24. 请阅读《当今社会重要的人造光源—LED灯》并回答问题。
当今社会重要的人造光源—LED灯
白炽灯的发明作为现代文明社会起始的里程碑,使人类进入电光源时代。从以白炽灯为代表的第一代热辐射光源到以日光灯、荧光灯、汞灯、钠灯为代表的第二代和第三代气体放电光源,乃至节能灯都离不开钨丝和汞气。它们不仅能耗大、寿命短,而且其含有的金属汞对环境存在着一定的污染。而节能、环保、可靠的LED灯,正成为新一代光源,为人类照明史谱写着新的篇章。
LED灯又叫发光二极管,它主要由芯片、包裹芯片的透明环氧树脂、引线组成,结构如图甲所示。其中,芯片是LED灯的核心部件,它是一种由固态半导体材料制成的元件。如图乙所示,芯片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它的结构中存在着大量可以吸引电子的空位,称为空穴;另一部分是N型半导体,在它的结构中存在着大量的自由电子。当在LED灯的芯片两端加上一定的正向电压后,大量的自由电子便与空穴复合,这时电子多余的能量就会以光的形式辐射出来产生发光现象,这就是LED灯发光的原理。
与传统的白炽灯、荧光灯相比,LED灯具有许多不同之处。首先,LED灯基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小而轻。其次,由于白炽灯的发光原理是通过电流加热灯丝到白炽状态,从而利用热辐射发出可见光,所以白炽灯在使用时约90%以上的电能都转化成了内能,只有不足10%的电能才真正转化成我们需要的光能,而LED灯可以直接把电能转化为光能,它的转化效率可达到80%以上。第三,从使用寿命来看,普通白炽灯的额定寿命约1000h,荧光灯的额定寿命约5000h,而LED灯的额定寿命约50000h。另外,与荧光灯相比,LED灯不含汞等有害元素,更加环保,利于回收。目前,LED灯正逐渐替代白炽奵、荧光灯等光源,成为人造光源的主流产品,广泛应用于各种照明、显示和标识等领域中。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)LED灯的芯片是由
______材料制成的;
(2)LED灯发光的原理是
______;
(3)白炽灯工作时将电能主要转化成了
______能;
(4)与传统的白炽灯、荧光灯相比,LED灯具备的优势是
______(写出一条即可)。