkt dat de vogels

veel minder last hebben van

groen licht. Toch worden

boorplatforms nog niet groen

verlicht. Helikopterpiloten

hebben namelijk de afspraak

dat een landingsplaats met

groen licht wordt aangegeven. Als je het hele platform groen

verlicht, kun je de landingsplaats niet meer zien. Onderzocht

wordt of je dit probleem op kunt lossen met verschillende

kleuren groen licht.

4.2 Meer bijzondere toepassingen van verlichting

Er zijn nog veel meer bijzondere toepassingen te bedenken wat

betreft kunstmatige verlichting. Denk bijvoorbeeld aan de gele

straatlampen; deze geven niet veel en alleen geel licht, maar

zijn daarentegen wel zuinig en kunnen een groot oppervlak

straat verlichten. Of denk gewoon aan je eigen huis: wil je een

gezellige woonkamer waar je lekker op de bank kan hangen met

warme verlichting of heb je liever tl-buizen met koude

verlichting?

Zoals je ziet zijn er veel keuzes te maken wat betreft verlichting:

warme verlichting zorgt er voor dat mensen zich welkom voelen,

koude verlichting komt een stuk zakelijker en afstandelijker

over. Daarnaast heb je de keus hoeveel verlichting je wil

aanbieden (kijk bijvoorbeeld naar de kledingwinkel) of is er maar

één bepaalde kleur verlichting nodig in de situatie.

Opgaven

6. Beschrijf zelf eens twee situaties uit je eigen omgeving,

waarvan je nu pas merkt hoe bijzonder of belangrijk de

verlichting in die situatie is.


17

5. Hoe werkt een led-lamp?

De werking van een gewone gloeilamp hebben we al

eerder besproken: een dunne draad bevindt zich in een

glazen bol; als er stroom door de draad loopt, begint die

fel te gloeien en geeft hij – zeker voor zo’n dun draadje –

een grote hoeveelheid licht. Als je een led-lampje bekijkt,

zie je daar niks van terug. Led-lampjes zijn vaak veel

kleiner en je kunt niet makkelijk ontdekken waar het licht

vandaan komt. Dit komt doordat led-technologie op een

heel andere manier werkt, zoals in deze paragraaf wordt

uitgelegd.

5.1 De opbouw van een standaard led-lamp

In de afbeelding hieronder zie je hoe een led-lamp met wit licht,

zoals die nu in de winkels liggen, is opgebouwd. In deze

afbeelding zijn alle onderdelen van de lamp uit elkaar getrokken

en zijn de afzonderlijke onderdelen zichtbaar.

Een standaard led-lamp, zoals hierboven afgebeeld, bestaat uit

de volgende onderdelen:

1) De afschermbol: deze bol van kunststof dekt de lamp af en

beschermt de kwetsbare onderdelen van de lamp. Bij

ouderwetse lampen zoals de gloeilamp of de spaarlamp heeft

deze bol ook de functie van het binnenhouden van de

schadelijke gassen. In het geval van een led-lamp is dat niet

nodig. De afschermbol kan allerlei vormen hebben. Omdat

consumenten dat prettig vinden, heeft hij meestal het

uiterlijk van het vertrouwde peertje.


18

2) Het fosforkapje: dit gele kapje heeft een speciale functie:

Consumenten willen graag lampen die wit licht geven, maar

helaas bestaan er geen witte led-cellen. Op dit moment

worden daarom blauwe led-cellen gebruikt. Als je van een

led-lamp zoals hierboven het kapje zou weghalen zie je dus

blauw licht. Het kapje is van een speciaal materiaal gemaakt

(fosfor) dat van het blauwe licht van de led-cellen wit licht

maakt.

3) De led-cellen: dit is het

belangrijkste onderdeel van de led-

lamp. Een led-cel is erg klein (1 bij

1 millimeter) en ziet eruit als een

geel vierkantje. Een led-cel is zeer

complex opgebouwd, maar heel

simpel uitgelegd bevat het kleine

deeltjes die, wanneer er elektriciteit

door de cel loopt, energie verliezen die

omgezet wordt in licht en warmte. Dit

proces vindt constant plaats wanneer er

stroom op de lamp staat, tot wel 50.000 uur.

