Site Loader

Содержание

Кто изобрел светодиод и как он работает

Интересные факты о светодиодах



Светодиод изобрел Олег Лосев

Олег Лосев

Содержание

Интересные факты о светодиодах

• Светодиод изобрел Олег Лосев
• Как устроен светодиод
• Срок службы светодиодов
   Средний срок службы
   Почему же у белых светодиодов наименьший срок службы?
• Светодиоды греются
   Как реагирует светодиод на нагрев

Еще в 1907 году было впервые отмечено слабое свечение, испускаемое карбидокремниевыми кристаллами вследствие неизвестных тогда электронных превращений. В 1923 году наш соотечественник, сотрудник Нижегородской радио-лаборатории Олег Лосев отмечал это явление во время проводимых им радиотехнических исследований с полупроводниковыми детекторами, однако интенсивность наблюдаемых излучений была столь незначительной, что Российская научная общественность тогда всерьез не интересовалась этим феноменом.

Через пять лет Лосев специально занялся исследованиями этого эффекта и продолжал их почти до конца жизни (О.В. Лосев скончался в блокадном Ленинграде в январе 1942 года, не дожив до 39 лет). Открытие «Losev Licht», как назвали эффект в Германии, где Лосев публиковался в научных журналах, стало мировой сенсацией. И после изобретения транзистора (в 1948 году) и создания теории p-n-перехода (основы всех полупроводников) стала понятна природа свечения.

В 1962 году американец Ник Холоньяк продемонстрировал работу первого светодиода, а вскоре после этого сообщил о начале полупромышленного выпуска светодиодов.

Светодиод (англ. light emission diode – LED) является полупроводниковым прибором, его активная часть, называемая «кристалл» или «чип», как и у обычных диодов состоит из двух типов полупроводника – с электронной (n-типа) и с дырочной (p-типа) проводимостью. В отличие же от обычного диода в светодиоде на границе полупроводников разного типа существует определенный энергетический барьер, препятствующий рекомбинации электронно-дырочных пар. Электрическое поле, приложенное к кристаллу, позволяет преодолеть этот барьер и происходит рекомбинация (аннигиляция) пары с излучением кванта света. Длина волны излучаемого света определяется величиной энергетического барьера, который, в свою очередь, зависит от материала и структуры полупроводника, а также наличия примесей.

Значит, прежде всего, нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного p-n-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.


Как устроен светодиод

Основные современные материалы, используемые в кристаллах светодиодов:

  •     InGaN — синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости;
  •     AlGaInP — желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости;
  •     AlGaAs — красные и инфракрасные светодиоды;
  •     GaP — желтые и зеленые светодиоды.


Кроме светодиодов лампового типа (3, 5, 10 мм, их форма действительно напоминает миниатюрную лампочку с двумя выводами), в последнее время все большее распространение получают SMD — светодиоды. Они совершенно иной конструкции, отвечающей требованиям технологии автоматического монтажа на поверхность печатной платы (surface mounted devices – SMD).

А сверхяркие светодиоды такого типа называются эммитеррами (emitter, англ. «излучатель»).

SMD светодиоды имеют более компактные размеры, допускают автоматическую расстановку и пайку на поверхность платы без ручной сборки. Некоторые производители светодиодов выпускают специальные SMD-диоды, содержащие в одном корпусе три кристалла, излучающие свет трех основных цветов – красный, синий и зеленый. Это позволяет получить при смешении их излучения всю цветовую гамму, включая белый цвет, при ультракомпактных размерах.

Яркость светодиода характеризуется световым потоком (Люмены) и осевой силой света (Кандела), а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучающих в телесном угле от 4 до 140 градусов.

Цвет, как обычно, определяется координатами цветности, цветовой температурой белого света (Кельвин), а также длиной волны излучения (нанометры).

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности (характеристика «Люмен/Ватт»).

Также интересной характеристикой оказывается цена одного люмена ($/Люмен).

Итак, любой светодиод состоит из одного или нескольких кристаллов, размещенных в корпусе с контактными выводами и оптической системы (линзы), формирующей световой поток. Длина волны излучения кристалла (цвет) зависит от материала полупроводника и от легирующих примесей. Биновка (wavelength bin) кристаллов по длине волны излучения происходит при их изготовлении. В партии поставки на современном производстве отбираются близкие по спектру излучения кристаллы.

Широкий диапазон оптических характеристик, миниатюрные размеры и гибкие возможности по дискретному управлению обеспечили применение светодиодов для создания самых различных световых приборов и изделий. Светодиод излучает в узкой части спектра, на определенной длине волны его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры.

Срок службы светодиодов

Основная характеристика надежности светодиодов – срок их службы. В процессе эксплуатации возможны две ситуации: световой поток излучателя либо частично уменьшился, либо вовсе прекратился. Срок службы отражает эти факты: различают полезный срок службы (пока световой поток не упадет ниже определенного предела) и полный (пока прибор не выйдет из строя).

Срок службы напрямую зависит от типа светодиода, подаваемого на него тока, охлаждения кристалла (chip) светодиода, состава и качества кристалла, компоновки и сборки в целом.

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче чем у маломощных сигнальных. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

Очевидно, например, что в светодиодах мощностью от 1 Вт (рабочий ток 0,350 А) и более мощных, тепловыделение гораздо обильнее, чем в светодиодах типа «5 мм», рассчитанных на ток 0,02 А. По светоотдаче 1 светодиод мощностью 1 Вт заменяет около 50 светодиодов типа «5 мм», но и греется сильнее. Поэтому светодиодные сборки с мощными светодиодами требуют пассивного охлаждения (монтаж на MCPCB плату (печатная плата на металлической основе) и радиатор).

Средний срок службы


5 мм -LED и SMD-LED:

• белый до 50000 ч. с падением светового потока до 35% в течении первых 15000 ч.
• синий, зеленый до 70000 ч. с падением светового потока до 15% в течении первых 25000 ч.
• красный, желтый до 90000 ч. с падением светового потока незначительно.

HI-POWER LED от 1 Вт и выше:

• белый до 80000 ч. с падением светового потока до 15% в течении первых 10000 ч.
• синий, зеленый до 80000 ч.
• красный, желтый до 80000 ч.


Почему же у белых светодиодов наименьший срок службы?

К сожалению, структур, излучающих белый свет, никто еще не придумал. Основой диода белого цвета является структура InGaN, излучающая на длине волны 470 нм (синий цвет) и нанесенный сверху на нее люминофор (специальный состав), излучающий в широком диапазоне видимого спектра и имеющий максимум в его желтый части. Человеческий глаз комбинацию такого рода воспринимает как белый цвет. Люминофор ухудшает тепловые характеристики светодиода, поэтому срок службы сокращается. Сейчас мировые производители изобретают новые и новые варианты эффективного нанесения люминофора.


Большинство сверхярких светодиодов служат в районе 50000 — 80000 часов. Много это или мало?

50000 часов — это:

    24 часа в день 5.7 лет
    18 часов в день 7.4 лет
    12 часов в день 11.4 лет
    8 часов в день 17.1 лет


 

Светодиоды греются

Многие считают, что светодиоды практически не греются. Так почему светодиодным приборам нужен теплоотвод и что будет, если теплоотвода нет?

Светодиоды продуцируют тепло в полупроводниковом переходе. И чем мощнее LED, тем больше тепла. Конечно, индикаторные светодиоды, например, датчики автосигнализаций сильно не греются. Но со сверхяркими LED они имеют мало общего. Если мощные светодиоды объединены в некую сборку, да еще и установлены в герметичный корпус, то нагрев становится значительным.

И если не происходит отвод тепла, полупроводниковый переход перегревается, отчего изменяются характеристики кристалла, и через некоторое время светодиод может выйти из строя. Так что очень важно строго контролировать количество тепла и обеспечивать эффективный теплоотвод.


 

Как реагирует светодиод на нагрев

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у красных и желтых светодиодов, и меньше у зеленых, синих и белых.


Источник: сайт НПО РоСАТ

 

Общая оценка материала: 5

Оценка незарегистрированных пользователей:

Кто изобрел светодиоды? — новости Inmesol Gensets

В октябре 2012 года мир праздновал 50-летний юбилей создания первого светодиода (LED, Light Emitting Diode), автором которого считается инженер компании General Electric Ник Холоньяк. Тем не менее, рассказывая об истории этой ставшей частью нашего быта осветительной системы, следует также вспомнить других ученых и результаты их работы, полученные до и после знаменательной даты. Начнем в хронологическом порядке.

Henry Joseph Round (1881-1966)

Wikimedia Commons.

Автором первых трудов по электролюминесценции, лежащего в основе светодиодов явления, стал этот британский ученый, обнаруживший, что некоторые полупроводники могут светиться при подаче на них электрического тока. Раунд, один из первых специалистов по радиотехнике, заметил свечение, подавая напряжение на полупроводниковые материалы, чтобы усилить радиосигналы. О своем открытии он рассказал на страницах журнала Electrical World 9 февраля 1907 года.

Генри Джозеф Раунд был ассистентом Маркони, работал над первым британским радиопередатчиком и принимал участие в разработке сонара, или гидролокатора.

Oleg Vladimirovich Lósev (1903-1942)

Wikimedia Commons.

В 1927 году Лосев опубликовал результаты первого исследования светодиодов сначала в советской научной прессе а затем в разных журналах Великобритании и США. Лосев был талантливым ученым и изобретателем в области телекоммуникаций и электроники, он также пришел к выводу, ранее сделанному Генри Джозефом Раундом: полупроводники, используемые в радиоприемниках излучают свет при пропускании через него электрического тока. Впоследствии им был создан кристаллический диод с оксидом цинка и карбидом кремния, который, как и предполагал ученый, излучал фотоны при пропускании через него тока. Лосев запатентовал световое реле и его применение в телекоммуникационном оборудовании. Ученый умер в 1942 году в возрасте 39 лет, так и не получив возможность продолжить разработку своего изобретения.

Nick Holonyak (1928)

В 1962 году, работая в компании General Electric, этот американский ученый создал первый светодиод в видимой области спектра. Год спустя в журнале Reader’s Digest Холоньяк предсказал, что светодиоды заменят традиционные лампы накаливания Томаса Эдисона.

Закончив преподавание в области электротехники и вычислительной техники в Иллинойсском (ученый также является отцом лазера на квантовых точках) и осуществляет практические разработки с применением светодиодов в Philips Lumileds Lighting Company.

Рекомендуем познакомиться с интервью, которое Холоньяк дал GE Lighting по поводу 50-летнего юбилея своего изобретения (см. видео) и со статьей, опубликованной в связи с этим событием.

Shuji Nakamura (1954)

Фотография: личный вебсайт Сюдзи Накамуры.

Этому японскому ученому, профессору Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) мы обязаны появлением первого яркого светодиода (GaN) и созданием синих светодиодов — что в дальнейшем привело к созданию белого светодиода, используемого сегодня в осветительных приборах.

