Относительные размеры планет Солнечной системы.

Неподписанные планеты (справа от Земли): Венера, Марс и Меркурий.

Голубой планетой часто называют Землю. Но на самом деле под этот термин больше всего подходит Нептун - самая удалённая от Солнца планета (не считая "разжалованного" из планет Плутона).

Нептун - газовый гигант в 17 раз более массивный, нежели Земля. Как и у всех газовых гигантов, его атмосфера состоит в основном из водорода и гелия (самых распространённых элементов во Вселенной), но также содержит большую (по сравнению с Юпитером и Сатурном) долю аммиака, метана, воды и сероводорода.

Считается, что именно густые облака из жидкого метана придают атмосфере Нептуна столь густой голубой цвет. Правда, это, по всей видимости, не единственный фактор: сосед Нептуна, Уран, тоже имеет голубоватый цвет, но существенно менее глубокий, нежели у Нептуна, хотя химический и физический состав внешних слоёв атмосферы обеих планет примерно одинаков.

Температура в верхних слоях атмосферы Нептуна составляет порядка -200 градусов Цельсия. Однако в глубинах планеты эта температура может достигать 5000 градусов.

​Мы почти утратили надежду найти инопланетную жизнь в Солнечной системе: наиболее похожие на Землю планеты, такие как Марс и Венера, сейчас выглядят совершенно непригодными для жизни: на Марсе слишком холодно и почти нет атмосферы, на Венере - слишком жарко и атмосфера, наоборот, слишком плотная. Большее, на что мы можем рассчитывать - это найти следы существования жизни на этих планетах в прошлом, чем сейчас усиленно занимаются.

Но может ли быть так, что мы найдём жизнь в условиях, существенно отличающихся от земных - например, на газовых гигантах вроде Юпитера, Сатурна, Урана или Нептуна? Несмотря на то, что эти планеты выглядят предельно непохожими на Землю, учёные не отрицают такого варианта развития событий.

Газовые гиганты расположены относительно далеко от Солнца, так что снаружи там холоднее, чем даже на Марсе. Однако во внутренних слоях атмосфер этих планет температура существенно выше и может достигать сотен и даже тысяч градусов. И где-то посредине между внешним холодным слоем и горячими глубинами вполне могут существовать условия, в которых вода способна существовать в жидком состоянии. А это, согласно современным представлениям, является одним из главных признаков того, что там может существовать и жизнь.

Не следует забывать, что тот же Юпитер, помимо энергии, которую он получает от Солнца, имеет и "собственное отопление", работающее на энергии, выделяющейся в процессе медленного сжатия планеты под действием собственной гравиации. И возможно, что местная жизнь сможет использовать эту энергию для собственной жизнедеятельности.

Правда, в глубине Юпитера помешать развитию жизни должно было бы высокое давление, которое в 20 раз превышает атмосферное уже на глубине, где температуры составляют порядка -160 Цельсия.

Кроме того, существует теория о возможности развития организмов, использующих в качестве основы для жизни не воду, а во многом схожий с ней в химическом отношении аммиак, или смесь таких веществ. Аммиак может находиться в жидком состоянии при существенно более низких температурах, нежели вода.

Это только гипотеза, нуждающаяся в проверке. Пока мы не видели никаких признаков существования жизни или тех же водяных облаков, предсказанных теорией (к примеру, их не видел зонд, сброшенный космическим аппаратом "Галилео", который опустился в атмосферу Юпитера на 130 километров). Однако газовые гиганты слишком велики, а мы пока знаем о них слишком мало.

Кроме того, существует ненулевая вероятность существования жизни на спутниках газовых гигантов, таких как спутник Сатурна Титан или спутник Юпитера Европа. Правда, такая внеземная жизнь будет, по всей видимости, представлена весьма примитивными организмами, и чтобы встретить братьев по разуму, нам всё-таки придётся слетать куда-то подальше.

На картинке изображено видение художником юпитерианской жизни, первую теорию которой предложил астроном Карл Саган.

Сосуд Пифагора, он же Чаша Тантала, она же Стакан жадности - красивый опыт для демонстрации принципа сообщающихся сосудов.

Чаша действует как нормальный сосуд до тех пор, пока высота уровня воды в ней не превышает некоего значения. После его достижения жидкость начинает выливаться через дырку в основании сосуда, и - это важно! - продолжает выливаться до тех пор, пока чаша полностью не опустеет.

