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白炽灯

2011-11-14 10:12:00   发表:
白炽灯将灯丝通电加热到白炽状态,利用热辐射发出可见光的电光源。自1879年,美国的T.A.爱迪生制成了碳化纤维(即碳丝)白炽灯以来,经人们对灯丝材料、灯丝结构、充填气体的不断改进,白炽灯的发光效率也相应提高。1959年,美国在白炽灯的基础上发展了体积和衰光极小的卤钨灯。白炽灯的发展趋势主要是研制节能型灯泡。不同用途和要求的白炽灯,其结构和部件不尽相同。白炽灯的光效虽低,但光色和集光性能好,是产量最大,应用最广泛的电光源。
  一般人认为电灯的发明者是发明大王爱迪生,实际上,这方面的试验研究在爱迪生之前就已开始了。
  在美国1845年的一份专利档案中,辛辛那提的斯塔尔提出可以在真空泡内使用碳丝。英国的斯旺按照这种思路,用一条条碳化纸作灯丝,企图使电流通过它来发光,但是,因当时抽真空的技术还很差,灯泡中的残余空气,使得灯丝很快烧断。因此,这种灯的寿命相当短,仅有个把小时,不具有实用价值。1878年,真空泵的出现,使斯旺有条件再度开展对白炽灯的研究。1879年1月,他发明的白炽灯当众试验成功,并获得好评。
  1879年,爱迪生也开始投入对电灯的研究,他认为 ,延长白炽灯寿命的关键是提高灯泡的真空度和采用耗电少,发光强、且价格便宜耐热材料作灯丝,爱迪生先后试用了1600多种耐热材料,结果都不理想,1879年10月21日同,他采用在采用碳化棉线作灯丝,把它放入玻璃球内,再启动气机将球内抽成真空。结果,碳化棉灯丝发出的光明亮而稳定,足足亮了10多个小时。就这样,碳化棉丝白炽灯诞生了,爱迪生为此获得了专利。
  成功并未使爱迪生停步,他在继续寻找比碳化棉更坚固耐用的耐热材料。1880年,爱迪生又研制出碳化竹丝灯,使灯丝寿命大大提高,同年10月,爱迪生在新泽西州自行设厂,开始进行批量生产,这是世界最早的商品化白炽灯,英国的斯旺也于1881年在新堡郊外本威尔设厂。
  白炽灯的发明,美国通常归功于爱迪生,英国则归功于斯旺。在英国,电灯发明百周年纪念于1978年10月举行,而美国则于一年后的11月举行。
  两位发明家的竞争十分激烈,专利纠纷几乎不可避免,后来,两人达成协议,合资组建了爱迪生──斯旺电灯公司,在英国生产白炽灯。
  现代的钨丝白炽灯到1908年才由美国发明家库利奇试制成功。发光体是用金属钨拉制的灯丝,这种材料最可贵的特点是其熔点很高,即在高温下仍能保持固态。事实上,一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达3000℃。正是由于炽热的灯丝产生了光辐射,才使电灯发出了明亮的光芒。因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体,并在灯泡的玻璃表面上沉积,使灯泡变黑,所以白炽灯都被造成“大腹便便”的外型,这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表面上弥散开。否则的话,灯泡在很短的时间内就会被熏黑了。由于灯丝在不断地被升华,所以会逐渐变细,直至最后断开,这时一只灯泡的寿命也就结束了。
  在所有用电的照明灯具中,白炽灯的效率是最低的,它所消耗的电能只有很小的部分,即12%-18%可转化为光能,而其余部分都以热能的形式散失了。至于照明时间,这种电灯的使用寿命通常不会超过1000小时。在这一点上,卤素灯就比一般的白炽灯要长很多。卤素灯的外形一般都是一个细小的石英玻璃管,和白炽灯相比,其特殊性就在于钨丝可以“自我再生”。实际上,在这种灯的灯丝和玻璃外壳中充有一些卤族元素,如碘和溴。当灯丝发热时,钨原子被蒸发向玻璃管壁方向移动。在它们接近玻璃管时,钨蒸气被“冷却”到大约800℃并和卤素原子结合在一起,形成卤化钨(碘化钨、溴化钨)。卤化钨向玻璃管中央移动,又落到被腐蚀的灯丝上。因为卤化钨很不稳定,遇热后就会分解成卤素蒸气和钨,这样钨又在灯丝上沉积下来,弥补了被蒸发的部分。如此循环,灯丝的使用寿命就会延长很多。所以,卤素灯的灯丝就可以做的相对较小,灯体也很小巧。卤素灯一般用在需要光线集中照射的地方,比如用于写字台或居室局部的照明。
  近期澳大利亚政府推出了一项逐步采用节能荧光照明设备,以减少温室气体排放的计划,从2010年开始将禁止使用白炽灯泡。
  这是世界上第一个打算淘汰白炽灯泡的计划。为了节能,为了环保,白炽灯泡将要寿终正寝了!
  据介绍,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。
  人类使用白炽灯泡已有128年的历史了。提起白炽灯泡,人们必然会联想起爱迪生。实际上早在爱迪生之前,英国电技工程师斯旺(j.Swan)从40年代末即开始进行电灯的研究。经过近30年的努力,斯旺最终找到了适于做灯丝的碳丝。1878年12月18日,斯旺试制成功了第一只白炽电泡。此后不久,他还在纽卡斯尔化学协会上展示过他的碳丝灯泡。而当他的有关白炽电灯的实验报道在美国发表之后,也曾给爱迪生以直接的帮助。与爱迪生不同的是,斯旺在发明白炽电灯后,直到1880年才去申请专利;直到1881年才正式投产。而在灯泡投产之后,他未能像爱迪生那样建立相应的发电站和输电网。这样就使得爱迪生后来居上,成了人们公认的白炽电灯的发明家。
  在爱迪生研制白炽灯泡灯丝材料的过程中,曾试验过棉线、木材的细条、稻草、纱纸、线、马尼拉麻绳、马鬃、钓鱼线、麻栗、硬橡皮、栓木、藤条、玉蜀黍纤维,甚至人的胡须、头发。
  在1879年10月21日的傍晚,爱迪生和助手们成功地把炭精丝装进了灯泡。一个德国籍的玻璃专家按照爱迪生的吩咐,把灯泡里的空气抽到只剩下一个大气压的百万分之一,封上了口,爱迪生接通电流,他们日夜盼望的情景终于出现在眼前:灯泡发出了金色的亮光!在连续使用了45个小时以后,这盏电灯的灯丝才被烧断,这是人类第一盏有广泛实用价值的电灯。后来人们就把这一天定为电灯发明日。之后爱迪生还一直致力于白炽灯的改进,为了提高灯泡的质量,延长灯泡的寿命,爱迪生想尽一切办法寻找适合制灯丝的材料。到1880年5月初,他试验过的植物纤维材料共约6000种。在很长的一段时间里,爱迪生派遣了很多人前往世界各地寻找适合于制作灯丝的竹子。直至1908年的9年间,日本竹一直是供应碳丝的主要原料。
  爱迪生发明的白炽灯泡为人类的文明做出了巨大的贡献,但为了节能,为了环保,只能让它退出历史舞台!
  补充:白炽灯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。
  
白炽灯的详细原理
  这是一只普通的白炽灯,主要由玻壳、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。
  灯丝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。
  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。
  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
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