维基百科

白炽灯

白炽（chì）灯，俗名钨丝灯，是一种透过通电，利用电阻把幼细丝线（现代通常为钨丝）加热至白炽，用来发光的灯。白炽灯的灯泡外围由玻璃制造，把灯丝保持在真空，或低压的惰性气体（如卤素灯）之下，作用是防止灯丝在高温之下氧化。

白炽灯泡，E27螺旋型灯头
白炽灯泡的钨丝的扫描电子显微镜图像。

历史 编辑

美国人亨利·戈培尔传说比爱迪生早数十年已发明了相同原理和物料，而且可靠的电灯泡，而在爱迪生之前很多其他人亦对电灯的发明作出了不少贡献。[1]

1801年，英国化学家戴维将铂丝通电发光。他亦在1810年发明了电烛，利用两根碳棒之间的电弧照明。1854年亨利·戈培尔使用一根炭化的竹丝，放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时，但是并没有即时申请设计专利。[2]

1850年，英国人约瑟夫·威尔森·斯旺开始研究电灯。1878年，他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利，并开始在英国建立公司，在各家庭安装电灯。

1874年，加拿大的两名电气技师（Henry Woodward、Matthew Evans）申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氮气，以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继续发展这发明，于是在1875年把专利卖给爱迪生。

爱迪生购下专利后，尝试改良使用的灯丝。1879年他改以碳丝造灯泡，成功维持13个小时。到了1880年，他造出的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。但是在英国，斯旺控告爱迪生侵犯专利，并且获得胜诉。爱迪生在英国的电灯公司被迫让斯旺加入为合伙人。但后来斯旺把他的权益及专利都卖了给爱迪生。在美国，爱迪生的专利亦被挑战。美国专利局曾判决他的发明已有前科，属于无效。最后经过多年的官司，爱迪生才取得碳丝白炽灯的专利权。

匈牙利化学家约斯特（Sándor Just）跟克罗地亚发明家哈那曼（Franjo Hanaman）发现比起碳灯丝，使用钨当作灯丝能够使灯泡更亮并且寿命更长，他们两人在1904年获得了匈牙利的专利（No. 34541），并且匈牙利的通斯朗公司（英语：Tungsram）开始在许多欧洲国家销售钨丝灯泡。

1906年，通用电气从发明家亚历山大·洛迪金（英语：Alexander Lodygin）手中购得白炽灯专利，开始了白炽灯的工业化生产。[3]

钨丝灯的最大问题是灯丝的升华。因为钨丝上细微的电阻差别造成温度不一，在电阻较大的地方，温度升得较高，钨丝亦升华得较快，于是造成钨丝变细，电阻进一步增大的循环；最终令钨丝烧断。后来发现以惰性气体代替真空可以减慢钨丝的升华。今天多数的钨丝灯内都是注入氮、氩或氪气。

现代的白炽灯一般寿命为2,000小时左右。

构造 编辑

 
白炽灯构造图
  1. 白炽灯外形轮廓。
  2. 低压惰性气体。
  3. 灯丝，钨丝。
  4. 细金属线（连接至灯头尖端）
  5. 细金属线（连接至铜片）
  6. 支撑金属线
  7. 支撑棒
  8. 细金属线
  9. 铜片
  10. 绝缘体
  11. 灯头尖端

种类 编辑

接口类型 编辑

抛物面镀铝反射灯 编辑

卤素灯泡 编辑

主条目：卤素灯泡
 
紫外线滤镜下的卤素灯泡

卤素灯泡，亦称钨卤灯泡，是白炽灯的一种。原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体。在高温下，蒸发的钨丝与卤素进行化学作用，蒸发的钨会重新凝固在钨丝上，形成平衡的循环，避免钨丝过早断裂。因此卤素灯泡比白炽灯更长寿。此外，卤素灯泡亦能以比一般白炽灯更高的温度运作，它们的亮度及效率亦更高。不过在这温度下，普通玻璃可能会软化。因此卤素灯泡需要采用熔点更高的熔凝石英或硬的玻璃。

卤素灯泡上的水晶玻璃如果有油，会造成玻璃上温度不一，减低灯泡的寿命。因此换卤素灯泡时要避免人手触及灯泡的玻璃。如果手指摸到应以消毒酒精清洁。

灯芯 编辑

 
200瓦白炽灯的灯芯

电灯的灯芯或灯丝指的是通过电流或燃烧时，发出光芒的金属纤维，通常是用钨来作为灯丝转换电能为光能，和真空管器件转换电能为热能之用。而白炽灯是由亚历山大·洛地均（Alexander Lodygin，于1874年）与约瑟夫·威尔森·斯旺（Joseph Wilson Swan，于1878年）所发展。

最早发展成功的灯芯是由来自竹子的碳所制成，后来由钨取代。

优缺点 编辑

缺点 编辑

 
22–175 °C = 71–347 °F.