Вот как это выглядит, а в следующем посте я расскажу, как это работает.

​Кстати, предыдущая задача про чашу Пифагора - это не только про сообщающиеся сосуды, но и про принцип минимума потенциальной энергии!

Принцип очень хороший и наглядный: если есть некая система, то рано или поздно она придёт в состояние, при которой суммарная потенциальная энергия её частей будет минимальной (в нашем случае - вода выльется из стакана совсем, лишь дай ей для этого путь, пусть и самый извилистый).

Классическое следствие принципа минимума потенциальной энергии - т.н. эффект бразильского ореха. Обнаружили его, как ни странно, в Бразилии и, как ни странно, как раз торговцы этими самыми орехами: когда партию орехов, упакованных в ящик, довозили до покупателя, то в верхней части ящика оказывались самые крупные орехи, а мелочёвка оседала вниз.

Причина проста: чем мельче частичка сыпучей среды, тем (вообще говоря) более плотная упаковка таких частиц может достигаться в системе (каждая частичка весит меньше, но в одном и том же объёме их помещается больше). Больше плотность - больше масса в ограниченном объёме. Соответственно, упаковка типа "мелкие внизу, тяжёлые вверху" обеспечивает именно минимум потенциальной энергии в системе. И система при любой возможности обеспечивает именно такую упаковку, а тряска, которой подвергается ящик с орехами по пути, как раз создаёт такие условия.

Это же работает и с любыми сыпучими средами, частицы которых имеют различный диаметр. В ряде отраслей промышленности, например, в фармакологии и химии, это составляет немалую проблему. Впрочем, в других ситуациях тот же эффект приносит пользу, позволяя сортировать частицы различного диаметра и отделять их друг от друга.

На фото (уж простите за качество) - "эффект бразильского ореха" в пачке с мюслями: более крупне орехи "всплывают" в более мелких фракциях.

Профессор Сюлинь Жуань (Xiulin Ruan) из Университета Пердью (США) заявил о создании "сверхбелой" краски на основе сульфата бария, частицы которого в краске представлены фрагментами различных размеров, что позволяет добиться максимального отражения не только в видимом, но и в ультрафиолетовом и инфракрасном цветах.

По утверждениям разработчиков, сверхбелая краска отражает до 98 % падающего на неё потока солнечного света. В результате обработанная такой краской поверхностью поглощает энергию излучения хуже, чем атмосфера: даже на прямом солнечном свету окрашенная поверхность оказывается несколько прохладнее, чем температура окружающего воздуха.

Логичное продолжение темы со сверхчёрной краской, которая почти полностью поглощает падающий на неё свет и о которой мы писали в одной из наших прошлых публикаций.

Глава "Роскосмоса" Дмитрий Рогозин на своём канале пишет, что базовый модуль новой российской орбитальной служебной станции уже в работе, и должен быть выведен на орбиту уже в 2025 году.

Сообщение служит косвенным подтверждением информации о планах России выйти из проекта МКС и заняться строительством новой, уже чисто собственной станции. Предполагается что частью новой станции будет модуль-стапель - эдакая космическая верфь для сборки на орбите космических кораблей межпланетного сообщения.

​В тестовом режиме начинаем подрубрику #Как_это_устроено, и сегодня поговорим о таком известном устройстве, как лампа накаливания.

Название говорит само за себя: лампа накаливания светится за счёт нагревания до высоких температур металлической нити в центре лампы. При нагревании любое тело испускает электромагнитное излучение, цвет которого зависит от температуры нагрева. Для того, чтобы получить характерный желто-белый свет ламп накаливания, нить нужно нагреть до высоких температур в тысячи градусов, чтобы они при этом не разрушились. Поэтому на изготовление нитей накаливания идут тугоплавкие материалы вроде вольфрама (температура плавления 3410 градусов Цельсия). Рабочие температуры в современных лампах накаливания составляют порядка 2700 градусов.

Такая температура удобна ещё и потому, что свет получается "краснее" естественного солнечного и меньше подавляет выработку "гормона сна" – мелатонина, не мешая организму готовиться ко сну.

Правда, при таких температурах основная часть энергии электромагнитного излучения лежит в инфракрасной части спектра: по сути лампы накаливания являются скорее нагревательными приборами, нежели осветительными.