Hierbij is het overigens wel van belang hoe de plus en

de min pool worden aangesloten op de lamp; als deze

omgedraaid zijn, zal de led-lamp niet werken (maar er raakt

niks beschadigd).

4) Het koellichaam: dit onderdeel is gemaakt om overtollige

warmte van de led-cel af te voeren. Zoals je in een vorig

hoofdstuk gelezen hebt, wordt maar 50 procent van de

energie die een led-lamp in gaat, omgezet in licht. De andere

50 procent wordt omgezet in warmte. De led-cel kan

daardoor zeer warm worden. Om te voorkomen dat de cel té

warm wordt, voert de koelplaat zoveel mogelijk warmte van

de led-cel af en geeft de warmte af aan de lucht.

5) De elektronica: een groot voordeel van led-lampen is dat je

ze gewoon in dezelfde fitting als spaarlampen of gloeilampen

kunt gebruiken. Hiervoor moet de stroom die via de fitting

aangeleverd wordt (230 V, wisselstroom) eerst omgezet

worden in gelijkstroom en voldoen aan de juiste spanning en

stroomsterkte. Hiervoor bevat de led-lamp elektronica, die

ervoor zorgt dat de led-cellen de juiste energie toegevoerd

krijgen en ze niet beschadigen. Sommige led-lampen

bevatten extra elektronica waardoor ze ook dimbaar zijn,

zodat je de hoeveelheid licht die de lamp uitstraalt naar wens

kunt verlagen.


19

6) De fitting: dit onderdeel zorgt ervoor dat de elektriciteit van

het lichtnet doorgegeven aan de elektronica van de led-cel.

De vorm van de fitting is gelijk aan die van normale

gloeilampen of spaarlampen. Hierdoor kun je een led-lamp

gewoon gebruiken in de dezelfde armaturen (het frame van

de verlichting) als deze normale lampen.

De voordelen van led-verlichting zijn eerder al genoemd: led-

lampen zijn vrij zuinig, kunnen evenveel licht geven als normale

lampen (zoals halogeen- of spaarlampen) en ging vaak langer

mee dan andere soorten lampen. Daarnaast zijn led-lampen

tegenwoordig in allerlei vormen en kleuren te koop: zo zijn er

lampen waar rijen van led-cellen in zijn gebouwd, waardoor ze

hetzelfde soort licht geven als tl-buizen en zijn led-lampen in

bijna alle kleuren van het lichtspectrum te krijgen. Met het

speciale fosforkapje is het ook mogelijk om wit licht te

realiseren.


20

Extra: Hoe werkt een led-cel?

Tot nu toe hebben we behandeld hoe een led-lamp opgebouwd is

en hoe deze onderdelen samen licht leveren. Maar hoe werkt de

led-cel nu eigenlijk, de bron van het licht dat een led-lamp

uitstraalt?

Een led-cel bestaat globaal uit twee halfgeleidende

componenten: een anode en een kathode. Deze twee delen zijn

tegen elkaar aangeduwd en vormen samen een halfgeleider.

Door de anode en kathode te bewerken (men heeft het hier dan

vaak over verontreinigen) ontstaan in de anode plaatsen met

een tekort aan elektronen (gaten) en in de kathode overtollige

elektronen. Wanneer er nu in een bepaalde richting stroom

wordt gezet over de halfgeleider (daarom is een led een diode,

het werkt alleen als de stroom goed om is aan gesloten) komen

de elektronen uit de kathode in beweging en willen ze naar de

gaten in de anode. Dit is mogelijk, maar wanneer zij dit doen,

verliezen ze een klein beetje energie in de vorm van een foton:

licht. Doordat de anode en kathode constant (door de

elektriciteit) geladen elektronen heen en weer sturen, ontstaat

er een stroom van fotonen uit de led en geeft deze dus licht.

Het licht dat deze fotonen is van een hele specifieke golflengte:

daardoor is het mogelijk verschillende kleuren led-lampjes te

maken. Overigens is de golflengte van die fotonen afhankelijk

van de materialen waaruit de halfgeleider is opgebouwd. Vaak

zijn dit elementen uit kolom III van het periodiek systeem:

Aluminium, Gallium en Indium.