Накамура также является создателем ультрафиолетовых светодиодов, использующихся для стерилизации воды, а также синего лазера, ставшего основой технологии blu-ray, позволившей пятикратно увеличить объем хранения данных на таких носителях,

Преимущества и применение «основной лампы»

Говоря о технологии светодиодов, Ник Холоньяк использует выражение «основная лампа», так как «ток сам по себе является светом». КПД светодиодов более высокий, по сравнению с другими осветительными технологиями, как по долговечности, так и по потреблению энергии (на 75 % меньше, чем у ламп накаливания). Кроме того, светодиоды не нагреваются, гарантируют высокую световую отдачу с первой секунды включения, отличаются виброустойчивостью, могут быть использованы в устройствах небольшого размера, а излучаемый свет очень похож на дневное освещение, в связи с чем снижает усталость глаз за рулем автомобиля.

Автор: Markus Grossalber (Flickr).

Светодиоды присутствуют в нашей жизни повсеместно: экраны мобильных телефонов, планшетов, компьютеров и телевизоров, микроскопические хирургические приборы, взлетно-посадочные полосы, автодороги, уличные указатели, вывески, автомобили, оформление фасадов зданий, радары и военная техника, информационные табло, принтеры и др.

Компания Inmesol использует светодиодную технологию при производстве экологичных передвижных осветительных мачт. Благодаря устойчивости прожекторов к вибрации, осветительные мачты используются в качестве аварийного оборудования и подлежат перевозке по шоссе и автомагистралям на более высокой скорости, чем обычно. Еще одним преимуществом является то, что за счет более низкого потребления электроэнергии, чем лампы накаливания, светодиоды позволяют сократить расход дизельного топлива электрогенераторными установками, которые можно использовать для подачи питания на другое оборудование.

Источники:

http://www.lediko.com/Diody_LED_-_rys_historyczny/58/

http://www.circuitstoday.com/invention-history-of-light-emitting-diode-led

http://www.gelighting.com/LightingWeb/la/north/noticias-y-medios/sala-prensa/press-releases/2012/holonyak.jsp

Википедия

Фотографии:

Wikimedia Commons. Загружено по ссылке: http://en.wikipedia.org/wiki/File:HJ_Round.jpg#filelinks

Wikimedia Commons. Загружено по ссылке: http://www.computer-museum.ru/connect/losev.htm

История светодиода – ЗАО «Протон-Импульс»

В основе работы светодиода лежит явление электролюминесценции, т.е. излучение света при прохождении электрического тока через полупроводники. Впервые его наблюдал сотрудник британской компании Маркони (Marconi Company) — Генри Раунд (Henry Round) в 1907 году. Раунд занимался исследованиями, связанными с разработкой технологии радиопередачи над поверхностью земли и моря в различное время суток. Он пропускал электрический ток напряжением 10 вольт через кристалл карборунда (карбид кремния) и заметил, что тот испускает желтоватый свет. Раунд опубликовал короткую заметку о своем наблюдении в журнале Electrical World, однако не стал продолжать свои исследования в этой области.

В 1923 году советский исследователь Олег Лосев наблюдал в Нижегородской радиолаборатории свечение диодов на основе карбида кремния и оксида цинка. Скорее всего, Лосев не знал о работе своего предшественника, но в отличие от Раунда, он сумел оценить значимость открытия. Продолжив работу, Лосев создал ряд изобретений основанных на принципе электролюминесценции. В 1927 году Лосев подробно описал исследуемый эффект в журнале «Телеграфия и телефония без проводов» и установил минимальный ток, необходимый для возникновения свечения.

За период с 1924 по 1930 годы Лосев публикует ряд работ, в которых была доказана нетепловая природа излучения, представлены спектры испускаемого света и вольтамперная характеристика диодов. Также он получил несколько патентов на «Световое реле» (первое в 1927, второе в 1929 году), закрепив за Россией приоритет в исследовании светодиодов.

Промышленное значение светодиоды получили только в начале 60-х годов, после того как Ник Холоньяк (Nick Holonyak) изобрел красный светодиод для компании General Electric. Позднее он продолжил свои исследования в университете Иллинойса, где были созданы светодиоды желто-зеленого и красного свечения. Аспирант Холоньяка Джордж Крафорд изобрел в 1972 году первый желтый светодиод и десятикратной яркости красный и красно-оранжевый светодиоды.

Первый синий светодиод создал в 1971 году Жан Панков, однако его изготовление было связано с серьезными затратами, поскольку в нем применялась сапфирная подложка. Только в 1990 году, благодаря Сюдзи Накамура (Shuji Nakamura), сотруднику японской корпорации Nichia, промышленность получила возможность выпускать синие светодиоды. Уже в 1993 году Nichia удалось наладить производство новых «дешевых» синих светодиодов.

Считается, что с 60-х годов развитие светодиодной техники идет в геометрической прогрессии, причем технические параметры улучшаются в два раза через каждые 36 месяцев, по аналогии с законом Мура. Эта зависимость получила название закона Haitz (по имени Dr. Roland Haitz).

В настоящее время промышленности удалось получить очень яркие светодиоды, светоотдача которых приблизилась к характеристикам люминесцентных ламп, что позволило создавать экраны, обладающие высокой яркостью и контрастностью. Такие экраны способны отображать информацию даже при ярком солнечном свете, имеют огромные сроки службы и низкое энергопотребление.

Кроме того, светодиоды широко используются в качестве индикаторов, в оптопарах, в качестве источника излучения в оптоволоконных сетях, для подсветки ЖК экранов мобильных устройств. Мощные светодиоды могут использоваться в качестве источника света в фонарях, лампах бытового и промышленного назначения.

кто первый придумал и запатентовал лампу накаливания, в каком году изобретение появилось в России > Свет и светильники

Современные люди уже не представляют своей жизни без яркого света, который излучают электрические лампочки.

Однако мало кто задумывается, кто изобрел лампочку, и как это происходило.

Эволюция этого электрического прибора сложная и длительная.

В работе принимали участие многие великие ученые, которые постепенно совершенствовали лампочку, чтобы сделать ее такой, какой мы видим ее сейчас.

Содержание

Предшественники ламп

Еще в давние времена люди предпринимали попытки сделать приборы, которые будут давать свет ночью. Первые известные «лампочки», которые использовались для освещения, работали на жиру. Для этой цели использовали любое растительное масло или животный жир. В глиняный сосуд наливали жир, окунали туда фитиль из ткани, и поджигали его.

Позже люди начали добывать нефть, тогда на замену «свече в емкости» пришла керосиновая лампа. Потом появились первые свечи на основе пчелиного воска и свиного жира. Однако все вышеописанные источники света имели недостатки, поэтому ученые трудились над изобретением более безопасных и долговечных приборов.

Это интересно! Первая безопасная лампа, которая массово использовалась для освещения, появилась примерно во второй половине ХIX века. Как раз на этот период припадает большое количество открытий, которые тесно связаны с развитием электричества.

История изобретения

По мере широкого внедрения электричества в различные отрасли хозяйства и быт, начали появляться первые осветительные устройства. Электрическая лампочка – это великое достижение человечества. В 18 веке появились 2 типа ламп: дуговая и с нитью накала. Первые осветительные элементы появились раньше, они работали за счет явления дугового разряда. Оно выражается в появлении электрического разряда между двумя слегка разведенными проводниками (металлические или из угля). Это явление исследовал ученый В. Петров, а чуть позже – английский физик Деви.

Однако дуговое устройство было способно светить максимум 5 минут, именно поэтому его не использовали на пpaктике. Лампочка была оснащена большим количеством электродов между двумя стержнями, которые приходилось часто двигать друг к другу, так как они быстро выгорали. Кроме того, изделие периодически излучало мерцание.

В 1844 году Фуко изобрел конструкцию с проводниками из твердого кокса. Такую лампочку начали применять для освещения улиц. Однако высокомощная батарея требовала больших материальных затрат, поэтому ее применение был кратковременным. Чуть позже было создано устройство с часовым механизмом, которое автоматически приближает электроды через определенное время по мере их сгорания. Однако и такие лампы не нашли широкого применения, в это время ученые занимались изобретением более привлекательного источника света.

Далеко не все люди знают, кто на самом деле изобрел действующую электрическую лампочку. Большинство из них присваивает звание изобретателя Томасу Эдисону, однако над созданием осветительного элемента трудилось много ученых (в том числе русских).

Изобретатели из разных стран проводили эксперименты, во время которых нити накаливания помещались в разные типы среды. Они стремились создать лампочку, которую можно было использовать для освещения жилых помещений. Для этого исследовался эффект накаливания разных материалов, по ним пускали ток, они разогревались и давали свечение. Изобретателям важно было не позволить проводникам перегреваться, плавиться или гореть, а также найти баланс между нитью накала и средой, в которой она находиться. Нужно было защитить проводник от разрушительного воздействия воздуха, для этого использовали емкость, то есть колбу лампы.

Читайте также  Подбираем оптимальные варианты освещения и расположения светильников на кухне

Одна из первых ламп накала появилась в первой половине 18 века, ее электроды были вылиты из платины. Однако такой проводник был достаточно хрупкий и дорогостоящий, поэтому не пользовался популярностью.

Конструкция с угольной нитью тоже не стала популярной, так как она быстро сгорала из-за наличия в колбе кислорода. Потом в устройстве стали использовать проводники из обугленного бамбука, а из колбы выкачали кислород. Это первая лампа современного образца, но и она еще не идеальна.

Ближе к концу 18 века ученые изобрели лампочку с молибденовой и вольфрамовой спиралью. Она способна была работать на протяжении 30 минут. Потом конструкция была дополнена несколькими угольными волосками, которые горели по очереди.

Затем за доработку уже существующих технологий взялись американские ученые.

Этапы развития

Если вас по-прежнему интересует кто придумал лампу накала, то обратите внимание на хронологию, которая представлена в таблице:

                             Дата в годахСобытие, связанное с развитием лампы накала
1803Петров из России получил вольтовую дугу, используя мощную батарею.
1808Г. Дэви (Англия) тоже использовал дуговой разряд для освещения, но недолго.
1838Жобар из Бельгии изобрел лампу, которая была оснащена угольными стержнями.
1840Английский астроном Деларю представил свое изобретение в виде лампы с платиновыми проводниками.
1841Благодаря стараниям Ф. Молейна из Англии появились устройства с платиновыми стержнями и углеродным наполнителем.
1845Кинг заменил проводники из платины на угольные электроды.
1854Г. Гебель изобрел прототип современной лампочки с нитью накала из обугленного бамбука.
1860Д. Свон (Англия) представил лампочку, где в качестве проводников использовалась углеродная бумага.
1874А. Лодыгин получил право на осветительное устройство с угольными электродами.
1875Дидрихсон занялся оптимизацией лампочки Лодыгина.
1875 – 1876П. Яблочков изобрел каолиновую лампочку.
1878Д. Свон запатентовал прибор с угольной нитью.
1879Т. Эдисон получил права на лампу с платиновыми электродами.
1890Лодыгин запатентовал устройство с молибденовой и вольфрамовой спиралью.
1904Ш. Юст, Ф. Ханаман закрепили за собой права на лампочку с вольфрамовой спиралью (аналогичную лампочке Лодыгина).
1906В. Кулидж предложил выпускать лампочки с вольфрамовыми проводниками в форме зигзага, двойной или тройной спирали.

Как видите, история развития лампы с нитью накала длинная, в ее создании участвовали изобретатели из разных стран.