Чтобы увеличить яркость света, нить лампы скручивают в спираль, причём зачастую в двойную и даже тройную: в результате ту же излучающую поверхность можно упаковать в меньший объём. Реальная же толщина нити накаливания – 50 микрон, в 1,5-2 раза тоньше человеческого волоса.

Чтобы раскалённая нить не вступала в реакцию горения с атмосферным кислородом, воздух из лампочек откачивают. Однако это не предотвращает другой процесс - постепенное испарение вольфрама с поверхности нити, что ведёт к её истончению и разрыву - перегоранию. Чтобы избежать этого, лампы можно наполнять инертным газом, например, аргоном, хотя это и удорожает изделие и на наименее мощных лампах не применяется. Кстати, из-за испарения вольфрама яркость ламп накала со временем ощутимо падает.

Электрическое сопротивление вольфрама, как и любых металлов, возрастает с ростом температуры; а чем меньше сопротивление, тем больший ток течёт через проводник при данном напряжении. То есть, когда мы включаем лампу накаливания, ток, текущий через неё, в 10-15 раз больше, чем при работе в нормальном режиме (после прогрева нити). Именно поэтому лампы накаливания чаще всего перегорают в момент включения.

Кстати в первых лампах Эдисона нить накаливания изготавливалась из угля, и срок их службы составлял порядка 40 часов. Изготавливать нити из тугоплавких металлов и закручивать их в спираль первым придумал русский электротехник Александр Лодыгин: в 1906 году патент на технологию выкупила General Electric, хотя в полной мере реализовать потенциал технологии удалось лишь после того, как придумали способы удешевить производство вольфрама.

Срок службы современной лампы накаливания составляет порядка 1000 часов, хотя различные факторы могут сильно уменьшить его.

Ключевым преимуществом лампы накаливания является её дешевизна, недостатками - низкий КПД и малый срок службы. Поэтому в наш век заботы об экологии и экономии эти лампы постепенно отходят в прошлое. О технологиях, идущих им на смену - в следующих публикациях рубрики.

​Насколько научен "Интерстеллар" Нолана? (часть 1).

"Интерстеллар", безусловно, является культовым произведением в жанре научной фантастики последних лет? Но насколько фантастика "Интерстеллара" на самом деле научна?

Начнём с самого начала: с самой идее межзвёздных путешествий через "кротовую нору" - особый туннель, соединяющий две удалённые области пространства. Возможно ли такое на практике?

Тут имеет место одна проблема: у нас нет общепринятой и надёжной теории гравитации, которая дала бы возможность однозначно ответить на этот вопрос "да" или "нет". В целом идея совершенно научна: уравнения Общей теории относительности допускают решения, аналогичные таким объектам.

Дальше начинаются сложности. В зависимости от того, какой теорией пользуются авторы, они приходят к разным выводам: от невозможности существования кротовых нор как таковых, через идеи о существовании кротовых нор, существующих слишком малое время для того, чтобы через них можно было пройти (т.н. "мост Эйнштейна-Розена") до теорий о реально проходимых кротовых норах, автором одной из которых является Кип Торн - один из "отцов" "Интерстеллара". Так что по крайней мере одно мы можем утверждать точно: говоря о существовании таких объектов, авторы фильма искренне верят в возможность их существования.

Проблема заключается в том, что мы пока не видели реальных признаков существования кротовых нор в космосе. И не потому, что мы не искали: поиском признаков существования кротовых нор занимался покойный российский телескоп "Радиоастрон", его дело продоложит "Миллиметрон", который вроде как планируют запустить в 2025-м.

В качестве иллюстрации пусть будет классическая иллюстрация работы кротовой норы: при прохождении через неё можно попасть из точки А в точку Б куда быстрее, чем по путешествию через обычное пространство.

​#Как_это_устроено: «неоновые» лампы

В прошлый раз мы рассказывали о том, как устроена лампочка накаливания. Теперь же поговорим об устройстве аналогичного назначения – газоразрядной лампе. Такие лампы ещё называют «лампами дневного света», «неоновыми лампами» и так далее. Хотя не всякая газоразрядная лампа имеет тот же спектр излучения, что и дневной свет и тем более не всякая такая лампа заполнена неоном. Но – обо всём по порядку.

Если в лампе накаливания свет излучается раскалённой нитью из проводника, т.е. излучение является тепловым, то в газоразрядной лампе источником света являются переходы молекул наполняющего лампу газа в возбуждённое состояние и обратно.