Daarnaast bevatten led-cellen ook een kleine hoeveelheid van de

edelsteen saffier, die misschien kent als een blauwe edelsteen.

Dit materiaal is nodig om de productie van het licht te

ondersteunen, maar dit is geen goedkoop materiaal. Daarom is

men hard op zoek naar een materiaal die het werk van het

saffier kan overnemen; dit zou een doorbraak kunnen zijn die

led’s een stuk goedkoper maakt!


21

5.2 De kleur van led-licht

In hoofdstuk 2 hebben we al gezien dat wit licht een mengsel is

van meerdere kleuren licht. Als je het lichtspectrum van een

gloeilamp bekijkt, bevat dit licht van veel verschillende

golflengtes.

In de figuur hierboven zie je de golflengtes die een gloeilamp en

een led-lamp uitstralen. Een gloeilamp straalt veel verschillende

golflengtes (kleuren) licht uit. Samen mengen die tot wit licht. Er

zit relatief veel straling aan de rode kant van het spectrum.

Daarom geeft een gloeilamp warm wit licht.

Voor een led-lamp is het een ander verhaal. Het licht van een

led-cel bevat twee hoge pieken aan de blauwe kant van het

zichtbare spectrum. Daarom ziet het licht uit een led-cel er

blauw uit. Om witte led-verlichting te krijgen, wordt er gebruik

gemaakt van fosforen die, als ze blauw licht opvangen, andere

golflengten licht gaan uitstralen. Welke golflengten dat zijn,

hangt af van de chemische samenstelling van de fosforen. Je

kunt niet zomaar elke golflengte licht opwekken. Het was dan

ook een hele speurtocht om de juiste fosforen te vinden die

samen de goede kleurtemperatuur opleveren. Vooral de creatie

van warm wit licht was niet eenvoudig. Pas toen dit mogelijk

werd, kon de led-lamp serieus met bestaande lichtbronnen gaan

concurreren.


22

Extra: ineens meer licht?

Als je een blauwe led-cel van een fosforkapje voorziet, lijkt het

of hij ineens meer licht geeft. Hoe is dit mogelijk? Het geheim zit

in het verschil tussen het lichtspectrum van de led-cel en de

gevoeligheid van je oog voor het lichtspectrum dat je ziet.

Een led-cel produceert veel, hoog energetisch, blauw licht. Door

het fosforkapje wordt dit hoog energetische licht omgezet in laag

energetisch wit licht. Omdat je oog hiervoor gevoeliger is, lijkt

het of de led-cel ineens meer licht geeft.

Opgaven

7. Kun je aan de hand van de beschrijving over de opbouw van

een led-lamp in deze paragraaf verklaren waarom led-

lampen over het algemeen duurder zijn dan een standaard

gloei- of spaarlamp?

8. Bij de led-lamp hiernaast is de afschermbol weggelaten.

Je ziet dus meteen de gele fosforkap. Dit type led-lamp

is bedoeld voor toepassingen in bedrijven en grote

zalen. Kun je een voordeel en een nadeel bedenken

van het weglaten van de afschermbol?

5.3 Led-lampjes van organisch materiaal: OLED’s

De led-cellen waar we het

tot nu toe over hebben

gehad, zijn gemaakt van vrij

dure materialen (een klein

deel van de cel is zelfs

gemaakt van saffier, een

zeldzame blauwe edelsteen)

en geven licht uit maar één

punt. Een reflector en een

lens zorgen er vervolgens

voor dat het licht gebundeld

wordt. Tegenwoordig zijn er ook OLED’s (organic light emitting

diodes): led-cellen die gemaakt worden van organisch materiaal

die licht afgeven verspreid over een vlak. OLED’s zijn daarom

heel geschikt als lichtbron in het scherm van een mobiele

telefoon of een televisie. Als je thuis een led-televisie hebt, dan

is de kans groot dat achter de glasplaat daarvan een groot

aantal OLED’s zijn opgesteld.


