本文详细介绍了白炽灯的发明由来,白炽灯的发展历程,白炽灯的原理,白炽灯的缺点,白炽灯的应用等。
白炽灯的英文名全称:incandescent lamp
白炽灯的定义:电流加热发光体至白炽状态而发光的电光源。电流流过发光体使之炽热发光的热辐射光源。
白炽灯的发明由来
19世纪后半叶,人们开始试制用电流加热真空中灯丝的白炽电灯泡。1879年,美国的T.A.爱迪生制成了白炽灯碳化纤维(即碳丝)白炽灯,率先将电光源送入家庭。1907年,A.贾斯脱发明拉制钨丝,制成钨丝白炽灯。随后不久,美国的朗缪尔发明螺旋钨丝,并在玻壳内充入惰性气体氮,以抑制钨丝的挥发;1915年发展到充入氩氮混合气。1912年,日本的三浦顺一为使灯丝和气体的接触面尽量减小,将钨丝从单螺旋发展成双螺旋,发光效率有很大提高。1935年,法国的A.克洛德在灯泡内充入氪气、氙气,进一步提高了发光效率。1959年,美国在白炽灯的基础上发展了体积和光衰极小的卤钨灯。白炽灯的发展史是提高灯泡发光效率的历史。白炽灯生产的效率也提高得很快。80年代,普通白炽灯高速生产线的产量已达8000只/小时,并已采用计算机进行质量控制。
白炽灯的原理
如下图白炽灯由玻壳、灯丝、导线、感柱、灯头等组成。
玻壳做成圆球形,制作材料是耐热玻璃,它把灯丝和空气隔离,既能透光,又起保护作用。白炽灯工作的时候,玻壳的温度最高可达100℃左右。
丝灯是用比头发丝还细得多的钨丝,做成螺旋形。看起来灯丝很短,其实把这种极细的螺旋形的钨丝拉成一条直线,这条直线竟有1米多长。
导线两条导线表面上很简单,实际上由内导线、杜美丝和外导线三部分组成。内导线用来导电和固定灯丝,用铜丝或镀镍铁丝制做;中间一段很短的红色金属丝叫杜美丝,要求它同玻璃密切结合而不漏气;外导线是铜丝,任务就是连接灯头用以通电。
感柱一个喇叭形的玻璃零件就是感柱,它连着玻壳,起着固定金属部件的作用。其中的排气管用来把玻壳里的空气抽走,然后将下端烧焊密封,灯就不漏气了。
灯头是连接灯座和接通电源的金属件,用焊泥把它同玻壳粘结在一起。
这里特别需要讲讲灯丝,因为电灯正是要靠它来发光的。
同炭丝一样,白炽灯里的钨丝也害怕空气。如果玻壳里充满空气,那么通电以后,钨丝温度升高到2000℃以上,空气就会对它毫不留情地发动袭击,使它很快被烧断,同时生成一种黄白色的三氧化钨,附着在玻壳内壁和灯内部件上。
要是玻壳里残留的空气比较少,那么上面讲的过程就会进行得慢一些,钨跟空气中的氧化合生成一薄层蓝色的三氧化二钨和氧化钨的混合物。这些都是空气玩的把戏——空气里的氧气使高温的钨丝氧化了。所以钨丝灯泡要抽成真空,把空气统统清除出去。
有时怕抽气机抽不干净,还要在灯泡的感柱上涂一点红磷。红磷受热会变成白磷,白磷很容易同氧气反应,生成固态的五氧化二磷,把氧气“吃掉”,这样,玻壳里残留的氧气也被消除了。但是,这样做还没有解决全部问题。白炽灯用久了玻壳会变黑,再过一段时间会烧断,你知道这是为什么?确实,钨丝比起炭丝来,在真空里的蒸发速度要慢得多。但是,当白炽灯点亮温度升得很高的时候,钨的蒸发仍然十分严重。
长时间的高温使钨丝表面的钨原子像水蒸汽一样不断地蒸发扩散,然后一层又一层地沉积到玻壳的内表面上,使玻壳慢慢黑化,越来越不透明。
钨的蒸发也使钨丝越来越细,最后烧断。灯丝工作温度越高钨的蒸发越快,白炽灯的使用寿命就越短。
白炽灯的缺点
紧凑型荧光灯售价约是白炽灯泡的10倍,但寿命是后者的6倍,而且同等亮度的产品,荧光灯耗电量不足白炽灯泡的四分之一。随着新产品的不断出现,新型光源也不断诞生,譬如LED发光二极管,是一种半导体固体发光器件,被称为第四代照明光源或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,使用寿命可达6万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上;电光功率转换接近100%,相同照明效果比传统光源节能80%以上。
白炽灯也有一个其他大部分类型发光产品不具备的优点,即适合频繁启动的场合。
白炽灯的应用
白炽灯的应用主要是照明了。因白炽灯光效低,寿命短、电能消耗大、维护费用高,使用时间长的工厂车间照明不宜采用。
总结
近期中国正式提出了淘汰白炽灯的路线图,2016年10月1日将正式退出市场。