Любой газ состоит из электрически нейтральных молекул (атомов), в которых количество протонов равно количеству нейтронов. Однако существуют способы «оторвать» электроны от такого нейтрального атома (молекулы), разделив его на заряженные частицы: свободный электрон и положительно заряженный ион. Такой процесс называют ионизацией. И в любом газе всегда существует некоторая (небольшая) доля заряженных частиц.

Если мы поместим газ в электрическое поле, то это поле будет действовать на заряженные частицы: электроны будут притягиваться к «плюсу» (аноду), ионы – к «минусу» (катоду). Если поле будет достаточно сильным, то частицы будут двигаться достаточно быстро для того, чтобы при соударениях с нейтральными частицами «разбивать» их, отрывая электроны и образуя новые ионы. Этот процесс называется ударной ионизацией.

Параллельно идёт и другой процесс – рекомбинация, т.е. присоединение свободных электронов к ионам, имеющим недостаток этих самых электронов. И если ионизация требует затрат энергии на разрыв связей, то при рекомбинации аналогичная энергия выделяется, в том числе и в виде электромагнитного излучения.

Именно этот процесс – рекомбинация частиц ионизированного электрическим полем газа - и позволяет газоразрядным лампам светиться.

То есть, схема работы проста: в колбу лампы закачиваем газ, с двух концов закрываем электродами, включаем напряжение – да будет свет!

Каждый газ, будучи помещённым в газоразрядную лампу, светит своим собственным светом: неон – красно-оранжевым, аргон – фиолетовым, ксенон- бело-синим, гелий – бело-жёлтым, криптон - синим (см. фото).

Это очень удобно для создания цветного освещения, например, в вывесках и других подобных объектах (знаменитый «свет неоновых огней» - как раз про это). Но как получить белый свет, пригодный для освещения жилых помещений? Для этого идут на хитрость: используют вещество, при излучении дающее невидимый ультрафиолет (например, пары ртути), а поверхность лампы обрабатывают люминофором – веществом, светящимся под воздействием этого самого ультрафиолета. Подбирают люминофоры, дающие цвет именно нужного оттенка – чаще всего на основе фосфатов кальция. Такие лампы называют люминисцентными – в отличие от тех, в которых видимый свет даёт сам газ (их называют газосветными).

Главным преимуществом газоразрядных ламп является то, что они излучают в достаточно узком спектре, то есть, в отличие от ламп накаливания, дают меньше бесполезного инфракрасного излучения. Что даёт лучший коэффициент полезного действия (он может достигать 15-20 % против 5 % у ламп накаливания – существенная экономия электричества), кроме того, такие лампы меньше греются (а значит, более безопасны).

Газоразрядные лампы имеют больший срок службы, ведь не имеют постоянно испаряющейся нити накаливания. Благодаря этому срок службы таких ламп может достигать уже десятков тысяч часов непрерывной работы против в среднем тысячи у ламп накаливания. Также со временем постепенно выгорает сам люминофор: лампа становится тусклее, меняется оттенок её света.

Ключевым недостатком газоразрядных ламп является то, что их нельзя подключить к сети напрямую: обычное «розеточное» напряжение «зажечь» газ не сможет. Из-за этого лампы комплектуются дополнительным оборудованием (т.н. пускорегулирующими аппаратами), что существенно увеличивает их стоимость.

Совершенно гениальную загадку как-то раз загадал на уроке мой учитель физики, Вадим Леонидович Манакин.

Суть загадки следующая.

Известно, что магнитное поле порождается движением заряженных частиц. То есть, если мы расположим параллельно два проводника с током, текущим в одном направлении, то они будут притягиваться друг к другу потому, что электроны в этих проводниках движутся (электрический ток и есть направленное движение электронов).

Но что мы увидим, если станем двигаться параллельно проводам с той же скоростью, что и эти электроны? Ведь получится, что в нашей системе отсчёта электроны больше не двигаются, и по идее магнитное взаимодействие между ними должно пропасть! Перестанут ли притягиваться провода? Изменится ли сила их притяжения друг к другу?

Бросайте варианты ответа в комментарии. А завтра я расскажу вам как оно на самом деле.

Как и обещал, рассказываю ответ на загадку про два проводника с током и движущегося относительно них наблюдателя.

Действительно, если наблюдатель движется относительно проводов с той же скоростью, с которой летят электроны проводимости, то эти электроны будут относительно него неподвижны.

