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白熾燈的起源

英文名:白熾燈

白熾燈是壹種電光源,它將燈絲加熱到白熾狀態,並通過熱輻射發出可見光。從1879開始,美國的T.A .愛迪生制造了碳纖維(碳絲)白熾燈。隨著燈絲材料、燈絲結構和填充氣體的不斷改進,白熾燈的發光效率也相應提高。1959年,美國在白熾燈的基礎上研制出體積極小、可調光的鎢鹵素燈。白熾燈的發展趨勢主要是發展節能燈泡。不同用途和要求的白熾燈,其結構和部件也不同。白熾燈光效低,但光色和集光性能好。它是產量最大、應用最廣泛的電光源。

19世紀下半葉,人們開始試制白熾燈泡,在真空中用電流加熱燈絲。1879年,美國的T.A .愛迪生制造了碳纖維(碳絲)白熾燈,第壹次把電光源送進了家庭。1907年,A. Justin發明了拉絲鎢絲,制成鎢絲白熾燈。不久後,美國的I·朗繆爾發明了螺旋鎢絲,並在玻璃泡中充入惰性氣體氮氣,抑制鎢絲蒸發;在1915中,充入氬氮混合物。1912年,為了盡量減少燈絲與氣體的接觸面,日本米烏拉俊壹將鎢絲從單螺旋發展為雙螺旋,大大提高了發光效率。1935年,法國的a .克勞德用氪和氙填充燈泡,進壹步提高了發光效率。從65438年到0959年,美國在白熾燈的基礎上開發了體積最小、光衰減最小的鎢鹵素燈。白熾燈的發展史就是提高燈泡發光效率的歷史。白熾燈的生產效率也迅速提高。80年代普通白熾燈高速生產線產量已達8000件/小時,並已采用計算機進行質量控制。

壹般認為電燈的發明者是偉大的發明家愛迪生。其實這方面的實驗研究早在愛迪生之前就開始了。

在美國1845的專利文件中,辛辛那提的斯塔爾提出碳絲可以用在真空泡中。根據這壹想法,英國的斯旺用碳化紙條作為燈絲,試圖使電流通過它而發光。但由於當時抽真空技術還很差,燈泡內殘留的空氣使燈絲很快燒壞。所以這種燈的壽命相當短,只有壹個小時,沒有實用價值。1878年,真空泵的出現讓斯旺再次開展了對白熾燈的研究。1879 65438+10月,他發明的白熾燈公開測試成功,獲得好評。

1879年,愛迪生也開始研究電燈。他認為延長白熾燈壽命的關鍵是提高燈泡的真空度,使用低功耗、發光強、價格低的耐熱材料作為燈絲。愛迪生先後嘗試了1600多種耐熱材料,結果都不理想,1879 10+265438+。結果碳化棉線發出的光明亮穩定,持續時間超過10小時。就這樣,碳化棉絲白熾燈誕生了,愛迪生為此獲得了專利。

成功並沒有阻止愛迪生。他繼續尋找比碳棉更堅固耐用的耐熱材料。1880年,愛迪生研制出碳化竹絲燈,大大延長了燈絲壽命。同年,10年,愛迪生在新澤西建立了自己的工廠,開始大規模生產。這是世界上最早商業化的白熾燈,英國的Swann也於181年在紐卡斯爾郊區的Benwell設廠。

白熾燈的發明通常被認為是美國的愛迪生和英國的斯萬的功勞。在英國,電燈發明壹百周年是在1978+00年舉行的,而在美國是在壹年後的110年舉行的。

兩位發明家之間的競爭非常激烈,專利糾紛幾乎不可避免。後來,兩人達成協議,成立合資企業愛迪生天鵝電氣公司,在英國生產白熾燈。

現代鎢絲白熾燈由美國發明家柯立芝於1908年試制成功。發光體是用金屬鎢拉成的燈絲。這種材料最有價值的特點是熔點高,即在高溫下仍能保持固態。事實上,壹盞點燃的白熾燈的燈絲溫度高達3000℃。正是因為熱燈絲產生光輻射,電燈才發出明亮的光。因為有些鎢原子在高溫下會蒸發成氣體,沈積在燈泡的玻璃表面,使燈泡變黑,所以白熾燈都做成“大腹便便”的樣子,就是讓沈積的鎢原子擴散到更大的表面。否則,燈泡會在短時間內變黑。因為燈絲不斷升華,會逐漸變細,直到最後斷開,這時壹個燈泡的壽命就結束了。