大部分白炽灯会把消耗能量中的90%转化成无用的热能，只少于10%的能量会成为光。相比之下，荧光灯的效率高很多，接近40%，所产生的热只是相同亮度的白炽灯的六分一。故此很多地方，特别是夏天需要空气调节的商场、大楼都会使用荧光灯照明以节省电力。小型的荧光灯（节能灯泡）把荧光灯及启动电子结合，使用标准电灯泡的爱迪生螺旋接口，用以替代普通白炽灯泡。例如一个26瓦的节能灯泡，发出的亮度为11瓦，热量为15瓦。发出相同亮度11瓦的白炽灯泡耗电多四倍，达100瓦；放出热量多六倍，达90瓦。

很多家居内的电灯仍然是以普通白炽灯为主。卤素灯泡近年亦变得较为流行，特别是光源需要集中的情况，例如家居的射灯，汽车车头灯，经常会使用卤素灯泡。良好的卤素灯泡可以达到15%的效率。例如一个60瓦的卤素灯泡，亮度可等同一个100瓦的普通灯泡。但是卤素灯泡体积细小，运作时温度非常高。在家居应用时需要特别防护，防止引起火灾。

由于白炽灯只有少于10%的能量会成为光。各光源的光效及使用开支比较如下：

灯泡性能与开支比较（美国电价，相当于60瓦白炽灯亮度）
白炽灯[4] 卤素灯[5] 节能灯[6] LED[7]
售价 $0.41 $1.17 $0.99 $3.99
功率（瓦特） 60 43 14 8.5
平均光通（流明） 860 750 775[8] 800
光效（流明/瓦特） 14.3 17.4 55.4 94.1
色温（开尔文） 2700 2920 2700 2700
演色性（CRI） 100 100 82 80
寿命（小时） 1,000 1,000 10,000 15,000
可用年数（每天6小时） 0.46 0.46 4.6 6.8
20年电费（0.11美元/KWh） $289 $207 $67 $41
20年总开支 $307 $259 $70 $53
（按白炽灯亮度比例折合） $307 $297 $78 $57
基于每日六小时用量计算（20年共43,800小时）
型式 光源效率
（LM/W） 		平均寿命
（小时） 		特性 使用范围
普通灯泡
Normal Incandescent 		8--20 1500-2000 安装及使用容易，立即可以启动，成本低 住宅之基本照明及装饰性照明
反射灯泡
Reflector 		8--25 1500-2000 反射灯泡可以做聚光投射 反射灯泡可用于重点照明
一般卤素灯和特殊仪器用卤素灯
Halogen 		12–35 4000-10000以上 体积小，亮度高，光色较白，安装易，寿命较普通灯光超长，释出紫外线较多，部分甚至会超过太阳，需选用带有紫外线滤镜的产品。 商业空间之重点照明，

不易更换或高阶产品

许多地方已经开始淘汰白炽灯泡，以下是时间表：

白炽灯淘汰进度
欧盟 2012年
爱尔兰 2009年初
澳大利亚 2010年
阿根廷 2010年
意大利 2010年
法国 宣称2010年但无进一步讯息
英国 零售商2011年不再贩售
荷兰 自愿于2011年
台湾 2012年
日本 2012年1月[9]
加拿大 2012年
美国 2014年
中国大陆 2012年-2017年逐步淘汰[10]
香港 2015年[11]

至于户外的街灯照明，以钠灯最为常见。低压钠灯发出的是单调的橙色光线，但是它的效率却非常高，比钨丝灯高出约十五倍。高压钠灯效率稍低，但颜色较为丰富。

2000年代起，则以发光二极管及金卤灯照明开始发展流行。前者的优点是非常长寿，现已陆续地用于交通灯、手电筒、汽车上之刹车灯及指挥灯之上。后者其实是多种技术的统称（钠灯亦属于HID）。很多最新汽车使用的氙气车头灯（Xenon HID）、放映机使用的金属卤化物灯（Metal Halide），都是属于HID。