Но в его системе отсчёта начнут двигаться положительно заряженные ионы, формирующие кристаллическую решётку проводника (те самые атомы, от которых оторвались электроны проводимости).

Причём двигаться они будут точно с той же скоростью, но в обратном направлении, а заряд их будет в точности таким же по значению, но будет иметь противоположный знак.

Так что - нет, сила магнитного взаимодействия между проводами никак не изменится.

По поводу ваших ответов в комментариях.

Двигаться со скоростью электронов отлично можно, эта скорость невелика, миллиметры в секунду (не путать со скоростью распространения электромагнитного поля - вот она, таки да, равна скорости света, а точнее, это и есть скорость света).

Ответ что "электроны движутся безотносительно наблюдателя" тоже неверен. Любое движение в физике относительно и зависит от выбора системы отсчёта.

Очень порадовало наличие правильных или почти правильных ответов. Приятно, когда у людей срабатывает физическая интуиция!

​Насколько научен «Интерстеллар»? Часть 2: сверхмассивная чёрная дыра, её планеты и их обитаемость

(часть 1 тут)

По сюжету «Интерстеллара», после путешествия через кротовую нору астронавты попадают в окрестности чёрной дыры Гаргантюа с массой в 100 миллионов масс Солнца, вокруг которой вращаются несколько потенциально обитаемых планет. Возможно ли такое в реальности?

Чёрные дыры с массами в миллионы солнечных – реальное явление: такие объекты обнаружены в центре многих галактик, включая Млечный Путь, и существует мнение, что они имеются в центрах вообще всех галактик. Так, чёрная дыра в центре нашей галактики, т.н. объект Стрелец А*, имеет массу в 4 миллиона масс Солнца.
Могут ли существовать планеты на орбите чёрной дыры? В принципе да. В этом смысле чёрная дыра мало отличается от любого другого небесного тела, и объекты могут вращаться по стабильным орбитам вокруг неё так же, как Земля вращается вокруг Солнца.

А как насчёт обитаемости таких планет? Здесь сложнее.

В принципе такие планеты действительно могут получать достаточно тепла и света для того, чтобы быть обитаемыми. Не от самой чёрной дыры, конечно, та ничего не излучает по определению. Но вокруг такой дыры имеется тёплый и излучающий объект – так называемый аккреционный диск.

Суть такова: материя, которая падает в чёрную дыру, редко падает туда по прямой. Всё во Вселенной вокруг чего-нибудь да вращается, т.е. обладает моментом импульса. А по закону сохранения момента импульса он не может исчезнуть вникуда. Поэтому падающие в чёрную дыру (и вообще на любой центр гравитации) объекты почти всегда будут падать на него по сужающейся спирали, всё ускоряя своё вращение. В результате вокруг сильно гравитирующего тела образуется диск-водоворот из пыли и газа: такие бывают не только у чёрных дыр, но и у нейтронных звёзд и даже обычных звёзд на ранних стадиях их формирования.

Я уже говорил, что внутренние области аккреционного диска движутся быстрее чем внешние. Из-за этого внутри диска возникает трение, нагревающее его. И если гравитация достаточно сильна, то газ и пыль диска, как и любое нагретое тело, становятся источниками электромагнитного излучения в видимой и инфракрасной части спектра – то есть источниками тепла и света. И это тепло и свет вполне могут быть достаточно интенсивными, чтобы обогреть планеты на орбите чёрной дыры.

Но на этом хорошие новости заканчиваются.

Во-первых, согласно современным представлениям, выраженные аккреционные диски у чёрных дыр существуют не всегда. К примеру, у Стрельца А* его сейчас толком нет: аккреционный диск чёрной дыры в центре нашей галактики, вероятно, имеет массу около одной десятитысячной массы Солнца и не способен что-либо осветить или обогреть. При этом в прошлом это было не так: есть признаки, что выраженный аккреционный диск мог существовать у ядра нашей галактики ещё 300-400 лет назад (более общим является мнение о том, что это имело место примерно 10 000 лет тому назад). Объясняется это просто: горячий аккреционный диск образуется тогда, когда в окрестностях чёрной дыры имеется достаточно материи для поглощения. Когда чёрная дыра её поглощает, активное излучение прекращается. То есть, планеты на орбите чёрной дыры, даже если они и будут существовать, большую часть времени будут проводить в кромешной тьме и космическом холоде, получая достаточно тепла и света лишь в короткие периоды активного поглощения вещества чёрной дырой.

