Solen är vår huvudsakliga ljuskälla, men vi kan också skapa egna. Elden som värmer i eldstaden ger oss också ljus. En fotogenlampa gör det möjligt att fortsätta med arbetet även på kvällen när det har blivit mörkt ute. När de mot slutet av 1800-talet lyckades göra en lampa som lyser med hjälp av el ändrades hur vardagen såg ut för de flesta.

Detta avsnitt handlar om olika ljuskällor. Först presenteras några storheter som används för att mäta egenskaper hos ljuskällor. Sedan presenteras de vanligaste ljuskällorna.

Hur stark en lampa är anges i lumen (lm). Detta är måttet på ljusflöde, hur mycket elektromagnetisk strålning i form av ljus lampan ger ifrån sig. När glödlampan användes angavs dess ljusstyrka i hur mycket elektrisk effekt den förbrukade, till exempel 25, 40 eller 60 W. Idag anges ljusstyrkan på lampor istället i lumen, eftersom det finns flera olika tekniker för att skapa ljus, och ljusstyrkan inte längre bestäms av effekten som ljuskällan förbrukar, vilket var fallet med glödlampan. Motsvarande lumen-värde för de ovan nämnda effekt-styrkorna är 250 lm, 400 lm och 800 lm.

De flesta lampor vi använder i hemmet ger ett vitt ljus. Med det finns olika sorters vitt. Varmvitt är lite gulaktigt och påminner om ljuset från ett stearinljus. Kallvitt är mer blåaktigt och liknar himlens dagsljus.

Ljuset från en LED-lampa kan vara varmvitt, kallvitt eller varsomhelst mittemellan. Denna egenskap hos vitt ljus kallas för färgtemperatur och mäts i Kelvin (K). På engelska heter det Correlated Colour Temperatur, som förkortas CCT.

Ett stearinljus, som ju ger ett varmt, gulaktigt ljus, har en färgtemperatur kring 2000 K. En halvmulen himmel, som ger ett blåaktigt vitt ljus, är kallvit och har en färgtemperatur på ungefär 6500 K.

Foto från takfönster och varmvita LED-lampor. Takfönstret släpper in dagsljus med en färgtemperutur på ca 6 000-8 000 K och som därför har en klar, blå ton. LED-lamporna är däremot varmvita med en färgtemperatur på 2700 K, och ser i jämförelse med dagsljuset gula ut.

Det är alltså så att en lägre färgtemperatur innebär ett varmare ljus, och högre färgtemperatur innebär kallare ljus. Det här kan se ut som en motsägelse, och det beror på att vi kulturellt förknippar färgen blå med kyla och färgen röd med värme. Men i fysiken är det precis tvärtom. Om ett objekt värms upp tillräckligt mycket börjar det lysa svagt rött vid ungefär 500 °C, ungefär som en eld som bara precis glöder. När temperaturen      stiger övergår färgen på ljuset till orange, sen gult, och till sist vitt. För att något ska lysa med blå färg måste det upp i temperaturer som inte är möjliga på jordens yta. Däremot kan man se stjärnor på natthimlen vars ljus drar åt det blå hållet. Detta kan man faktiskt se en stjärnklar natt genom att jämföra de två stjärnorna Betelgeuse och Rigel i stjärnbilden Orion. Betelgeuse, som hittas längst uppe till vänster i stjärnbilden, har en yttemperatur på omkring 3 300 °C och lyser därför med ett rödaktigt sken. Rigel, som finns längst ner till höger i stjärnbilden, har å sin sida en yttemperatur på hela 11 800 °C och lyser därför blå.

Glödlampan hade en färgtemperatur på ungefär 2800 K. De flesta LED-lampor man köper i butik idag har en färgtemperatur mellan 2000 och 4000 K.