Жерар Деларю и Генрих Гебель

В 1840 году астроном из Англии Ж. Деларю изобрел конструкцию, которая состояла из вакуумной трубки и платиновой спирали внутри нее. Его открытие стало первой в мире лампочкой, где нить накала представлена в форме спирали. Прибор излучал яркое свечение и мог использоваться пpaктически при любой температуре. Однако его себестоимость была высокой, а срок службы коротким, поэтому она не была популярной.

В 1854 году Г. Гебель сконструировал первый прототип лампы накала. Это устройство с вакуумной колбой и элементом накаливания из обугленного бамбука. Вместо колбы использовались флаконы от парфюмов. Вакуумная среда создавалась за счет добавления и выливания ртути. Этот прибор был хрупким, недолговечным, но уже более пpaктичным, чем его предшественники.

Русский ученый Александр Лодыгин

Во второй половине 18 века известный ученый А. Лодыгин изобрел и запатентовал нитевой источник света с угольными электродами. В качестве нагревательного элемента использовали спирали из вольфрама или молибдена. Чтобы продлить срок эксплуатации лампочки, изобретатель предложил откачать из нее воздух, тогда проводники будут медленнее окислятся. Эти осветительные элементы сразу же начали использовать для освещения улиц и зданий в России.

Это интересно! Первые лампочки, которые продавались в Америке, изготавливались по патенту А. Лодыгина. Кроме того, ученый изобрел угольные осветительные устройства, колба которых заполнена азотом.

Чуть позже лампочку Лодыгина усовершенствовал В. Дидрихсон, который установил в колбу несколько последовательно сгорающих нитей.

Читайте также  Планируем эффектное и эффективное освещение кухни-гостиной

Изобретатель Павел Яблочков

Во время создания электрической свечи П. Яблочков заметил, что каолин (вид белой глины) хорошо проводит ток при нагревании. Тогда он изобрел электролампочку, где нить накала была сделана из каолина. Этот прибор отличается от других тем, что может работать даже под воздействием кислорода. Перед этим открытием П. Яблочков работал над дуговыми лампами во Франции.

Идея параллельного размещения электродов возникла у изобретателя во время посещения местного кафе. Это произошло, когда П. Яблочков наблюдал, как официант размещает столовые приборы.

При параллельном размещении элементов накаливания существовал риск перегорания токопроводящих зажимов. Чтобы избежать этого Яблочков добавил в конструкцию изолятор, который постепенно выгорал вместе с проводниками. В качестве изолятора использовалась белая глина. Благодаря перемычке из угля между нитями накала источник света загорался, а генератор переменного тока использовали, чтобы неравномерность выгорания проводников снизилась.

Такие лампочки недорого стояли и светили на протяжении 1.5 часов, поэтому их широко применяли для освещения улиц вместо свеч.

Американец Томас Эдисон

Во второй половине 1870 года началась исследовательская работа Т. Эдисона. Ведущий изобретатель тестировал лампы накалывания с проводниками из разных материалов, но безуспешно.

Это интересно! Ближе к концу 70-х гг. к Эдисону в руки попали лампочки Лодыгина. По одной из версии, их привез русский лейтенант Хотинский. Это помогло американцу сделать прорыв в развитии ламп накала.

Эдисон пригласил к сотрудничеству Ф. Аптона, который предложил сосредоточить внимание на недочетах предыдущих изобретений. В 1879 году ученый получил патент на устройство с платиновыми электродами. Еще спустя год он открыл угольный прибор, который работал без перерыва 40 часов. Кроме того, Эдисон стал первооткрывателем поворотного выключателя.

Он внес незначительные изменения в изобретение Лодыгина: выкачал больше воздуха из колбы, сконструировал винтовой цоколь, который более известен под названием цоколь Эдисона, патрон и пpeдoxpaнители. Он снизил себестоимость прибора и организовал его массовое производство. Новые осветительные элементы вытеснили старые газовые. В 1880 году он увеличил срок бесперебойной работы лампы до 1200 часов.

Основные выводы

Как видите, над изобретением первой лампы накаливания работали ученые, а также изобретатели из России, Германии, Англии, Бельгии, Франции и США. Все они повлияли на создание современной электролампы, которая сделала нашу жизнь светлее. Однако настоящим «отцом» лампы с нитью накала считается Лодыгин, несмотря на то, что официально авторство принадлежит Эдисону. Без сомнений, это устройство придумали задолго до того, как американец получил на него права. Однако главная заслуга Эдисона в том, что он исправил некоторые недочеты предыдущих изобретателей, и представил миру готовую к использованию лампочку вместе электрической системой.

ПредыдущаяОсвещение в квартиреЧто такое люмен и световой потокСледующаяОсвещение в квартиреКак подключить две лампочки или два светильника к одному выключателю

Как синий свет стал белым – аналитический портал ПОЛИТ.РУ

Японские ученые Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура (последний сейчас живет в США) стали лауреатами Нобелевской премии в области физики за изобретение синих светодиодов. Аналитики приходят в себя от неожиданности: они не смогли предсказать, что Нобелевский комитет в этом году обратит внимание на прикладную сферу. Японское правительство может быть довольно: объявленный в 2001 году план «30 Нобелевских премий за полвека» еще немного приблизился к реализации. А мы попытаемся разобраться, что же привлекло внимание Нобелевского комитета.

 

Как и другие полупроводниковые приборы, светодиоды состоят из двух частей, обладающих разной проводимостью: электронной (n-типа) и дырочной (p-типа). В первой области есть избыток отрицательных зарядов, во второй – их недостаток, поэтому носителями положительного заряда являются вакантные места в электронных оболочках атомов – «дырки». Между p-областью и n-областью расположена граница – p-n-переход. Если к p-области диода подключить положительный полюс источника питания, а к n-области – отрицательный, электроны и «дырки» устремятся через p-n-переход к соответствующим полюсам, и в цепи возникнет электрический ток. Если полярность подключения поменять, тока в цепи не будет. Это общее свойство диодов.

Для светодиодов характерно еще и то, что при подключении тока в области p-n-перехода они излучают свет. Это происходит благодаря тому, что электроны занимают вакантные позиции в оболочках атомов (там, где были «дырки»), и при этом испускаются фотоны. Длина волны, какого цвета свечение мы увидим, зависит от материала полупроводника

Впервые свечение полупроводника наблюдал в 1907 году сотрудник Маркони британец Генри Раунд. В этот эффект независимо открыл 1923 году советский физик Олег Лосев, работавший тогда в Нижнем Новгороде. Но природа этого явления была тогда не до конца понятна ученым, а перспективы его применения неясны. Дальнейшие исследования Лосева были связаны с другим применением полупроводниковых материалов – созданием кристаллических радиодетекторов, но еще долгое время в англоязычной литературе свечение полупроводника называлось Losev light «свечение Лосева».

В начале 1960-х созданы инфракрасный светодиод (Роберт Байард, Гари Питтман) и светодиод, дающий красный свет видимого диапазона (Ник Холоньяк). Сначала светодиоды были довольного дорогими, а яркость их была еще мала, но со временем стоимость начала снижаться, а яркость наоборот расти, и светодиоды уже могли бы теоретически стать конкурентами ламп накаливания, если бы были способны давать свет широкого спектра (белый). Пока же они оставались красными и использовалась, в основном, в различных индикаторах.

В начале 70-х годов появились светодиоды желтого (Джордж Крафорд) и зеленого цвета свечения. Создаваемый ими световой поток к началу 1990-х достиг уровня в 1 люмен (50 ваттная лампа накаливания дает световой поток в 50 люменов). Но для успешного применения в качестве источников освещения этого было, конечно, еще недостаточно.

Сегодняшние лауреаты смогли решить две проблемы. Они разработали светодиоды большой яркости, а также создали светодиоды синего света. И Исаму Акасаки с Хироси Амано, работающие в университете города Нагоя, и Сюдзи Накамура, который в 1980-х был сотрудником компании «Nichia Chemical Industries», сделали ставку на нитрид галлия как основу светодиодов. Уже было известно, чтото вещество дает синее свечение, однако при выращивание кристаллов нитрида галлия было очень трудоемким и дорогим. Акасаки и Амано обнаружили, изучая вещество под сканирующим электронным микроскопом, что этот процесс увеличивает эффективность p-слоя. Это происходило из-за того, что поток электронов удалял мешающие формированию p-слоя ядра водорода. Им удалось в 1992 году создать яркий синий светодиод. Независимо в том же году создал светодиод Накамура. Он сумел получить высококачественные кристаллы нитрида галлия, выращивая кристаллические слои сначала при низкой, а потом при высокой температуре.

Получение синих светодиодов дало новый импульс к развитию светодиодного освещения. Полупроводниковые источники света стали выигрывать конкурентную борьбу. Они потребляют меньше энергии, дают при этом свет большой яркости. В отличие от флуоресцентных ламп они не содержат ртути. В отличие от ламп накаливания, они без потерь преобразуют энергию в свет, не тратя ее на выделение тепла. К тому же они небольшого размера, мало весят, долго служат, эффективно работают при низких температурах, не требуют времени на прогрев или выключение. Так как светодиоды не нагреваются при работе, они не создают опасность пожара.

Усилия многих разработчиков привели к дальнейшему совершенствованию светодиодных ламп. Последнее рекордное достижение в уровне световой отдачи (отношении излучаемого светового потока к потребляемой им мощности) составляет чуть более 300 люмен / ватт, то есть один светодиод по этому параметру равен примерно 20 стоваттным лампам накаливания или 17 стоваттным галогеновым лампам.

 

Сравнительная световая отдача масляной лампы, лампы накаливания, флуоресцентной лампы и светодиода (люмен / ватт).

Благодаря синим светодиодам стало возможным получение белого света. Для этого существуют два способа. Белый цвет получают, используя комбинацию трех светодиодов: красного, зеленого и синего. Или же в лампе применяют синие светодиоды, но слой люминофора преобразует их излучение в свет в относительно широкой спектральной полосе с максимумом в области желтого. В результате излучение светодиода и люминофора, смешиваясь, дают белый свет различных оттенков.

 

Конструкция белого светодиода (чип – собственно светодиод, дающий синий свет, люминофор позволяет преобразовать его в белый).

Использование синего света в светодиодах дает еще одну выгоду. Так как длина волны синего цвета короче, чем у, например, инфракрасного, его можно более эффективно использовать в устройствах хранения и передачи информации. В компакт-дисках (CD) для чтения информации используется инфракрасный лазерный луч с длиной волны 780 нм. Значительно большая емкость дисков Blu-Ray достигается за счет использования лазера синего-фиолетового цвета (405 нм). Создание синего лазера – тоже дело рук Акасаки и Амано с одной стороны, а также Накамуры с другой. Синий светодиод служит важнейшим компонентом этого лазера.

Нобелевская премия по физике присуждена за LED

Автор фото, AP

Подпись к фото,

Нобелевский комитет решил отметить ученых, совершивших прорыв в современных технологиях

Нобелевская премия по физике 2014 года присуждена японским ученым Исаму Акасаки, Хироси Амано и Судзи Накамуре за прорыв в технологиях искусственного света, объявил в Стокгольме Нобелевский комитет Шведской королевской академии наук.

Исследователь Университета Калифорнии в Санта-Барбаре Накамура и его японские коллеги профессор Амано из университета Мейджо и профессор Акасака из университета Нагоя получили эту премию за изобретение синего светодиода (LED) – яркого, дешевого и энергосберегающего источника света.