А хуже всего то, что в активном состоянии аккреционный диск чёрной дыры излучает не только тепло и свет, но и значительные количества рентгеновского излучения – собственно, рентгеновские лучи в спектре таких аккреционных дисков преобладают. Так что даже в «теплые» периоды своего существования планеты чёрной дыры будут омываться также мощными потоками радиации, и жить на них всё равно будет нельзя.

Так что в смысле возможности наличия потенциально обитаемых планет на орбите Гаргантюа «Интерстеллар» всё-таки дал маху. Хотя идея, безусловно, красивая.

​Американский марсоход Perseverance впервые испытал технологию получения кислорода из углекислого газа в атмосфере марса.

Идея состоит в том, чтобы сильно нагреть молекулы углекислого газа, в результате чего они распадаются на атомы: два атома кислорода и один атом углерода. Если затем атомам позволить снова объединиться в молекулы, то может статься так, что атомы кислорода объединятся не с углеродом, а между собой, образуя чистый природный кислород. "Отходом производства" является угарный газ: одна молекула углерода и одна молекула кислорода.

Установка, размещённая на марсоходе Perseverance способна получать 10 граммов кислорода в час. Этого количества достаточно для того, чтобы человек дышал 20 минут.

Кроме того, марсианский кислород в будущем может быть использоваться для заправки космических ракет: он будет выступать окислителем для ракетного топлива, например, метана, который тоже можно будет получать на Марсе и тоже из углекислого газа в результате т.н. реакции Сабатье (углекислый газ из атмосферы + водород, получаемый из марсианских водяных льдов).

Налаживание производства ракетного топлива на Марсе существенно упростит путешествия на эту планету и обратно к Земле: космическому аппарату не нужно будет везти топливо на обратный путь "на своём горбу".

Россия собирается запустить собственную орбитальную космическую станцию в 2026 году.

Об этом сообщили в Ракетно-космической корпорации «Энергия».

Станция будет вращаться по другой орбите, чем вращается МКС: она пройдёт дальше от экватора и ближе к полюсам, что позволит провести новые исследования условий жизнедеятельности в условиях, более близких к условиям межпланетных полётов.

Подтверждена информация о размещении в составе новой станции модуля "Стапель", предназначенного для сборки, ремонта и текущего обслуживания космических аппаратов, включая искусственные спутники и межпланетные корабли.

На картинке - один из эскизов того, как может выглядеть будущая российская станция.

В 35-ю годовщину аварии на ЧАЭС предлагаю свою статью 2011 года про обстоятельства аварии именно с физико-технической точки зрения.

Статье, повторюсь, уже 10 лет, сегодня я бы, наверное, кое-что написал по-другому. Плюс она изложена ОЧЕНЬ упрощённо для понимания как можно более массового читателя. Но, думаю, подписчикам этого канала она тоже может оказаться небезынтересной.

https://timer-odessa.net/statji/chernobyl_i_fukusima_dve_avarii_za_25_let.html

В дополнение к посту про эффект сифона, рассмотренный на примере чаши Пифагора, надо сказать, что некоторым жидкостям с большой вязкостью для сифонного эффекта сосуды и вовсе не нужны: жидкости с большой вязкостью и поверхностным натяжением способны сифонировать из сосуда без дополнительных приспособлений.

Можно сказать, что жидкость из сосуда вытягивает сила тяжести, которая "тянет" находящуюся вне сосуда жидкость вниз, а та вытягивает за собой остальную жидкость за счёт межмолекулярных связей внутри неё.

​#Как_это_устроено: LED-светильники

Наиболее перспективное направление развития осветительной техники – светильники на полупроводниковых светодиодах (LED-лампы), и рассказав о лампах накаливания и газоразрядных лампах, нужно, конечно, рассказать и о них. Физика полупроводников довольно нетривиальная, но попробую пояснить принцип работы полупроводникового светодиода максимально упрощённо.

Существуют два типа полупроводников в зависимости от типа заряженных частиц, движение которых и составляет электрический ток. В полупроводниках n-типа заряд переносят электроны, а в полупроводниках p-типа – положительно заряженные частицы – ионы, т.е. атомы, вследствие определённых процессов лишившиеся своих электронов и ставшие поэтому положительно заряженными.