23

Extra: een OLED-cel van binnen en buiten

Schematisch weergegeven zit een OLED als volgt in elkaar:

In het hart van de OLED-cel zitten drie flinterdunne laagjes

organisch materiaal. Dit zijn koolstofverbindingen waaruit ook

planten, dieren en mensen zijn opgebouwd.

Via de metalen contactjes en de transparante geleidende laag,

kun je een spanning aanleggen op de organische laagjes en gaat

er stroom lopen van de kathode (+) naar de anode (-). Hierdoor

ontstaan er ‘gaten’ in het materiaal. Als die gaten worden

opgevuld door elektronen, komt er fotonen vrij en geeft het

materiaal licht.

De kleur van het licht dat vrijkomt, hangt af van de chemische

samenstelling van het materiaal. In een OLED-cel zitten een

laagje voor rood, een laagje voor groen en een laagje voor

blauw licht: de primaire kleuren voor licht zoals we al zijn

tegengekomen in paragraaf 2.2. De hoeveelheid licht die een

laagje produceert, hangt af de spanning die je aanlegt. Door te

‘spelen’ met de laagjes, kun je dus alle kleuren licht mengen.

Omdat het organische materiaal gevoelig is voor zuurstof en

vocht, zitten de laagjes in een goed afgesloten behuizing. Een

lijmverbinding sluit alles goed af. Eventueel nog aanwezig

zuurstof of vocht, wordt opgevangen in een absorberende laag.

De organische laagjes hebben een dikte van 0,2 µm en de hele

cel is maar 1,3 mm dik. OLED’s worden in allerlei formaten

geproduceerd. Als je de glazen afdekplaat vervangt door folie,

kun je er zelfs buigbare schermen mee maken.


24

6. Welke soorten led-verlichting kom je

tegen?

Er zijn al veel verschillende vormen en toepassingen van led-

verlichting en dit worden er alsmaar meer. In dit hoofdstuk laten

we je kennismaken met een aantal van deze toepassingen.

6.1 Welke vormen lampen zijn er met led-technologie?

In de het vorige hoofdstuk hebben we de

led-lamp in de vorm van een ouderwets

peertje gezien. Dit is de vorm die

consumenten gewend zijn als ze aan een

aan een ‘gewone’ lamp denken. Er zijn

echter al een groot aantal andere vormen

van led-verlichting, zoals spotjes, met

daarin een groepje led-cellen of grote

rijen van led-cellen, die samen even groot

zijn als een gewone tl-buis en die dus

zouden kunnen vervangen.

Dat er zoveel vormen mogelijk zijn, is te danken aan de kleine

led-cellen die je makkelijk kunt combineren. Als

je maar een kleine hoeveelheid licht nodig hebt,

zijn vijf van die cellen in een spotje al genoeg.

Voor de verlichting van een klaslokaal heb je

natuurlijk meer van deze cellen nodig. Een

bijzondere toepassing van led-cellen is de

nieuwe straatverlichting, die een grote

hoeveelheid led-cellen combineert om een hele

straat te verlichten. Misschien heb je ze al eens

gezien. Een aantal grote steden zoals

Amsterdam, Arnhem, Eindhoven en Tilburg zijn

op sommige plaatsen al overgestapt op led-

verlichting. En dit wordt alleen maar meer. Led-

verlichting heeft dan ook grote voordelen ten

opzichte van de oude verlichting. Overigens zien

de led-lantaarnpalen er vrijwel hetzelfde uit als

de standaardverlichting. Als je er niet op let, zul je het niet eens

merken.


25

Extra: in het nieuws:

Arnhem schakelt over op led-lampen ARNHEM - De komende vier jaar worden zo'n 2300

straatlantaarns langs de grotere wegen in Arnhem vervangen

door dimbare led-verlichting. De gemeente denkt daarmee zo'n

500.000 kilowattuur per jaar te kunnen besparen, wat neerkomt

op circa 47% van het huidige verbruik.

Met het vervangen van de lampen is al een begin gemaakt langs

de Groningensingel in Arnhem-Zuid.

Zo'n 40 procent van de Arnhemse energierekening gaat op aan

straatverlichting. Als daar op kan worden bespaard, scheelt dat

een hoop in het gemeentelijk huishoudboekje. Bij weinig verkeer

kunnen de lampen worden gedimd.