«С изобретением ламп LED у нас появилась альтернатива старым источникам света, с более длительным сроком работы и меньшим расходом энергии», — заявил представитель Шведской королевской академии наук при объявлении лауреатов.

«Учитывая, что примерно четверть электроэнергии в мире расходуется на освещение, технология LED способствует сохранению ресурсов нашей планеты», — подчеркнул Нобелевский комитет.

60-летний профессор Судзи Накамура сразу принял поздравления Шведской академии по телефону, несмотря на разницу во времени между Стокгольмом и Санта-Барбарой.

Дешевый источник света

Первый синий светодиод был создан ещё в 1971 в компании RCA. Промышленные синие светодиоды на основе карбида кремния серийно выпускались в 1980-х годах, но их яркость была совсем мала, поэтому их применение было ограничено, и они не получили существенного распространения.

Автор фото, Reuters

Подпись к фото,

В 1990 году Судзи Накамура изобрел дешевый синий светодиод

Ученые долго, но безуспешно пытались создать более эффективный образец.

Ситуация изменилась в 1990 году, когда Судзи Накамура, работавший в то время на японскую корпорацию Nichia Chemical Industries, изобрел дешевый синий светодиод, основанный на принципе удвоения частоты резонанса полупроводников, обычно излучающих в инфракрасной зоне спектра.

К 1993 году компании Nichia удалось начать промышленный выпуск синих светодиодов нового типа.

Как отмечают физики, в достижении практического результата с диодами ученым помогло выращивание кристаллов нитрида галлия.

Технология LED широко используется во многих современных приборах, в том числе — в светодиодных экранах и телевизорах.

Синие диоды могут работать непрерывно до 100 тысяч часов.

Церемония награждения пройдет по традиции 10 декабря в день кончины основателя Нобелевских премий — шведского предпринимателя и изобретателя Альфреда Нобеля (1833-1896).

Четыре из пяти завещанных им премий — в области физиологии или медицины, физики, химии и литературы, а также в области экономики, учрежденной в 1968 году в память о Нобеле шведским Госбанком, — будут вручены в Стокгольме. Премия мира, согласно воле ее основателя, вручается в Осло.

В среду станут известны обладатели Нобелевской премии по химии.

История создания светодиодных LED экранов

Любая вещь, даже самая незаметная и небольшая, имеет увлекательную историю создания. Ведь когда-то кто-то ее придумал и подарил миру. Это касается и светодиодных экранов, к которым мы все уже так привыкли и которые украшают наши здания и помещения.

В данной статье мы расскажем:

  • кто и когда впервые задумался над созданием такого экрана;

  • какими были первые LED-вывески;

  • что собой представляют медиа дисплеи сегодня.

Светодиод — изобретение века

Стоит отметить, что диодные экраны на наших улицах появились совершенно недавно. Однако сам диод был известен уже давно. То, что кристаллы карбида могут светиться, было доказано учеными еще в 1907 году. Позже, в 1923 году, было установлено, что если сквозь эти вещества пропустить электрический ток, то появится свет. Описал это явление Олег Лосев. Практичное применение эти знания получили в конце пятидесятых годов.

Первый полученный диод, который представили на широкое обозрение, был красным. Изобретение завоевало интерес, но учитывая небольшую яркость, все равно проигрывало ярким лампам накаливания.

Появление первого светодиодного экрана

Между изобретением диода и появлением первой светящейся панели прошло, наверное, лет восемьдесят. К этому моменту панели могли уже выводить на экран цветную картинку. Цветовая палитра ограничивалась уже известным красным, а также желтым, зеленым и оранжевым.

Считается, что первым светодиодным экраном было изобретение Митчелла, представленное в 1977 году. Но так оно было монохромным, особого ажиотажа оно не вызвало. Как рекламный носитель, его не использовали, так как не могло конкурировать с яркими вывесками на основе ламп накаливания.

Современные LED-экраны — вершина технического прогресса

Поворотным пунктом в истории развития диодных панелей стал 1990 год, когда в Японии представили синюю светодиодную лампочку. В тандеме с красным и зеленым можно создавать огромное количество цветов, тонов и оттенков, что позволило создать полноцветный, яркий и точный экран.

Такие вывески могут транслировать красочные ролики и изображения, работая непрерывно 24 часа в сутки и 7 дней в неделю. Современные девайсы не бояться влияния окружающей среды, высоких и низких температур. Они используют гораздо меньше энергии, чем лампы накаливания, но света и яркости такие экраны излучают в разы больше.

Себестоимость диодов из года в год падает, так как их производство растет. Мониторы на их основе тоже получаются не очень дорогими. Так как технологии не стоят на месте, возможно, и среди таких экранов скоро появиться что-то новое и необычное.


СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: Мифы о светодиодных экранах • Неоновые вывески и LED-экраны • ЛЕД-экраны для спортивных площадок

Изобретая светодиодную лампочку — Атлантика

В 1962 году, когда ему было 33 года, ученый Ник Холоньяк-младший создал первый практический светодиод видимого диапазона. В GE его назвали «волшебным». Кто-то на самом деле написал это на обратной стороне — вот Холоняк с маленьким диодом (мы пропускаем некоторые фрагменты видео, но если вы хотите увидеть всю историю Холоняка, посмотрите все это целиком):

Холоняк не пытался создать свет, который заменит лампы накаливания.Он пытался сделать лазер. В этом видео, прямо перед тем, как продемонстрировать светодиод, он рассказывает о своей работе, проводя исследовательскую работу — делая «устройства, которых не было, пока мы их не сделали». (Звучит весело, правда?)

Одним из устройств, которого не существовало, был полупроводниковый лазер. Другие ученые GE работали над созданием инфракрасного полупроводникового лазера; Поэтому Холоняк решил, что сделает видимым. (Мышление: «Если они сделают лазер, я смогу сделать лазер лучше, чем любой из них».) Холоняк не был достаточно быстрым, чтобы сделать первый полупроводниковый лазер — инфракрасный появился за несколько недель до этого. его.Тем не менее, в этом процессе он создал тот маленький полупроводниковый свет. Он был красным, это признак фосфида арсенида галлия (GaAsP), сплава, который Холоняк наслоил в диод.

Ученые знали с начала 20 века, что некоторые полупроводники при подаче электрического тока загораются. Но это был первый раз, когда кто-то превратил эти знания в практическую лампу. В течение года GE продавала светодиоды по 260 долларов за штуку. Через десять лет появился зеленый светодиод, а затем желтый, разработанный одним из учеников Холоняка, а компания Monsanto, создавшая GaAsP, создала свою собственную крошечную светодиодную лампочку.

Холоняк с самого начала истории светодиодов чувствовал, что эти маленькие, эффективные источники света могут заменить неуклюжие лампы накаливания, которые тогда освещали мир. По его словам в 2012 году, он не думал, что на это уйдет 50 лет. Светодиоды загорелись маленькими, как маленькие индикаторы на электрическом оборудовании. IBM использовала их в печатных платах еще в 1964 году. Они вошли в цифровые часы 1970-х годов. К концу 1980-х они появились на светофорах и стоп-сигналах.

Сейчас светодиоды вытесняют лампы накаливания. В конце видео GE есть еще один замечательный момент, когда Холоняк обращается со 100-ваттной лампой GE. «Я думал, это будет неуклюже», — говорит он и улыбается. Но нет, они выглядят довольно шикарно. И они тоже только дешевеют.

Кто изобрел светодиод? — Inmesol News


В октябре 2013 г. исполнилось 50 годовщина изобретения светодиода (светоизлучающий диод), приписываемого инженеру General Electric Нику Холоняку .Однако, чтобы рассказать полную историю этой системы освещения, которая теперь является неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, кажется, что мы также должны принять во внимание работу более ранних и более поздних исследователей . Давайте рассмотрим их в хронологическом порядке.

Генри Джозеф Раунд (1881-1966)

Wikimedia Commons.

Первое описание электролюминесценции, основного принципа светодиодов, было написано этим британским ученым , когда он заметил, что некоторые полупроводники излучают свет, когда через них проходит электрический ток.Раунд, один из пионеров радио, наблюдал это явление, прикладывая напряжение к полупроводникам, пытаясь улучшить усиление радиосигналов. Он отправил свои описания в журнал Electrical World , и они были опубликованы 9, 9, 9, 9, 20, 20 февраля, 1907, .

Генри Джозеф Раунд был помощником Маркони. Он работал над первым британским радиопередатчиком и участвовал в разработке того, что мы теперь знаем как SONAR.

Олег Владимирович Лосев (1903-1942)

Wikimedia Commons.

Лосев опубликовал первое опубликованное исследование светодиодов в 1927 г. , сначала в российской газете, а затем в различных британских и немецких изданиях. Он был талантливым ученым и исследователем, специализирующимся в области телекоммуникаций и электроники. Лосев заметил то, что ранее наблюдал Генри Джозеф Раунд: полупроводники, используемые в радиоприемниках, излучают свет, когда через них проходит электрический ток. Затем он, , построил кристаллический диод из оксида цинка и карбида кремния , который, как он и предполагал, испускал фотоны, когда через него проходил ток.Лосев запатентовал «Световое реле» и предсказал его использование в телекоммуникациях. Ученый умер в 1942 году в возрасте 39 лет, прежде чем смог разработать свое изобретение. (Википедия).

Ник Холоняк (1928)

Работая в General Electric, североамериканский инженер изобрел первый светодиод видимого спектра в 1962 году . Год спустя он заявил в Reader’s Digest , что светодиодные лампы заменят лампы накаливания, изобретенные Томасом Эдисоном.

После занятий по электротехнике и информационным технологиям в Университете Иллинойса, Холоньяк уже более десяти лет занимается исключительно исследованиями.

Он также является отцом лазера на квантовых точках и . Он разрабатывает светодиодные приложения в Philips Lumileds Lighting Company .

Мы рекомендуем интервью, которое GE Lighting провела с ним, чтобы отпраздновать 50 годовщину его открытия (см. Видео), и статью, которую они опубликовали по этому поводу.

Сюдзи Накамура (1954)

Изображение: персональный веб-сайт Сюдзи Накамура

Этому инженеру-электронику, профессору Университета Санта-Барбары (UCSB), мы обязаны первыми GaN-светодиодами высокой яркости и открытие синего светодиода . Эта работа позволила позже работать над белым светодиодным светом , который используется для освещения.

Накамура также разработал ультрафиолетовый светодиод , который позволяет стерилизовать воду.Он также обнаружил голубой лазер , который привел к созданию технологии Blu-ray : это в пять раз увеличивает емкость таких устройств, как DVD.

Преимущества и применение «Ultimate Lamp»

Говоря о светодиодной технологии, Ник Холоняк назвал ее «Ultimate Lamp», потому что « сам ток — это свет ». Это высокоэффективный по сравнению с другими технологиями, как с точки зрения продолжительности , так и энергопотребления (на 75% меньше, чем у ламп накаливания).Более того, светодиоды не нагреваются. , они гарантируют мгновенное оптимальное освещение. , они не подвержены влиянию вибрации. . Их можно использовать в очень маленьких устройствах , и их свет аналогичен дневному свету. тем самым снижая утомляемость зрения при вождении.

Автор изображения: Маркус Гроссальбер (Flickr).