Två lampor med samma lumen-tal och samma färgtemperatur kan ändå ha olika kvalitet på ljuset. Det kan till exempel vara mer eller mindre lätt att skilja olika färger från varandra i ljuset från de olika lamporna. Detta beror då på att lamporna har lite olika spektrum, och det anges med något som kallas för färgåtergivningsindex (Colour Rendering Index, CRI). Färgåtergivning betecknas med ett indextal Ra. Ett Ra på 100 innebär bästa möjliga färgåtergivning. Lägsta tillåtna Ra för att en lampa ska få säljas som vit ljuskälla är 80. De flesta lampor man köper idag har ett Ra på 80 eller 90. Glödlampan och dagsljus har per definition Ra = 100.

När vi människor lärde oss behärska elden användes den inte bara för att få värme och laga mat. Elden var också vår första artificiella ljuskälla. Eld och lågor har tjänat som ljuskälla större delen av människans historia. Bränslet är oftast någon form av kolväte, som ved, olja eller stearin.

Titta till exempel på ett stearinljus. Värmen från lågan smälter stearinet, och då sugs det upp i veken. Där värms stearinet ännu mer, eftersom det kommer närmre lågan, och övergår därför till gas. Bränslet i gasform blandas med syret i luften runt omkring och antänds av den höga temperaturen i lågan. I förbränningsprocessen som nu följer, där bindningarna i kolvätet bryts vilket frigör energi (värme), bildas först små sotpartiklar som mestadels består av rent kol. Längre upp i lågan brinner dessa sotpartiklar sedan upp, och den slutliga produkten blir koldioxid, vatten och mer värme. Det som lyser i en låga är dessa små sotpartiklar, som blivit så varma av förbränningen att de glöder, upp emot 1800 °C, och alltså strålar ut värmestrålning. Denna värmestrålning är det som vi ser som ett gult ljus.

I ett stearinljus kan du störa denna process genom att sticka in till exempel en matkniv i ljuslågan. Då kyler metallen ner sotpartiklarna i lågan så de inte kan förbrännas vidare. Istället börjar lågan sota och kniven blir sotig.

Under större delen av människans historia var det som sagt elden som gav ljus, och då främst som en låga från ett vax- eller stearinljus, eller från en olje- eller fotogenlampa.

Med tanke på hur länge vi människor levde med bara eld som artificiell ljuskälla är det faktiskt relativt nyligen som glödlampan uppfanns. I och med att vi började förstå elektricitet mer under 1800-talet var det många som funderade på hur man kunde använda den för att skapa ljus. Det sägs ibland felaktigt att Thomas Edison var den som uppfann glödlampan. I själva verket var det i slutet av 1800-talet flera uppfinnare som experimenterade med att skapa ljus genom att föra elektrisk ström genom trådar av olika slag. Men Edison var den som fick  patent på sin version av glödlampan 1880, och tack vare att han också utvecklade el-systemet fick hans glödlampa stort genomslag. I Storbritannien fick Joseph Swan patent på sin glödlampa samma år som Edison i USA.

Glödlampan är väldigt enkel i sin konstruktion, och i moderna glödlampor används en mycket tunn tråd av grundämnet volfram (eng. tungsten, W). När elektrisk ström förs genom tråden gör strömmen av elektroner att atomerna börjar vibrera, och tillräckligt hög ström värmer upp tråden så mycket att den börjar lysa. Denna strålning kallas för värmestrålning. Nedan visas ett spektrum från en glödlampa [länk till avsnittet ”Elektromagnetisk strålning” och ”Det Elektromagnetiska spektrumet”]. Som du kan se är spektrumet kontinuerligt, alltså att det innehåller alla färger. Men där är mindre blått och mer rött i spektrumet. Faktum är att spektrumet fortsätter bortom det röda och strålar ännu starkare i infrarött, alltså värmestrålning. Denna strålning kan man känna som värme om man till exempel håller handen nära en glödlampa.

Eftersom volfram har en hög smältpunkt (3422 °C) kan den bli väldigt varm och lysa starkt utan att gå av. Men hade tråden fått bli så varm i fria luften hade syret i luften gjort att den brunnit av. Därför stänger man in tråden i ett glasklot, där man pumpat ut all luft och istället fyllt klotet med ädelgasen argon. Argon är en inert gas, vilket betyder att den ogärna reagerar med andra ämnen. Tack vare detta håller volframtråden längre.