Uit Omroep Gelderland, donderdag 04 oktober 2012

6.2 Een paar belangrijke toepassingen van led-verlichting

We hebben al een paar voorbeelden gezien zoals de ‘gewone’

led-lamp, beeldschermen met OLED’s en straatlantaarns. En als

je rondkijkt, zie je steeds meer toepassingen.

Waarschijnlijk heb je wel eens de nieuwe

stoplichten gezien. Die zijn een stuk feller

dan de oude stoplichten. Daardoor kun je

een beter zien, ook als de zon er op schijnt.

In deze stoplichten zijn led-lampen

ingebouwd. Als je goed kijkt kun je led-

cellen zelfs apart tellen.

Ook in discoverlichting wordt steeds vaker

led-verlichting gebruikt, het is hier namelijk

ideaal voor. Led-lampen zijn in bijna alle

kleuren te krijgen en gebruiken veel minder

energie dan de sterke lampen die normaal

nodig zijn voor goede lichteffecten.

Daardoor hebben DJ’s geen krachtstroom

meer nodig om een show te geven en zijn

ze veel minder afhankelijk van waar ze in

de zaal hun verlichting opzetten.


26

Led-verlichting wordt ook steeds vaker toegepast in auto’s:

in de eerste plaats binnen in de auto als leeslampje of om

het interieur te verlichten. Daarnaast wordt led-verlichting

ook steeds meer

gebruikt als koplamp

of in de achterlichten.

Naast goede

verlichting voegen de

typische lijnen van led-

lampen ook iets toe

aan de vormgeving en

geven een auto extra

karakter.

Steeds meer winkelketens stappen over op led-verlichting

vanwege de lange levensduur en de grote lichtopbrengst.

Maar er zijn meer voordelen. Door een speciale toepassing

van led-technologie is het mogelijk om met dezelfde lamp

van kleur te wisselen. Hiermee kun je in een oogwenk de

sfeer in je zaak aanpassen. In de foto’s hieronder zie je een

voorbeeld van een restaurant die dergelijke lampen heeft.

Als het buiten koud is, kan de verlichting een warm, rood

licht geven en in een hete zomer kunnen er koele kleuren

worden ingesteld.


27

6.3 Licht van de toekomst

Zoals je ziet, zijn er al veel toepassingen van led-verlichting.

Misschien kun je zelf ook een aantal situaties opnoemen waarbij

het je opviel dat er led-lampen worden gebruikt. In de toekomst

zal led-verlichting steeds vaker worden toegepast vanwege de

vele voordelen. Die voordelen zijn eerder al genoemd: led-

lampen zijn zuinig, geven evenveel licht als lampen zoals

halogeen- of spaarlampen en gaan langer mee. Door de kleine

afmeting van led-cellen kun je ze in allerlei vormen toepassen.

En er zijn led-lampen met licht in bijna alle kleuren van het

lichtspectrum. Het is zelfs mogelijk om met dezelfde lamp

meerdere kleuren licht te realiseren.

Steeds meer spaarlampen, tl-buizen en halogeenlampen worden

vervangen door led-lampen. Led-verlichting zal in de (nabije)

toekomst dan ook een belangrijk onderdeel vormen van het

dagelijks leven.

9. Discussieer in groepjes van vier over wat de invloed van

zuinige led-verlichting op het wereldwijde energieverbruik

zou kunnen zijn?

Beschrijf kort jullie conclusies en hoe jullie daaraan zijn

gekomen.


28

7. Test je kennis over verlichting!

7.1 Een lamp voor je kamer thuis

De lamp op je kamer is net stuk gegaan en in de voorraadkast

liggen twee nieuwe lampen. Met wat je nu over licht en lampen

weet, kun je een gefundeerde keuze maken voor de beste

nieuwe lamp.

Bestudeer de verpakkingen van de lampen op deze en de

volgende bladzijde en omcirkel de informatie die je voor je keuze

gebruikt.

Leg uit waarom deze informatie belangrijk is en welke conclusies

je eruit kunt trekken.

Dit is de verpakking van een softone spaarlamp.


29

Dit is de verpakking

van een led-lamp.

Voor de leesbaarheid

zijn twee stukken

van de verpakking

uitvergroot.