优点 编辑

传统节能灯并不耐经常点灭及潮湿，对于需要经常点灭的场所，白炽灯及LED照明较为合适；对于潮湿的场所（例如：浴室、厕所、阳台），白炽灯较节能灯及有防水防潮设计的LED灯更为适合。

光线不会闪烁 编辑

参见：脉冲宽度调制 § 亮度调节

白炽灯的光线不会闪烁、这是因为交流电的电压震荡只会让钨丝的温度有些微震荡，但许多低价的LED产品及荧光灯，是采用低频PWM的方式来调节亮度，荧光灯使用这种调光方式比较不伤眼，因为荧光灯有余辉效应，但是没有余辉效应的LED灯使用低频PWM调光就很伤眼。许多无法调整亮度的低价LED照明及低价荧光灯，内部电路过于简陋、造成无法察觉但很强烈的低频闪烁，也是很伤眼。

色彩表现极佳 编辑

 
中间白炽灯的光谱较下方的齐全。
参见：演色性

白炽灯（包含卤素灯）的光谱是连续而且平均的，拥有极佳演色性的优点；而荧光灯、LED是离散光谱，演色性低，低演色性光源不但会让人觉得颜色不好看、对于健康及视力也有害。传统灯泡还有可调光、耐点灭及无汞的优点。目前的解决方案如下：

  1. 采用卤素灯：用卤素灯取代白炽灯大约能减少30%的电力、且卤素灯演色性及色温与白炽灯几乎相同，代表光线品质足以全面取代白炽灯，因此国际大厂有推出接头与白炽灯一样的卤素灯。只是卤素灯寿命的延长比价格的增加少。
  2. 改进白炽灯泡：可以将红外线反射回灯丝、以减少能耗，目前已推出的产品可以节省30%的能耗[12]，研发中的产品则可以减少50%能耗；但这种灯泡的问题在无法降低整体成本。另外的方法则是利用激光处理钨丝，也可以节省相当能源[13]。
  3. 以CCFL节能灯取代传统使用荧光灯的节能灯，可以大幅减少汞使用量；LED灯泡则是无汞、但LED目前有演色性差、不耐热的问题。
  4. 高演色性节能灯：若能提高传统荧光灯的演色性，可以让更多人愿意淘汰白炽灯，但高演色性产品仍然不够普及，而光线品质能完全取代白炽灯的荧光灯/CCFL/LED则在等待技术上的大突破。
  5. CCFL/LED：传统节能灯并不耐经常点灭，对于需要经常点灭、又不严格要求演色性的场合，CCFL、LED技术的节能灯较为适合。
  6. 目前CCFL/荧光灯管/LED虽然可以调光、但大多不能使用传统白炽灯的调光器、而且调光成本高；若调光频率不高、很伤眼。

参见 编辑

参考文献 编辑

  1. ^ ISBN 978-3-86674-006-8
  2. ^ Josephson, Matthew. Edison: a biography. McGraw Hill. 1959. 
  3. ^ Комната - музей А.Н.Лодыгина. www.tstu.ru. [2023-07-25]. （原始内容存档于2022-11-09）. 
  4. ^ Philips 60-Watt Household Incandescent Light Bulb. Home Depot. 
  5. ^ EcoSmart 60-Watt Equivalent Eco-Incandescent A19 Household Light Bulb (4-Pack). Home Depot. [5 March 2017]. 
  6. ^ EcoSmart 60W Equivalent Soft White (2700K) Twister CFL Light Bulb (4-pack). [20 January 2014]. 
  7. ^ EcoSmart 60W Equivalent Soft White A19 Energy Star and Dimmable LED Light Bulb (4-Pack). Home Depot. [12 March 2017]. 
  8. ^ Lightbulbs – LEDs and CFLs offer more choices and savings (PDF). ConsumerReports. 2011 [21 January 2014]. 
  9. ^ 白炽灯倒数计时 节能照明起飞 韩婷婷/台北/中央社 2011/11/26 15:33 互联网档案馆的存档，存档日期2016-03-04.
  10. ^ 中国逐步淘汰白炽灯路线图 2011年第28号公告[永久失效链接] 发改委公告 -> 2011年
  11. ^ 淘汰鎢絲燈泡 改善能源效益. Hong Kong's Information Services Department. [2017-03-27]. （原始内容存档于2019-06-10） （中文（香港））. 
  12. ^ Halogená Energy Saver 互联网档案馆的存档，存档日期2011-12-20.
  13. ^ Laser boosts light bulb efficiency. [2011-02-18]. （原始内容存档于2011-11-04）. 
取自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=白熾燈&oldid=80511361”