在所有用電的照明燈具中,白熾燈的效率最低,它所消耗的電能只有壹小部分,即12%-18%可以轉化為光能,其余的都以熱能的形式損失掉了。至於照明時間,這種電燈的使用壽命通常不超過1000小時。在這壹點上,鹵素燈比普通白熾燈要長得多。鹵素燈通常是壹個微小的應時玻璃管。與白熾燈相比,鹵素燈的特殊性在於鎢絲可以“自我再生”。事實上,這種燈的燈絲和玻璃外殼中充滿了壹些鹵素元素,如碘和溴。當燈絲加熱時,鎢原子蒸發並向玻璃管壁移動。當它們接近玻璃管時,鎢蒸汽被“冷卻”到大約800℃,並與鹵素原子結合形成鹵化鎢(碘化鎢、溴化鎢)。鹵化鎢移動到玻璃管的中心,落在腐蝕的燈絲上。因為鹵化鎢不穩定,受熱會分解成鹵素蒸氣和鎢,這樣鎢就會沈積在燈絲上,以彌補蒸發的部分。這壹循環將延長燈絲的使用壽命。因此,鹵素燈的燈絲可以做得相對較小,燈體也非常緊湊。鹵素燈壹般用在需要聚光的地方,比如寫字臺或者客廳的局部照明。

近日,澳大利亞政府推出了壹項計劃,逐步采用節能熒光照明設備來減少溫室氣體排放,白熾燈泡將從2010開始被禁止使用。

這是世界上第壹個淘汰白熾燈泡的計劃。為了節能環保,白熾燈泡會死!

據介紹,緊湊型熒光燈的價格約為白熾燈泡的10倍,但壽命卻是後者的6倍,同樣亮度的產品,熒光燈的耗電量不到白熾燈泡的四分之壹。隨著新產品的不斷湧現,新的光源也在不斷誕生。例如,LED是壹種半導體固體發光器件,被稱為第四代照明光源或綠色光源。具有節能、環保、壽命長、體積小的特點。其使用壽命可達60000至65438+萬小時,是傳統光源的10倍以上。電光功率轉換接近100%,同樣的光效比傳統光源節能80%以上。

白熾燈泡已經使用了128年。提到白熾燈泡,人們必然會想到愛迪生。事實上,早在愛迪生之前,英國電工工程師j .斯旺早在20世紀40年代末就開始研究電燈了。經過近30年的努力,天鵝終於找到了壹種適合做燈絲的碳絲。1878 18年2月18,天鵝試制成功第壹只白熾燈泡。此後不久,他還在紐卡斯爾化學協會展示了他的碳絲燈泡。當他關於白熾燈的實驗報告在美國發表時,也給了愛迪生直接的幫助。與愛迪生不同,斯萬在發明了白熾燈之後,直到1880才申請專利。直到1881才正式投產。燈泡投產後,他未能像愛迪生那樣建成相應的電站和輸電網。就這樣,愛迪生後來居上,成為公認的白熾燈發明者。

在愛迪生開發白熾燈泡燈絲材料的過程中,測試了棉線、細木條、稻草、紗布紙、線、馬尼拉麻繩、馬毛、釣魚線、栗子、硬橡膠、木栓、藤條、玉米纖維甚至人類的胡須和頭發。

1879,10,21年6月的晚上,愛迪生和他的助手們成功地把碳絲放進了燈泡。壹位德國玻璃專家按照愛迪生的指示,把燈泡裏的空氣抽至只有百萬分之壹大氣壓,密封起來,愛迪生接通電流,他們日夜盼望的壹幕終於出現在眼前:燈泡發出了金光!連續使用45小時後,這種電燈的燈絲被燒斷,這是第壹種具有廣泛實用價值的電燈。後來,人們把這壹天定為電燈發明日。之後,愛迪生壹直致力於白熾燈的改進。為了提高燈泡的質量,延長燈泡的壽命,愛迪生盡最大努力尋找適合做燈絲的材料。到5月初1880,他已經試驗了大約6000種植物纖維材料。很長壹段時間,愛迪生派了很多人到世界各地尋找適合做燈絲的竹子。從65438年到0908年的9年間,日本竹子壹直是供應碳纖維的主要原料。

愛迪生發明的白熾燈泡為人類文明做出了巨大貢獻,但為了節能環保,只能退出歷史舞臺!

補充:白熾燈有壹個其他類型發光產品大多不具備的優勢,就是適合頻繁啟動的場合。

這是壹個普通的白熾燈,主要由玻殼、燈絲、導線、感應柱、燈座等組成。

玻璃外殼做成球形,材料是耐熱玻璃,把燈絲和空氣隔開,既能透光,又能起到保護作用。白熾燈工作時,玻璃燈泡的溫度可達100℃左右。

燈絲由比發絲細得多的鎢絲制成,做成螺旋狀。看起來燈絲很短,但實際上,這根極細的螺旋鎢絲被拉成了壹條直線,長度超過1米。

這兩根線表面上很簡單,實際上是由三部分組成:內線、多美滋線、外線。內導體用於導電和固定燈絲,由銅線或鍍鎳鐵絲制成;中間壹根短的紅線叫多美滋線,要求和玻璃結合緊密,不漏風;外導體是銅線,任務是接燈頭通電。