Omcirkel alle informatie

die relevant is voor je keuze.

Leg uit waarom de omcirkelde informatie

belangrijk is.

Welke lamp kies jij voor je kamer?


30

7.2 Nieuwe verlichting in de fietsenkelder

Op een middelbare school parkeren de leerlingen hun fietsen in

de kelder van het schoolgebouw. Omdat het anders te donker

zou zijn in de kelder, hangen er op het moment zes gloeilampen

in de kelder ter verlichting. De conciërge wil de lampen in de

kelder gaan vervangen. Omdat gloeilampen niet meer

verkrijgbaar zijn, wil hij graag overstappen op een ander type

lamp. De gloeilampen die er op het moment hangen, zijn 80

Watt en geven 20 lumen/Watt.

a) Bereken de totale lichtsterkte in lumen die de zes

gloeilampen opbrengen.

In de onderstaande tabel staan de verschillende lampen waar de

conciërge uit kan kiezen, ter vervanging van de gloeilampen. De

waarden in de tabel gaan telkens om één enkele lamp.

spaarlamp led-lamp natriumlamp kwiklamp

Vermogen

(Watt) 40 … 40 80

Lichtopbrengst (lumen/Watt)

70 100 … 60

Lichtstroom

(lumen) … 2.000 4.800 …

Levensduur (uur)

10.000 25.000 28.000 16.000

Prijs per lamp

(€) 4,95 39,95 56,95 21,05

Milieuscore schadelijk … schadelijk …

Kleurtemperatuur verschillend verschillend … verschillend

b) In de tabel ontbreken nog enkele waarden die de conciërge

niet kon vinden. Vul deze ontbrekende waarden in.

Op basis van de tabel wil de conciërge een keuze maken over

welke lampsoort hij gaat gebruiken ter vervanging van de

gloeilampen. Een vereiste hierbij is dat de nieuwe lampen

tenminste evenveel of meer lumen leveren dan de gloeilampen;

anders wordt de fietsenkelder niet goed verlicht. De verlichting

brandt vanwege de vakanties 40 weken per jaar en tijdens die

weken brandt de verlichting gemiddeld acht uur per dag.


31

c) Als de conciërge zo goedkoop mogelijk de fietsenkelder wil

verlichten, welk soort lamp kan hij dan het beste gebruiken

en hoeveel stuks van die lamp? Hou hierbij rekening dat je

maximaal zes lampen kan ophangen en dat je een afweging

moet maken qua prijs en levensduur. Bereken wat de

conciërge per jaar voor de lampen uit zou moeten geven en

motiveer je antwoord. De energiekosten mag je nu nog

negeren.

In opgave c) heb je de kosten bepaald van jouw lampkeuze,

maar heb je hierbij geen rekening gehouden met de kosten voor

de stroom. Een kWh kost 0,22 Euro.

d) Bereken hoeveel geld je per jaar kwijt bent aan stroom voor

de nieuwe verlichting. Bepaal hiervoor eerst het aantal uur

per jaar dat de lampen branden en gebruik vervolgens het

vermogen van de door jouw gekozen lampen om het

verbruik in kWh te berekenen.

e) Wat is de beste lampkeuze als je alleen naar de jaarlijkse

kosten kijkt?

f) Als de prijs van de verlichting niet van het grootste belang is,

welke lamp zou jij dan aanraden op basis van factoren zoals

milieu en kleurtemperatuur?

In de praktijk

De opgave laat zien hoe je verschillende keuzes door kunt

rekenen. In de praktijk moet je meestal met nog meer dingen

rekening houden. Om maar eens een paar dingen te noemen:

Voor natrium- en kwiklampen heb je extra

voorschakelapparatuur nodig en een andere, grotere fitting.

Dit soort lampen mag je eigenlijk niet in afgesloten ruimtes

gebruiken in verband met schadelijke stoffen zoals kwik en

natrium.

In kelder zijn misschien bewust zes lampen opgehangen om

donkere hoeken te vermijden.

Het is een hele puzzel om de beste lampen te kiezen. De

goedkoopste oplossing is vaak niet de beste oplossing.

laat je verlichten

Documents