Τι σχέση έχει η κβαντική μηχανική με τα χριστουγεννιάτικα λαμπάκια;

Με το χρώμα και τη λάμψη τους συμβάλλουν αναμφισβήτητα στη μαγεία των Χριστουγέννων, ωστόσο, η λειτουργία τους αποτελεί έναν θρίαμβο της επιστήμης!

Κάθε Δεκέμβριο, ίσως και λίγο νωρίτερα τα τελευταία χρόνια, αρκεί μια απλή πράξη για να «φωτίσουμε» την καθημερινότητά μας: Βάζουμε στην πρίζα τα χριστουγεννιάτικά λαμπάκια.

Είτε τυλιγμένα γύρω από το δέντρο, είτε σαν διακοσμητικές γιρλάντες στα μπαλκόνια και τα διάφορα καταστήματα της γειτονιάς και στις πλατείες της πόλης, τα LED φωτάκια που χρησιμοποιούνται σήμερα για τους στολισμούς, προσδίδουν χρώμα και λάμψη στην εορταστική περίοδο που διανύουμε.

Ωστόσο, αυτό που πολλοί και πολλές από εμάς περιγράφουμε ως μαγεία των Χριστουγέννων, στην εποχή του smart home, είναι στην πραγματικότητα ένας θρίαμβος της κβαντομηχανικής! Βέβαια, τα πράγματα δεν ήταν πάντα έτσι.

Η νοσταλγία –και η σπατάλη– του λαμπτήρα πυράκτωσης

Κατά το παρελθόν, η καθιερωμένη γιορτινή διακόσμηση, όπως άλλωστε και ο φωτισμός γενικότερα, βασιζόταν στον λαμπτήρα πυράκτωσης: Το ηλεκτρικό ρεύμα περνούσε μέσα από ένα λεπτό μεταλλικό νήμα, το οποίο προέβαλε αντίσταση στο ρεύμα και θερμαινόταν τόσο πολύ ώστε να ακτινοβολεί λευκό φως.

Εντούτοις, όπως ανακαλύφθηκε στη συνέχεια, αυτό το σύστημα, ήταν μάλλον αναποτελεσματικό. Καθώς οι λαμπτήρες πυράκτωσης λειτουργούν παράγοντας φως με το να θερμαίνουν ένα νήμα, το 90% έως 95% της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνουν μετατρέπεται σε θερμότητα και μόνο το 5% έως 10% γίνεται φως.

Κατά τις προηγούμενες δεκαετίες, λοιπόν, κάθε φορά που ανασύραμε τα χριστουγεννιάτικα λαμπάκια από το πατάρι, πληρώναμε μάλλον για να θερμάνουμε το σπίτι μας – μαζί και τον πλανήτη. Για λόγους ενεργειακής απόδοσης και περιβαλλοντικής προστασίας, λοιπόν, όλα τα κράτη της Ευρωπαϊκής Ένωσης, αλλά και του υπόλοιπου κόσμου, συμφώνησαν στη σταδιακή κατάργηση των παραδοσιακών λαμπτήρων έως το 2012.

Από τότε, όταν βάζουμε τα σύγχρονα φωτάκια μας στην πρίζα, αξιοποιούμε μια εντελώς διαφορετική τεχνολογία, αυτή της Διόδου Εκπομπής Φωτός ή LED (Light-Emitting Diode)

Η κβαντική μαγεία του LED

Ειδικότερα, μία λάμπα LED δεν παράγει φως χάρη σε ένα θερμαινόμενο νήμα, αλλά αποτελεί έναν ημιαγωγό — ένα μικροσκοπικό ηλεκτρονικό τσιπ. Αυτό το τσιπ είναι κατασκευασμένο από δύο διαφορετικά στρώματα υλικού (συχνά ενώσεις γαλλίου), τα οποία είναι σχεδιασμένα με ακρίβεια ώστε να έχουν ελαφρώς διαφορετικές ηλεκτρικές ιδιότητες.

Όταν συνδέετε τα φωτάκια LED στην πρίζα, το ρεύμα ενεργοποιεί τα ηλεκτρόνια ώστε να μεταπηδήσουν από το ένα στρώμα στο άλλο, διασχίζοντας ένα μικρό κενό. Στο άλμα αυτό κρύβεται και το μυστικό της μαγείας τους: Όταν ένα ηλεκτρόνιο πέφτει από μια κατάσταση υψηλότερης ενέργειας σε μια χαμηλότερης, απελευθερώνει την περίσσεια ενέργεια με τη μορφή ενός φωτονίου — ενός σωματιδίου φωτός.

Αν σας μπερδέψαμε είναι διότι αυτή η διαδικασία διέπεται από την κβαντομηχανική, μία επιστήμη την οποία συχνά δυσκολευόμαστε να κατανοήσουμε, ωστόσο, δεν παύουμε να απολαμβάνουμε τα οφέλη της. Στο πλαίσιο αυτό, η τεχνολογία της Διόδου Εκπομπής Φωτός αποτελεί τον ορισμό της απόδοσης: Αντί να σπαταλά το 90% της ενέργειας ως θερμότητα, μία λάμπα LED είναι εξαιρετικά αποδοτική στη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας σε φως.

Ως αποτέλεσμα, κάθε φορά που στολίζουμε το σπίτι και την πόλη μας για τις γιορτές, χάρη στην κβαντική μαγεία του LED, απολαμβάνουμε τη λαμπρότητα των Χριστουγέννων, με χαμηλότερο κόστος για εμάς και μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα για τον πλανήτη.

Καλά Χριστούγεννα!