Здесь следует сделать оговорку: на самом деле положительные ионы в твёрдых телах не движутся, они жёстко закреплены в кристаллической решётке. Движутся, снова-таки, электроны между такими атомами: очень грубо говоря, электрон из нейтрального (с полным комплектом электронов) атома может «перепрыгнуть» в соседний атом с нехваткой электронов. В результате второй атом станет нейтральным, а первый, лишившись электрона, станет заряженным. Но выглядеть это будет так, как будто произошло перемещение положительно заряженной частицы. Подробнее об этом можно почитать, загуглив словосочетание «дырочная проводимость полупроводников».

Если мы поместим полупроводники n и p типа встык друг другу (такая комбинация называется полупроводниковым диодом) и приложим электрическое напряжение, то под действием этого напряжения переносчики заряда придут в движение. Причём отрицательно заряженные частицы будут двигаться в одну сторону, а положительно заряженные – в другую. Если мы не ошиблись с полярностью, то получится, что в проводниках обоих типов носители заряда движутся навстречу друг другу.

В точке встречи на границе полупроводников происходит массовая рекомбинация: свободные электроны из n-полупроводника будут занимать вакантные места в ионах p-полупроводника. Как и в случае с газоразрядными лампами, это будет сопровождаться выделением энергии в виде электромагнитного излучения. И если энергия рекомбинации (а она зависит от химического состава полупроводника) будет соответствовать энергии квантов видимого света, то зона перехода между полупроводниками начнёт светиться. Полупроводниковый диод, при прохождении тока излучающий свет, называется светодиодом.

Первооткрывателем светодиода считается советский физик Олег Лосев, ещё в 1927 году получивший патент на «световое реле». Увы, Олег Лосев умер в 1942 году от голода в Ленинграде, не успев довести до конца свои исследования.

Повторно светодиод изобрели в 1961 году в США. Компактный и потребляющий ничтожное количество энергии источник света нашёл широкое применение в электронике – например, в качестве индикатора. Но как источники освещения первые диоды использоваться не могли – они были слишком тусклыми. Существенно повысить яркость светодиодов удалось благодаря открытиям советского и российского физика Жореса Алфёрова, открывшего способ создавать т.н. гетероструктуры – грубо говоря, диоды состоящие из множества слоёв полупроводников обоих типов. За эту разработку Алфёров получил Нобелевскую премию в 2000 году.

Светодиодные светильники имеют небольшой размер, колоссальный (до 60 процентов!) КПД и огромный (до 100 000 часов – просто сравните с 4000 часов у лампы накаливания!) срок службы. Кроме того, они греются даже слабее газоразрядных ламп и потребляют совершенно ничтожное количество электроэнергии, а также могут работать даже от источников очень низкого напряжения. Единственная проблема светодиодов – их относительная дороговизна. Впрочем, стоимость производства светодиодов постоянно снижается и в будущем, вероятно, они полностью вытеснят газоразрядные лампы, которые, в свою очередь, уже сегодня сильно потеснили лампы накаливания.

На картинке – розовый светодиод: его свет состоит из синего свечения, собственно, диода и красного свечения люминофора, которым покрыт корпус лампы.

​В дополнение к предыдущему посту про светодиодные светильники.

Вообще сочетание светодиода и "поджигаемого" этим диодом люминофора часто используется для получения белого света, который сам диод непосредственно излучать не может, так как светит на конкретной узкой длине волны.

Обычно используется диод с синим или фиолетовым свечением, в качестве люминофора берут иттрий-алюминиевый гранат, легированный трёхвалентным церием (ИАГ). Такое сочетание позволяет получить яркий белый свет. Реже (сильно реже!) встречаются схемы с ультрафиолетовыми диодами (в продаже вы их не встретите).

Такие светильники довольно эффективны, но относительно дороги, кроме того, плохо реагируют на высокие температуры, в том числе и созданные самим светильником (в мощных промышленных установках).

Альтернативный, более дешёвый вариант - установить в один корпус три цветных светодиода (синий, красный и зелёный) одинаковой яркости, что в сумме даст условно белый свет. Проблема в том, что "белость" такого света может нарушиться - в зависимости от сроков работы, температурного режима и даже угла, под которым видна лампа.

На фото - светодиодная лампа белого света, состоящая из 38 отдельных светодиодов на одной печатной плате и колбы с люминофорным покрытием.