Светодиоды присутствуют повсюду в нашей повседневной жизни : в экранах мобильных телефонов, планшетов, компьютеров и телевизоров, в микроскопическом хирургическом оборудовании, на взлетно-посадочных полосах, на дорогах, во всех типах знаков, в автомобилях, в украшениях, в радарах и военное оборудование, на информационных панелях, в принтерах и т. д.

Inmesol производит экологичные и переносные осветительные мачты с использованием светодиодной технологии . Поскольку они устойчивы к вибрациям, лампы означают, что эти башни можно использовать в аварийных ситуациях. , так как их можно транспортировать по дороге на более высоких скоростях, чем обычно . Другое преимущество заключается в том, что они уменьшают потребление дизельного топлива генератором электроэнергии, поскольку они потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания. Сэкономленную энергию можно использовать для других дополнительных зарядов.

Источники:

http://www.circuitstoday.com/invention-history-of-light-emitting-diode-led

http://www.gelighting.com/LightingWeb/la/ север / noticias-y-medios / sala-prensa / пресс-релизы / 2012 / holonyak.jsp

Википедия

Фото:

Wikimedia Commons. Загружено с: http://en.wikipedia.org/wiki/File:HJ_Round.jpg#filelinks

Wikimedia Commons. Загружено с: http: //www.computer-museum.ru / connect / lossv.htm

Похожие сообщения

9 октября 1962: Демонстрация первого видимого светодиода

1962 : Ник Холоняк-младший демонстрирует первый в мире видимый светодиод (LED) компании General Electric костюмы, навсегда изменившие мир освещения. Позднее Холоняк сказал, что светодиоды заменят лампы накаливания. Просто это займет немного больше времени, чем ожидалось.

Ученые из лаборатории передовых полупроводников GE изучали способ создания энергоэффективного видимого света с помощью светодиодов.Лампы накаливания, которые мы все еще используем сегодня, основаны на зажигании нити накала, размещенной в вакууме, для создания света. Этот процесс неэффективен и использует только 10 процентов доступной энергии для производства света. Остальное теряется в виде тепла.

В начале 1960-х светодиоды излучали только инфракрасный свет. В гонке по производству светодиода видимого диапазона исследователи GE старались быть первыми.

Холоняк предложил использовать смесь арсенида галлия и фосфида галлия (фосфид GaAs). Его коллеги-ученые сказали, что смесь не подойдет.На самом деле они довольно громко не соглашались с гипотезой Холоняка.

«Вы такой-то, если бы вы были химиком, вы бы знали, что это не сработает и все такое», — сказал Холоняк продюсерам сериала A Brilliant Idea: Ник Холоняк-младший и LED . видео о неверии коллег в его идею.

Не испугавшись, Холоняк выковал голову и создал кристалл фосфида GaAs. Сегодня пятьдесят лет назад он представил руководителям GE первый видимый светодиод.Его смесь создала красное свечение, которое все еще наблюдается сегодня. Но Холоняк считал, что тусклый свет его изобретения — это только начало.

В выпуске Reader’s Digest за февраль 1963 года Холоняк предсказал, что светодиоды в конечном итоге заменят лампы накаливания. Смелые слова человека, работавшего в GE, компании, основанной Томасом Эдисоном.

Осенью того же года Холоньяк вернулся в свою альма-матер, Университет Иллинойса. Во время учебы в университете Холоняк организовал лабораторию с небольшой группой студентов-электротехников и студентов-физиков.Профессор установил высокую планку для своих студентов, отметив, что им нужно побеждать более финансируемые и более крупные команды в таких местах, как Bell Labs.

Желание добиться успеха в борьбе с более крупными лабораториями окупилось, поскольку группа находится на переднем крае светодиодных и лазерных технологий. Бывший студент доктор М. Джордж Крафорд создал первый желтый светодиод в 1972 году. Он также увеличил яркость красного и желто-красного светодиода в десять раз. В 1977 году команда Холоняка также продемонстрировала первый лазер на квантовой яме.Этот маломощный концентрированный лазер можно найти в проигрывателях компакт-дисков и DVD-дисков.

Теперь светодиоды используются во множестве устройств, от новейших фонарей до телевизоров высокой четкости в вашей гостиной. И хотя во многих домах лампы накаливания по-прежнему ярко горят, дни их жизни сочтены. Правительственное регулирование и падающая стоимость светодиодов, которые с каждым годом продолжают светиться все ярче, травмируют ребенка Эдисона.

Холоняк был прав. Всем остальным потребовалось всего несколько десятилетий, чтобы наверстать упущенное.

Видео: GE сообщает в сентябре интервью с Холоняком о его открытии.

Источник: разные

Когда были изобретены светодиодные лампы? — Яркий световод

Оглавление

The Discovery of LED

Светодиоды были первоначально задуманы вместе со светодиодами Ником Холоняком-младшим еще в 1962 году.

Светодиодные лампы

созданы с момента изобретения кремниевого диода. , но светодиодные фонари приобрели популярность в 20 веке, и рынок смог расти в геометрической прогрессии.

Светодиоды Next Phase

— это отличные световые решения.Эта технология существует уже несколько десятилетий и используется в тысячах различных продуктов, от телевизоров до светофоров.

Светодиоды

привлекательны тем, что они экономят энергию, излучают меньше тепла и служат дольше, чем другие традиционные устройства. Но вы можете не знать, что возможности светодиодного освещения только начинаются.

Технология светодиодов претерпевает некоторые изменения, которые сделают светодиоды еще более эффективными. Например, исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создали светодиод, который излучает свет, пропуская электричество через крошечные точки полупроводникового материала, изготовленного с помощью нанотехнологий.Новое светодиодное устройство обещает на 10 процентов большую эффективность.

Светодиоды Nanotech — это будущее энергосбережения. Нанотехнологии — это наука о очень и очень малых. На молекулярном уровне материалы обладают разными свойствами. Нанотехнологии используют это для создания новой технологии, которая представляет собой нечто большее, чем просто сумму ее частей.

В исследованиях лаборатории Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе используются наноразмерные структуры, которые намного меньше длины волны видимого света. Это позволяет исследователям использовать усиленные эффекты и создавать различные виды света.

Светодиоды и текущая ситуация

Светодиоды (светодиоды) существуют уже более века, но они не были разработаны для потребительского внутреннего освещения. Скорее, они были впервые использованы в начале 1900-х годов в качестве индикаторов в лабораторных приборах. Они не появлялись в бытовой электронике до 1970-х годов, когда они возились с подсветкой для калькуляторов.

Только когда профессора Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура создали первый синий светоизлучающий диод (LED) в начале 1990-х, все стало интересно.

Заключение

Светодиоды существуют уже некоторое время, и в настоящее время они набирают еще большую популярность. Вскоре мы, возможно, больше не будем говорить о том, когда они были изобретены, но как они стали световым решением №1 для
почти для любой повседневной необходимости.

Nobel Shocker: в 1972 г. у RCA появился первый синий светодиод

Как и Enigma, HX-63 был электромеханической системой шифрования, известной как роторная машина. Это была единственная электромеханическая роторная машина, когда-либо созданная CAG, и она была намного более совершенной и безопасной, чем даже знаменитые Enigmas.Фактически, это была, пожалуй, самая безопасная роторная машина из когда-либо построенных. Мне очень хотелось заполучить один, но я сомневался, что когда-нибудь это сделаю.

Перенесемся в 2010 год. Я нахожусь в грязном третьем подвале на базе французской военной связи. В сопровождении двухзвездных генералов и офицеров связи я вхожу в охраняемую комнату, заполненную древними военными радиоприемниками и шифровальными машинами. Вуаля! Я поражен, увидев Crypto AG HX-63, который не узнавали в течение десятилетий и отправили на пыльную, тускло освещенную полку.

Я осторожно извлекаю 16-килограммовую (35-фунтовую) машину.С правой стороны есть ручная рукоятка, позволяющая машине работать вдали от электросети. Когда я осторожно поворачиваю его, набирая на механической клавиатуре, девять роторов выдвигаются, и тисненые печатные колеса слабо ударяют по бумажной ленте. Я тут же решил сделать все, что в моих силах, чтобы найти HX-63, который я мог бы привести в рабочее состояние.

Если вы никогда не слышали о HX-63 до сих пор, не расстраивайтесь.Большинство профессиональных криптографов никогда об этом не слышали. Тем не менее, он был настолько безопасен, что его изобретение встревожило Уильяма Фридмана, одного из величайших криптоаналитиков всех времен и в начале 1950-х годов первого главного криптолога Агентства национальной безопасности США (АНБ). Прочитав патент Хагелина 1957 года (подробнее об этом позже), Фридман понял, что HX-63, тогда находившийся в разработке, был, во всяком случае, более безопасным, чем собственный KL-7 АНБ, который тогда считался небьющимся. Во время холодной войны АНБ построило тысячи самолетов KL-7, которые использовались всеми американцами.С. военное, дипломатическое и разведывательное управление с 1952 по 1968 год.

Причины беспокойства Фридмана понять достаточно легко. В HX-63 имел около 10 600 возможных комбинаций клавиш; Говоря современным языком, это эквивалентно двоичному ключу длиной 2000 бит. Для сравнения: Advanced Encryption Standard, который сегодня используется для защиты конфиденциальной информации в правительстве, банковском секторе и многих других секторах, обычно использует 128- или 256-битный ключ.

В центре литой алюминиевой основы шифровальной машины HX-63 находится прецизионный швейцарский мотор-редуктор постоянного тока.Также видны источник питания [внизу справа] и функциональный переключатель [слева], который используется для выбора режима работы — например, шифрование или дешифрование. Питер Адамс

Для HX-63 доступно 12 различных роторов, девять из которых используются одновременно. Ток течет в один из 41 позолоченных контактов на стороне меньшего диаметра ротора, через проводник внутри ротора, выходит через позолоченный контакт на другой стороне и затем в следующий ротор.Приращение каждого ротора программируется установочными штифтами, которые видны только на горизонтальном роторе. Питер Адамс

Не меньшее беспокойство вызывало то, что CAG была частной швейцарской компанией, продававшей ее любому правительству, бизнесу или физическому лицу. В АНБ работа Фридмана заключалась в том, чтобы обеспечить правительству США доступ к конфиденциальным зашифрованным сообщениям всех правительств и угроз по всему миру. Но трафик, зашифрованный HX-63, невозможно будет взломать.

Фридман и Хагелин были хорошими друзьями.Во время Второй мировой войны Фридман помог сделать Хагелина очень богатым человеком, предложив изменения в одной из шифровальных машин Хагелина, что позволило армии США получить лицензию на патенты Хагелина. Получившаяся машина, M-209-B стал рабочей лошадкой во время войны, было выставлено около 140 000 единиц. В течение 1950-х годов тесные отношения Фридмана и Хагелина привели к ряду договоренностей, известных под общим названием «джентльменское соглашение» между американской разведкой и швейцарской компанией. Хагелин согласился не продавать свои самые безопасные машины странам, указанным У.S. Intelligence, который также получил секретный доступ к машинам Crypto, планам, отчетам о продажах и другим данным.

Но в 1963 году CAG начала продавать HX-63, и Фридман встревожился еще больше. Он убедил Хагелина не производить новое устройство, хотя на проектирование машины ушло более десяти лет, и было построено всего около 15, большинство из них для французской армии. Однако 1963 год был интересным годом для криптографии. Машинное шифрование приближалось к распутью; Стало ясно, что будущее за электронным шифрованием.Даже такая великолепная роторная машина, как HX-63, скоро устареет.