Glödlampan är som sagt enkel, men som ljuskälla är den faktiskt väldigt ineffektiv. Bara ungefär 5% av den elektriska energin som glödlampan förbrukar blir till synligt ljus. Resten sprids som värmestrålning. Därför har glödlampan med tiden ersatts av LED-lampan [länk till avsnitt] som berättas om nedan.

På 1930- och 40-talen, ungefär samtidigt som glödlampan började nå även människor som bodde utanför städerna, började en ny typ av ljuskälla utvecklas – lysröret. Denna teknik är helt annorlunda glödlampan. Lysrören kom till genom att man experimenterade med att leda elektrisk ström genom en glastub fylld med olika sorters gaser. Olika gaser gav ifrån sig ljus i olika färger. Lampor som bygger på denna teknik kallas för urladdningslampor. I ett lysrör strömmar elektriciteten genom en gas som innehåller en liten mängd av grundämnet kvicksilver (Hg) [kanske länk till avsnitt om Hg]. När elektroner strömmar genom gasen i lysröret krockar de med kvicksilveratomerna och överför energi till dem – man säger att kvicksilveratomerna exciteras. Kvicksilveratomera gör sig dock snabbt av med energin igen – de de-exciterar – genom att sända ut fotoner. De flesta fotoner från kvicksilver är dock inte synliga, utan är i den ultravioletta delen av spektrumet. För att göra denna UV-strålning synlig är lysröret målat på insidan med ett fluorescerande lysämne, som är en färg som lyser vitt när den träffas av UV-strålning. Blandningar av olika lysämnen ger olika typer av vitt ljus, som kallvitt och varmvitt.

Nedan visas ett spektrum från lysrör. Som du ser skiljer det sig mycket från det från en glödlamp. Det är inte kontinuerligt utan innehåller utspridda toppar. Men tack vare att topparna finns i både de blå, gröna och röda delarna av spektrumet upplevs ändå ljuset som vitt.

Sedan 2023 byts även lysrör ut till förmån för LED-belysning. Detta gör man delvis för att LED-lampor är mer effektiva, men framför allt på grund av att lysrör innehåller just kvicksilver, som är en mycket giftig tungmetall.

LED står för Light Emitting Diode och är alltså en diod som sänder ut ljus. En diod är en elektrisk komponent som bara släpper igenom ström i den ena riktningen, detta tack vare ett finurligt sätt att kombinera olika sorters halvledare (främst kisel). När en ström av elektroner passerar igenom en diod förlorar de en del av sin energi. I vanliga dioder omvandlas denna energi till värme. I lysdioder omvandlas den istället till fotoner, det vill säga ljus. Beroende på vilket material man kombinerat kiseln i dioden med får ljuset olika färger.

1962 skapades den första röda dioden och några år efter det även den gröna. Först i mitten av 1990-talet uppfanns den blå dioden, en bedrift som belönades med Nobelpriset i fysik 2014. Genom att blanda ljuset från röda, gröna och blå dioder är det möjligt att åstadkomma vitt ljus. Metoden kallas RGB efter engelskans “Red, Green, Blue”. RGB är för övrigt samma metod som används i skärmar för att skapa pixlar med olika färger för att bygga upp färgbilder

Men det är inte RGB-metoden man främst använder för att skapa vitt ljus med dioder. Man kan också skapa vitt ljus genom att klä in en blå diod i ett fluorescerande lysämne, liknande det i lysröret. Fluorescens innebär att ljus med kortare våglängd (hög energi) omvandlas till längre våglängd (lägre energi). I fallet med LED:en innebär detta att delar av det blå ljuset med kort våglängd omvandlas till gult ljus med längre våglängd (se bild).

Det blå ljuset från dioden tillsammans med det gula ljuset från det fluorescerande lysämnet resulterar i vitt ljus. Beroende på hur lysämnet är tillverkat kan man skapa olika vithet (“varmvitt” eller “kallvitt”) på ljuset. Man kan också skapa dioder med olika färger.