喇叭狀的玻璃部件是感應柱,連接在玻璃外殼上,起到固定金屬部件的作用。用排氣管把玻璃燈泡裏的空氣抽出來,然後下端焊接密封,這樣燈就不會漏氣了。

燈頭是連接燈頭和電源的金屬件,用焊錫膏與玻璃外殼粘合在壹起。

這裏特別有必要說壹下燈絲,因為是燈在發光。

白熾燈裏的鎢絲和碳絲壹樣,都是怕空氣的。如果玻璃燈泡內充有空氣,通電後鎢絲溫度上升到2000℃以上時,空氣就會毫不留情地對其進行攻擊,使其迅速燒盡,同時生成壹種黃白色的三氧化鎢,附著在玻璃燈泡內壁和燈的內部。

如果玻璃燈泡裏剩下的空氣少了,上述過程就會慢慢進行,鎢會和空氣中的氧化作用結合,形成壹種薄薄的藍色三氧化鎢和氧化鎢的混合物。

這些都是空氣玩的把戲——空氣中的氧氣氧化了高溫鎢絲。

因此,鎢絲燈泡應抽真空,以去除所有空氣。

有時候怕氣泵不幹凈,要在燈泡的感應柱上塗壹點紅磷。紅磷受熱會變成白磷,白磷很容易與氧氣反應生成固體五氧化二磷,會“吃掉”氧氣,使玻殼內殘留的氧氣被消滅。

然而,這並沒有解決所有的問題。白熾燈用久了會變黑,過壹會兒就燒壞了。妳知道為什麽嗎?

的確,鎢絲在真空中的蒸發速度比碳絲慢得多。但是,當白熾燈的照明溫度升得很高時,鎢的蒸發仍然很嚴重。

長期的高溫使鎢絲表面的鎢原子像水蒸氣壹樣蒸發擴散,然後壹層壹層地沈積在玻殼的內表面,使玻殼慢慢變黑,越來越不透明。

鎢的蒸發也使鎢絲越來越細,最後燒盡。

燈絲工作溫度越高,鎢蒸發越快,白熾燈壽命越短。

有什麽方法可以在真空條件下減少蒸發,延長燈絲的使用壽命?

延長壽命的唯壹方法就是降低溫度,降低燈絲溫度。鎢絲工作溫度高達2700℃時,燈泡不到1小時就會熄滅。鎢絲工作溫度降低到1700℃,使用壽命可延長到1000小時以上。

然而,這不是壹個好主意。降低鎢絲的工作溫度,即降低其白熾度,會降低白熾燈的發光效率,遠不如高溫時亮。

因此,問題就清楚地擺在了人們面前:白熾燈要想發出更多的光,就必須提高燈絲的工作溫度;如果妳想減少鎢絲的蒸發來延長燈的壽命,妳就得降低它的體溫。“這是壹個矛盾。

我們的要求不僅是發光效率高,還要減少鎢絲的蒸發。

經過多年的研究,人們註意到,當燈泡中充滿空氣時,雖然燈絲很快會被氧化,但鎢的蒸發會變慢。

原因其實很簡單:空氣由多種成分組成,只有占空氣總量1/5的氧氣氧化鎢;至於其余約占4/5的氮,不僅沒有參與破壞鎢,還做了好事——阻礙了鎢分子的運動,減緩了鎢的蒸發速度。

於是人們找到了保衛鎢絲的好朋友——氮。空氣中有氮氣,而且占空氣的大部分。可以說是“找不到地方拿,也不用努力去拿。”

在過去,為了保證白熾燈的壽命,我們必須盡可能幹凈地將玻璃燈泡中的空氣抽出。現在為了同樣的目的,我們要反其道而行之,就是在玻璃燈泡裏充入氣體,氣體不會和鎢發生化學反應。

氮是個懶家夥,喜歡自己到處亂逛,不喜歡和任何人打交道。在很多地方沒用,但是可以用在白熾燈上。

如果燈泡是真空的,那麽當鎢絲接上電源,溫度升高時,鎢的分子就會“蠢蠢欲動”,大量離開燈絲,“如入無人之境”地跑來跑去,直到被吸到玻殼壁上。

玻璃燈泡壹旦充入氮氣,白熾燈絲周圍就會形成壹層薄而穩定的氣體保護層,就像壹個活的“柵欄”。每壹個氮分子都是勇敢的戰士,守護在鎢絲附近,對那些企圖脫離集體,四處亂竄的鎢分子粗暴無禮,暴力頂撞,叫他們回到自己的工作崗位,繼續為光明服務。這樣鎢絲的蒸發速度就慢了很多。

結果就是壹個充滿氮氣的白熾燈泡。

1913年,朗繆爾首次在玻璃燈泡中充入氮氣,這是白熾燈在燈絲由碳絲改為鎢絲後的又壹重大創新。迄今為止,充氣仍是抑制鎢絲蒸發的基本措施。

但需要註意的是,氧氣或水蒸氣在工作時會與鎢絲發生反應,所以對充氣的含氧量和含水量有非常嚴格的要求,否則燈泡的壽命會大大縮短。

充氣減緩了鎢絲的蒸發速度,在相同的使用壽命下,燈絲可以在更高的溫度下工作,因此充氣燈泡的發光效率高於真空燈泡。壹般來說,充氣燈泡的發光效率比真空燈泡高1/3以上。

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