Это было проблемой для CAG, которая никогда не создавала электронных шифровальных машин. Возможно, отчасти из-за этого в 1966 году отношения между CAG, АНБ и ЦРУ вышли на новый уровень. В том же году АНБ предоставило своему швейцарскому партнеру систему электронного шифрования, которая стала основой машины CAG под названием H-460. Представленная в 1970 году машина оказалась неудачной. Однако в CAG произошли большие изменения: в том же году ЦРУ и Федеральная разведывательная служба Германии тайно приобрели CAG за 5 долларов США.75 миллионов. (Также в 1970 году сын Хагелина Бо, который был менеджером по продажам компании в Америке и выступал против сделки, погиб в автокатастрофе недалеко от Вашингтона, округ Колумбия)

Хотя H-460 потерпел неудачу, ему на смену пришла машина под названием H-4605, тысячи экземпляров которой были проданы. H-4605 был разработан при содействии АНБ. Для генерации случайных чисел он использовал несколько регистров сдвига на основе появившейся тогда технологии КМОП-электроники. Эти числа не были истинными случайными числами, которые никогда не повторяются, а скорее псевдослучайными числами, которые генерируются математическим алгоритмом из начального «начального числа».»

Этот математический алгоритм был создан АНБ, поэтому оно могло расшифровать любые сообщения, зашифрованные машиной. Говоря простым языком, машины были «закрыты». Это было началом новой эры для CAG. С тех пор ее электронные машины, такие как серия HC-500, тайно разрабатывались АНБ, иногда с помощью корпоративные партнеры, такие как Motorola. Это американо-швейцарское предприятие под кодовым названием Рубикон. Бэкдор всех машин CAG продолжался до 2018 года, когда компания была ликвидирована.

Части этой истории всплыли в утечках сотрудников CAG до 2018 года и, особенно, в последующем расследовании, проведенном Washington Post и пара европейских вещателей, Zweites Deutsches Fernsehen в Германии и Schweizer Radio und Fernsehen в Швейцарии. Статья Post , опубликованная 11 февраля 2020 года, вызвала огненные штормы в области криптологии, информационной безопасности и разведки.

Эти разоблачения сильно повредили швейцарской репутации осторожности и надежности.Они инициировали гражданские и уголовные тяжбы и расследование, проведенное швейцарским правительством, и только в мае этого года привели к отставка главы швейцарской разведки Жана-Филиппа Годена, который поссорился с министром обороны из-за того, как были обработаны разоблачения. Фактически, есть интересная параллель с нашей современной эпохой, когда бэкдоры становятся все более распространенными, а ФБР и другие разведывательные и правоохранительные органы США время от времени спорят с производителями смартфонов из-за доступа к зашифрованным данным на телефонах.

Еще до этих открытий я был глубоко очарован HX-63, последней из великих роторных машин. Поэтому я с трудом мог поверить в свою удачу в 2020 году, когда после многих лет переговоров я приобрел HX-63 для своих исследований для Association des Réservistes du Chiffre et de la Sécurité de l’Information, парижская профессиональная организация криптографов и специалистов по информационной безопасности. Это конкретное устройство, отличное от того, что я видел десятью годами ранее, оставалось нетронутым с 1963 года.Я сразу начал планировать восстановление этой исторически резонансной машины.

Люди использовали коды и шифры для защиты конфиденциальной информации в течение нескольких тысяч лет. Первые шифры основывались на ручных расчетах и ​​таблицах. В 1467 году было представлено механическое устройство, которое стало известно как шифровальное колесо Альберти. Затем, сразу после Первой мировой войны, произошел грандиозный прорыв, один из величайших в истории криптографии: Эдвард Хеберн в Соединенных Штатах, Хьюго Кох в Нидерландах и Артур Шербиус в Германии, с интервалом в несколько месяцев друг от друга, запатентовали электромеханические машины, которые использовали роторы для шифрования сообщений.Так началась эра роторных машин. Машина Шербиуса стала основой знаменитой Enigma, используемой немецкими военными с 1930-х годов до конца Второй мировой войны.

Чтобы понять, как роторная машина работает, сначала вспомните основную цель криптографии: замену каждой буквы в сообщении, называемом открытым текстом, другими буквами, чтобы создать нечитаемое сообщение, называемое зашифрованным текстом. Недостаточно делать одну и ту же замену каждый раз — например, заменять каждые F на Q и каждые K на H .Такой моноалфавитный шифр легко разгадать.

Роторная машина решает эту проблему, используя — как вы уже догадались — роторы. Начните с круглого диска диаметром примерно с хоккейную шайбу, но тоньше. На обеих сторонах диска, равномерно расположенных по краю, расположены 26 металлических контактов, каждый из которых соответствует букве английского алфавита. Внутри диска есть провода, соединяющие контакт на одной стороне диска с другим на другой стороне. Диск электрически подключен к клавиатуре пишущей машинки.Когда пользователь нажимает клавишу на клавиатуре, скажите W , электрический ток течет в положение W на одной стороне ротора. Ток проходит через провод в роторе и выходит в другом месте, скажем, L . Однако после этого нажатия клавиши ротор поворачивается на одно или несколько положений. Таким образом, в следующий раз, когда пользователь нажмет ключ W , буква будет зашифрована не как L , а как какая-то другая буква.

Такая простая однороторная машина, хотя и сложнее, чем простая замена, для опытного криптоаналитика будет детской игрой.Таким образом, роторные машины использовали несколько роторов. Версии Enigma, например, имели либо три, либо четыре ротора. Во время работы каждый ротор перемещался с разными интервалами относительно других: нажатие клавиши могло переместить один или два ротора, или все они. Операторы еще больше усложнили схему шифрования, выбрав из ассортимента роторов, каждый из которых подключен по-разному, для установки в свои машины. Машины Military Enigma также имели коммутационную панель, которая меняла местами определенные пары букв как на вводе с клавиатуры, так и на выходных лампах.

Эра роторных машин окончательно закончилась примерно в 1970 году с появлением электронного и программного шифрования, хотя советская роторная машина называлась Фиалка была развернута еще в 80-е годы.

HX-63 вышел за рамки криптографии. Во-первых, он имеет ряд из девяти съемных роторов. Также есть «модификатор», набор из 41 поворотного переключателя, каждый с 41 позицией, который, как коммутационная панель на Enigma, добавляет еще один уровень, неизменное шифрование, к шифрованию.Приобретенный мною блок имеет основание из литого алюминия, блок питания, моторный привод, механическую клавиатуру и принтер с бумажной лентой, предназначенный для отображения как вводимого текста, так и зашифрованного или дешифрованного текста. Переключатель управления функциями на базе переключает между четырьмя режимами: выключено, «очистка» (проверка), шифрование и дешифрование.

В режиме шифрования оператор вводит открытый текст, и зашифрованное сообщение распечатывается на бумажной ленте. Каждая буква открытого текста, набранная на клавиатуре, зашифровывается в соответствии с множеством перестановок банка ротора и модификатора, чтобы получить букву зашифрованного текста.В режиме дешифрования процесс обратный. Пользователь вводит зашифрованное сообщение, и как исходное, так и расшифрованное сообщение печатаются на бумажной ленте, символ за символом и рядом друг с другом.

При шифровании или дешифровании сообщения HX-63 печатает как исходное, так и зашифрованное сообщение на бумажной ленте. Синие колеса сделаны из впитывающей пены, которая впитывает чернила и наносит их на тисненые печатные колеса. Питер Адамс

Под девятью роторами на HX-63 находятся девять ключей, которые разблокируют каждый ротор, чтобы установить начальное положение ротора перед запуском сообщения.Эта начальная позиция — важный компонент криптографического ключа. Питер Адамс

Чтобы начать шифрование сообщения, вы выбираете девять роторов (из 12) и устанавливаете штифты ротора, которые определяют шаговое движение роторов относительно друг друга. Затем вы помещаете роторы в машину в определенном порядке справа налево и устанавливаете каждый ротор в определенное начальное положение. Наконец, вы устанавливаете каждый из 41 переключателя-модификатора в заранее определенное положение.Чтобы расшифровать сообщение, те же роторы и настройки вместе с модификатором должны быть воссозданы на идентичной машине получателя. Все эти положения, схемы и настройки роторов и модификатора вместе известны как ключ.

HX-63 включает в себя, помимо рукоятки, никель-кадмиевую батарею для работы цепи ротора и принтера при отсутствии сетевого питания. Линейный источник питания 12 В постоянного тока питает двигатель и принтер и заряжает аккумулятор.Прецизионный 12-вольтовый двигатель работает непрерывно, приводя в движение роторы и вал принтера через редуктор и муфту. Нажатие клавиши на клавиатуре приводит к механическому упору, поэтому зубчатый привод продвигает машину за один цикл, поворачивая вал, который продвигает роторы и печатает символ.

В принтере есть два колеса с рельефным алфавитом, которые вращаются при каждом нажатии клавиши и останавливаются на нужной букве четырьмя соленоидами и храповым механизмом. Механические датчики вала, получающие питание от блока ротора и клавиатуры, определяют положение печатных колес алфавита и останавливают вращение на нужной букве.Каждое колесо алфавита имеет собственный кодировщик. Один комплект печатает ввод на левой половине бумажной ленты; другой распечатывает результат на правой стороне ленты. После остановки колеса алфавита кулачок освобождает печатный молоток, который ударяет бумажной лентой по рельефной букве. На последнем шаге мотор продвигает бумажную ленту, завершая цикл, и машина готова к следующему письму.

Когда я начал восстанавливать HX-63, , я быстро осознал масштаб задачи.Пластиковые шестерни и резиновые детали изношены до такой степени, что механическое напряжение при работе с приводом от двигателя могло легко их разрушить. Запасных частей не существует, поэтому мне пришлось делать такие детали самому.

Очистив и смазав машину, я нажал несколько клавиш на клавиатуре. Я был рад увидеть, что все девять роторов шифров повернулись, и машина напечатала несколько символов на бумажной ленте. Но распечатка периодически была пустой и искаженной. Я заменил ржавую никель-кадмиевую батарею и перемонтировал силовой трансформатор, а затем постепенно включил питание переменного тока.К моему удивлению, двигатель, роторы и принтер работали всего за несколько нажатий клавиш. Но внезапно раздался скрежет шестеренок, и из машины вылетели битые пластмассовые биты. Печать вообще прекратилась, и мое сердцебиение тоже почти остановилось.

Я решил разобрать HX-63 на модули: взлетел блок ротора, затем принтер. База содержит клавиатуру, блок питания и элементы управления. Глубоко внутри принтера находились четыре пластиковых «демпфера», которые амортизируют и позиционируют рычаги, останавливающие храповые колеса, на указанной букве.Эти амортизаторы распались. Кроме того, поролоновые диски, которыми чернили колеса алфавита, разлагались, и липкие частицы забивали колеса алфавита.

Я сделал несколько счастливых случайных находок. Чтобы восстановить сломанные детали принтера, мне понадобилась плотная резиновая трубка. Я обнаружил, что широко доступный неопреновый вакуумный шланг работает отлично. Используя сверлильный станок и стальной стержень в качестве оправки, я разрезал шланг на точные 10-миллиметровые отрезки. Но пространство глубоко внутри принтера, где должны быть пластиковые демпферы, было заблокировано множеством валов и рычагов, снимать и заменять их было слишком рискованно.Поэтому я использовал плоскогубцы с прямым углом и стоматологические инструменты, чтобы переместить новые амортизаторы под механизм. После нескольких часов ловкой операции мне удалось установить амортизаторы.

Чернильные круги были сделаны из необычной пористой пены. Я протестировал множество заменяющих материалов, остановившись, наконец, на цилиндре из плотного синего пенопласта. Увы, у него была гладкая поверхность с закрытыми ячейками, которая не впитывала чернила, поэтому я зачистил поверхность грубой наждачной бумагой.

После еще нескольких таких исправлений я столкнулся с еще одной проблемой: застреванием бумажной ленты.Я загрузил новый рулон бумажной ленты, но не заметил, что у этого рулона сердцевина немного меньше. Лента схватилась, порвалась и застряла под колесами алфавита, глубоко закопанная и недоступная. Я был в тупике, но потом сделал замечательное открытие. HX-63 поставляется с тонкими полосками из нержавеющей стали с зазубренными краями, специально разработанными для извлечения застрявшей бумажной ленты. Я наконец-то устранил замятие, и восстановление было завершено.

Одной из причин, по которой HX-63 был настолько дьявольски безопасным, был метод, называемый повторной инжекцией, который увеличивал его безопасность в геометрической прогрессии.Роторы обычно имеют позицию для каждой буквы алфавита, которую они предназначены для шифрования. Таким образом, типичный ротор для английского языка будет иметь 26 позиций. Но у ротора HX-63 41 позиция. Это связано с тем, что при повторном вводе (также называемом повторным входом) используются дополнительные пути цепи, помимо тех, которые используются для букв алфавита. В HX-63 есть 15 дополнительных путей.

Вот как работает реинжекция в HX-63. В режиме шифрования ток проходит в одном направлении через все роторы, каждый из которых вносит уникальную перестановку.После выхода из последнего ротора ток возвращается обратно через тот же ротор, чтобы пройти обратно через все роторы в противоположном направлении. Однако, когда ток проходит обратно через роторы, он следует по другому маршруту, через 15 дополнительных цепей, отведенных для этой цели. Точный путь зависит не только от подключения роторов, но и от положения 41 модификатора. Таким образом, общее количество возможных конфигураций схемы равно 26! х 15 !, что равняется примерно 5,2 х 10 38 .И каждое из девяти внутренних соединений роторов можно перемонтировать на 26! различные пути. Кроме того, приращение роторов контролируется серией из 41 механического штифта. Сложите все вместе, и общее количество различных комбинаций клавиш составит около 10 600 .

Такой сложный шифр не только нельзя было взломать в 1960-х, но и сегодня его было бы чрезвычайно сложно взломать. Впервые реинжекция была использована на роторной машине KL-7 АНБ. Техника была изобретена во время Второй мировой войны Альбертом В.Малый, в Службе разведки сигналов армии США. Это было предметом секретного патента, который Смолл подал в 1944 году и который, наконец, был выдан в 1961 году (No. 2 984 700).

Между тем, в 1953 году Хагелин подал заявку на патент США на технологию, которую он намеревался использовать в том, что стало HX-63. Возможно, это удивительно, учитывая, что на этот метод уже была подана патентная заявка Смолла, Хагелин получил свой патент в 1957 году (No. 2 802 047). Фридман, со своей стороны, все время был встревожен тем, что Хагелин использовал повторную инъекцию, потому что эта техника использовалась в целом ряде жизненно важных U.S. cipher машин, и потому что это было большой угрозой для способности АНБ по желанию прослушивать правительственные и военные сообщения.

Серия встреч между Фридманом и Хагелином, которые привели к отмене HX-63, была упомянута в биографии Фридмана 1977 года. The Man Who Broke Purple , Рональд Кларк, и это было дополнительно детализировано в 2014 году через раскрытие АНБ. Коллекция Уильяма Фридмана.

После карьеры инженера-электрика и изобретателя писатель Джон Д.Сейчас Пол исследует, пишет и читает лекции по истории цифровых технологий, особенно по шифрованию. В 1970-х он начал коллекционировать старинные электронные инструменты, такие как осциллографы Tektronix и анализаторы спектра Hewlett-Packard, которые можно увидеть здесь. Питер Адамс

Раскрытие секретных сделок Crypto AG с американской разведкой, возможно, вызвало ожесточенный скандал, но, если смотреть с другой стороны, Рубикон также был одним из самые успешные шпионские операции в истории — и предшественник современных бэкдоров.В настоящее время не только спецслужбы используют бэкдоры и перехватывают «безопасные» сообщения и транзакции. Функция «телеметрии» Windows 10 постоянно отслеживает активность и данные пользователя. Apple Mac тоже небезопасна. Время от времени распространяется вредоносное ПО, позволяющее злоумышленникам получить контроль над Mac; Ярким примером был Backdoor.MAC.Eleanor, примерно в 2016 году. А в конце 2020 года компания по кибербезопасности FireEye сообщила, что вредоносное ПО открыло бэкдор в платформе SolarWinds Orion, которая используется в цепочках поставок и на государственных серверах.Вредоносная программа под названием SUNBURST была первой из серии вредоносных атак на Orion. Полный размер ущерба пока неизвестен.

Аппарат HX-63 , который я восстановил, сейчас работает примерно так же, как и в 1963 году. Я еще не утомился от телетайпного звука мотора и щелканья клавиатуры. Хотя я так и не реализовал свою юношескую мечту стать секретным агентом, я в восторге от этого маленького проблеска того давнего очаровательного мира.

И есть даже приписка.Недавно я обнаружил, что мой контакт в Crypto AG, которого я назову «C», также был офицером безопасности в швейцарских спецслужбах. И поэтому в течение десятилетий, работая на высших уровнях Crypto AG, «C» был обратный канал к ЦРУ и швейцарским спецслужбам, и даже имел кодовое имя ЦРУ. Мой старый ироничный швейцарский друг все время знал обо всем!

Эта статья появится в сентябрьском выпуске 2021 года как «Последняя роторная машина».

Для дополнительного зондирования

Дело Crypto AG было описано в паре шведских книг.Один из них был Borisprojektet: århundradets största spionkupp: NSA och ett svensk snille lurade en hel värld [перевод: Проект Борис: Самый большой шпионский переворот века: АНБ и шведский гений обманули весь мир ], 2016, Сикстен Свенссон, Vaktelförlag, ISBN 978-91-982180-8-4.

Также в 2020 году швейцарский редактор и автор Рес Штреле опубликовал Verschlüsselt: Der Fall Hans Bühler [перевод : Зашифрованный: Дело Ганса Бюлера ], а затем Operation Crypto.Die Schweiz im Dienst von CIA und BND [ Operation Crypto: Switzerland in the Service of CIA and BND ].

Кто изобрел лампочку?

Хотя Томасу Эдисону обычно приписывают изобретение лампочки, знаменитый американский изобретатель был не единственным, кто внес свой вклад в развитие этой революционной технологии. Многие другие известные деятели также запомнились работой с электрическими батареями, лампами и созданием первых ламп накаливания.

Ранние исследования и разработки

История лампочки началась задолго до того, как Эдисон запатентовал первую коммерчески успешную лампочку в 1879 году. В 1800 году итальянский изобретатель Алессандро Вольта разработал первый практический метод производства электроэнергии — гальваническую батарею. Сделанная из чередующихся дисков из цинка и меди, перемежаемых слоями картона, пропитанного соленой водой, куча проводила электричество, когда медный провод был подключен с обоих концов. Светящийся медный провод Вольты, на самом деле предшественник современных батарей, также считается одним из самых ранних проявлений освещения лампами накаливания.

Вскоре после того, как Вольта представил свое открытие постоянного источника электричества Королевскому обществу в Лондоне, Хэмфри Дэви, английский химик и изобретатель, создал первую в мире электрическую лампу, соединив гальванические батареи с угольными электродами. Изобретение Дэви 1802 года было известно как электрическая дуговая лампа, названная в честь яркой дуги света, излучаемой между двумя угольными стержнями.

Хотя дуговая лампа Дэви, безусловно, была улучшением автономных свай Volta, она все же не была очень практичным источником освещения.Эта примитивная лампа быстро перегорела и была слишком яркой для использования дома или на работе. Но принципы, лежащие в основе дугового света Дэви, использовались на протяжении 1800-х годов при разработке многих других электрических ламп и лампочек.

В 1840 году британский ученый Уоррен де ла Рю разработал электрическую лампу с эффективным дизайном, в которой вместо меди использовалась спиральная платиновая нить накала, но высокая стоимость платины помешала лампочке получить коммерческий успех. А в 1848 году англичанин Уильям Стейт увеличил срок службы обычных дуговых ламп, разработав часовой механизм, который регулировал движение быстро разрушающихся угольных стержней ламп.Но стоимость батарей, используемых для питания ламп Стэйта, сдерживала коммерческие предприятия изобретателя.

Джозеф Свон против Томаса Эдисона

В 1850 году английский химик Джозеф Суон занялся проблемой экономической эффективности предыдущих изобретателей и к 1860 году разработал лампочку, в которой вместо платиновых нитей использовались углеродные бумажные волокна. Свон получил патент в Великобритании в 1878 году, а в феврале 1879 года он продемонстрировал работающую лампу на лекции в Ньюкасле, Англия, по данным Смитсоновского института.Как и в более ранних версиях лампочки, нити Свана были помещены в вакуумную трубку, чтобы свести к минимуму воздействие кислорода и продлить срок их службы. К сожалению для Свана, вакуумные насосы его времени не были эффективными, как сейчас, и, хотя его прототип хорошо работал для демонстрации, на практике он был непрактичным.

Эдисон понял, что проблема с конструкцией Свана была в нити накала. Тонкая нить накала с высоким электрическим сопротивлением сделает лампу практичной, потому что ей потребуется небольшой ток, чтобы она светилась.Он продемонстрировал свою лампочку в декабре 1879 года. Свон включил усовершенствование в свои лампочки и основал компанию по производству электрического освещения в Англии. Эдисон подал в суд за нарушение патентных прав, но патент Суона был серьезным заявлением, по крайней мере, в Соединенном Королевстве, и два изобретателя в конечном итоге объединили усилия и сформировали Edison-Swan United, которая стала одним из крупнейших производителей лампочек в мире, согласно данным Музей неестественной тайны.

Лебедь был не единственным конкурентом, с которым столкнулся Эдисон.В 1874 году канадские изобретатели Генри Вудворд и Мэтью Эванс подали патент на электрическую лампу с угольными стержнями разного размера, помещенными между электродами в стеклянном цилиндре, заполненном азотом. Пара безуспешно пыталась коммерциализировать свои лампы, но в конце концов продала свой патент Эдисону в 1879 году.

За успехом лампочки Эдисона последовало создание Edison Electric Illuminating Company в Нью-Йорке в 1880 году. финансовые взносы Дж.П. Морган и другие богатые инвесторы того времени. Компания построила первые электростанции, питающие электрическую систему, и недавно запатентованные лампы. Первая генерирующая станция была открыта в сентябре 1882 года на Перл-стрит в нижнем Манхэттене.

По данным Министерства энергетики США, другие изобретатели, такие как Уильям Сойер и Албон Мэн, слились, объединив свою компанию с компанией Эдисона и образовав General Electric.

Первая практичная лампа накаливания

По данным Министерства энергетики, Эдисон преуспел и превзошел своих конкурентов в разработке практичной и недорогой лампочки.Эдисон и его группа исследователей в лаборатории Эдисона в Менло-Парке, штат Нью-Джерси, испытали более 3000 конструкций лампочек в период с 1878 по 1880 годы. В ноябре 1879 года Эдисон подал патент на электрическую лампу с углеродной нитью. В патенте перечислено несколько материалов, которые могут быть использованы для нити, включая хлопок, лен и дерево. Следующий год Эдисон потратил на поиск идеальной нити для своей новой лампы, тестируя более 6000 растений, чтобы определить, какой материал будет гореть дольше всего.

Через несколько месяцев после выдачи патента 1879 года Эдисон и его команда обнаружили, что обугленная бамбуковая нить может гореть более 1200 часов.Бамбук использовался для изготовления нитей в лампах Эдисона, пока его не начали заменять более долговечными материалами в 1880-х и начале 1900-х годов. [По теме: Какая лампа горит дольше всего?]

В 1882 году Льюис Ховард Латимер, один из исследователей Эдисона, запатентовал более эффективный способ производства углеродных волокон. А в 1903 году Уиллис Р. Уитни изобрел обработку этих нитей, которая позволила им ярко гореть, не затемняя внутреннюю часть их стеклянных колб.

Вольфрамовые нити

Уильям Дэвид Кулидж, американский физик из General Electric, в 1910 году усовершенствовал метод производства вольфрамовых нитей.Вольфрам, который имеет самую высокую температуру плавления среди всех химических элементов, был известен Эдисону как превосходный материал для нити накала ламп, но в конце 19 века не было оборудования, необходимого для производства сверхтонкой вольфрамовой проволоки. Вольфрам по-прежнему является основным материалом, используемым в нити накаливания ламп накаливания.

Светодиодные фонари

Светодиоды (СИД) теперь считаются будущим освещения из-за меньшего энергопотребления, меньшего ежемесячного ценника и более длительного срока службы по сравнению с традиционными лампами накаливания.

Ник Холоньяк, американский ученый из General Electric, случайно изобрел красный светодиод, пытаясь создать лазер в начале 1960-х годов. Как и в случае с другими изобретателями, принцип, согласно которому некоторые полупроводники светятся при приложении электрического тока, был известен с начала 1900-х годов, но Холоняк был первым, кто запатентовал его для использования в качестве осветительной арматуры.

По данным Министерства энергетики, в течение нескольких лет к смеси были добавлены желтые и зеленые светодиоды, которые использовались в нескольких приложениях, включая световые индикаторы, дисплеи калькуляторов и светофоры.Синий светодиод был создан в начале 1990-х годов Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура, группой японских и американских ученых, за что они получили Нобелевскую премию по физике 2014 года. Синий светодиод позволил ученым создавать белые светодиодные лампы, покрывая диоды люминофором.

Сегодня выбор освещения расширился, и люди могут выбирать различные типы лампочек, в том числе компактные люминесцентные (КЛЛ) лампы, работающие за счет нагрева газа, который производит ультрафиолетовое излучение, и светодиодные лампы.

Некоторые осветительные компании раздвигают границы возможностей лампочек, в том числе Phillips и Stack. Phillips — одна из нескольких компаний, которые создали беспроводные лампочки, которыми можно управлять через приложение для смартфона. В Phillips Hue используется светодиодная технология, которую можно быстро включить, выключить или затемнить одним щелчком на экране смартфона, а также можно запрограммировать. Высококачественные лампочки Hue можно даже настроить на широкий диапазон цветов (всего около шестнадцати миллионов) и синхронизировать их с музыкой, фильмами и видеоиграми.

Stack, начатый инженерами Tesla и NASA, разработал интеллектуальную лампочку с использованием светодиодной технологии с широким спектром функций. Он может автоматически определять окружающее освещение и регулировать его по мере необходимости, он выключается и включается с помощью датчика движения, когда кто-то входит в комнату, может использоваться в качестве предупреждения о пробуждении и даже настраивает цвет в течение дня в соответствии с естественными циркадными циклами человека и узоры естественного света. Лампочки также имеют встроенную программу обучения, которая со временем адаптируется к потребностям жителей.И все эти функции можно программировать или контролировать с любого смартфона или планшета. Подсчитано, что интеллектуальные лампочки Stack могут потреблять примерно на шестьдесят процентов меньше энергии, чем обычные светодиодные лампы, и служат от двадцати до тридцати тысяч часов в зависимости от модели (по сравнению с двадцатью пятью и пятьдесят тысячами часов для обычных светодиодных лампочек. в соответствующих корпусах).

Эти лампочки совместимы (или скоро будут) со многими вариантами превращения всего дома в умный дом, включая использование с Amazon Alexa, Google Home и Apple HomeKit.

Следуйте за Элизабет Палермо в Twitter @techEpalermo, Facebook или Google+. Следите за LiveScience @livescience. Мы также в Facebook и Google+.

Рэйчел Росс внесла свой вклад в эту статью.

Дополнительные ресурсы

История лампочки | Основы освещения

Краткая история лампочки

Электрический свет, один из предметов повседневного обихода, который больше всего влияет на нашу жизнь, был изобретен не в в традиционном понимании в 1879 году Томаса Альвы Эдисона, хотя можно сказать, что он создал первую коммерчески практичную лампу накаливания. свет.Он был не первым и не единственным, кто пытался изобрести лампочку накаливания. Фактически, некоторые историки утверждают, что до версии Эдисона было более 20 изобретателей ламп накаливания. Однако Эдисон часто приписывают изобретение, потому что его версия смогла превзойти более ранние версии из-за сочетание трех факторов: эффективный материал накаливания, более высокий вакуум, чем удалось достичь другим. и высокое сопротивление, делающее распределение электроэнергии из централизованного источника экономически целесообразным.

Ранние лампочки

В 1802 году Хэмфри Дэви изобрел первый электрический свет. Он экспериментировал с электричеством и изобрел электрическая батарея. Когда он подключил провода к своей батарее и куску углерода, углерод засветился, производя свет. Его изобретение было известно как электрическая дуговая лампа. И хотя он производил свет, он не производил его для длинный и был слишком ярким для практического использования.

В течение следующих семи десятилетий другие изобретатели также создали «лампочки», но не появилось никаких конструкций для коммерческого использования. заявление.В частности, в 1840 году британский ученый Уоррен де ла Рю вложил свернутую в спираль платиновую нить в вакуумную трубку и пропустил через нее электрический ток. В основе конструкции лежала идея о том, что высокоплавкая точка платины позволит ему работать при высоких температурах и что откачанная камера будет содержать меньшее количество молекул газа вступает в реакцию с платиной, что увеличивает ее долговечность. Несмотря на эффективный дизайн, стоимость платины сделали его непрактичным для коммерческого производства.

В 1850 году английский физик Джозеф Уилсон Свон создал «лампочку», вложив туда карбонизированную бумагу. нити в вакуумированной стеклянной колбе. И к 1860 году у него был рабочий прототип, но отсутствие хорошего вакуума и адекватное снабжение электричеством привело к лампочке, срок службы которой был слишком коротким, чтобы считаться эффективным источник света. Однако в 1870-х годах стали доступны лучшие вакуумные насосы, и Свон продолжил эксперименты со светом. луковицы. В 1878 году Свон разработал лампочку с более длительным сроком службы, используя обработанную хлопковую нить, которая также устранила проблему. раннего почернения луковиц.

24 июля 1874 г. канадский патент. был подан Торонто медицинский электрик по имени Генри Вудворд и коллега Мэтью Эванс. Они построили свои лампы из карбона разных размеров и форм. стержни между электродами в стеклянных баллонах, заполненных азотом. Вудворд и Эванс попытались коммерциализировать свою лампу, но безуспешно. В конце концов они продали свой патент Эдисону в 1879 году.

Томас Эдисон и «первая» лампочка

В 1878 году Томас Эдисон начал серьезные исследования по разработке практической лампы накаливания, а 14 октября 1878 года Эдисон подал свою первую патентную заявку на «Улучшение электрического освещения».Однако он продолжал испытывать несколько типы материала для металлических нитей, чтобы улучшить его первоначальную конструкцию, и к 4 ноября 1879 года он подал еще одну заявку на патент США. патент на электрическую лампу с использованием «углеродной нити или ленты, намотанной и соединенной … с платиновыми контактными проводами».

Хотя в патенте описано несколько способов создания углеродной нити, в том числе с использованием «хлопковой и льняной нити, деревянные лубки, бумага, свернутая по-разному «, только через несколько месяцев после выдачи патента Эдисон и его команда обнаружили, что карбонизированная бамбуковая нить может прослужить более 1200 часов.

Это открытие положило начало лампочек промышленного производства, а в 1880 году компания Томаса Эдисона, Edison Electric Light Company, начала продвигает свой новый продукт.

Оригинальная лампа с углеродной нитью от Томаса Эдисона.

Другие известные даты

  • 1906 — Компания General Electric первой запатентовала метод изготовления вольфрамовых нитей для использования в лампах накаливания. Сам Эдисон знал, что вольфрам в конечном итоге окажется лучшим выбором для нити в лампах накаливания, но в его время не было оборудования, необходимого для производства проволоки в такой прекрасной форме.
  • 1910 — Уильям Дэвид Кулидж из General Electric усовершенствовал процесс производства, чтобы изготавливать самые долговечные вольфрамовые нити.
  • 1920-е годы — Производство первых матовых лампочек и регулируемых ламп для автомобильных фар и неонового освещения.
  • 1930-е годы — в тридцатые годы были изобретены маленькие одноразовые лампы-вспышки для фотографии и люминесцентные лампы для загара.
  • 1940-е — Первые лампы накаливания «мягкого света».
  • 1950-е годы — Производство кварцевого стекла и галогенной лампы накаливания
  • 1980-е — созданы новые галогениды металлов малой мощности
  • 1990-е — дебютируют лампы с длительным сроком службы и компактные люминесцентные лампы.

Будущее «первой» лампочки?

Современные лампы накаливания не являются энергоэффективными — менее 10% электроэнергии, подаваемой на лампу, преобразуется в видимый свет. Оставшаяся энергия теряется в виде тепла.Однако эти неэффективные лампочки все еще широко используются сегодня благодаря множеству преимуществ, таких как:

  • широкий, доступность по низким ценам
  • легко встраивается в электрические системы
  • адаптируется для небольших систем
  • работа при низком напряжении, например, в устройствах с батарейным питанием
  • широкая форма и размер наличие

К сожалению, в отношении лампы накаливания законодательство многих стран, включая США, требует постепенного отказа от нее для использования более энергоэффективных вариантов, таких как компактные люминесцентные лампы и светодиодные лампы.Однако эта политика вызвала большое сопротивление из-за низкой стоимости ламп накаливания, мгновенной доступности света и опасений по поводу загрязнения КЛЛ ртутью.

Но в связи со значительным падением цен на светодиоды будущее, похоже, принадлежит светодиодам. Здесь, на Bulbs.com, мы храним постоянно растущий каталог светодиодных ламп и светильников.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.