白炽灯的原理和结构

根据白炽灯现象原理工作的电光源称为白炽灯白炽灯。也就是说,灯的工作是由于灯丝的发光所引起的电流通过它,叫做白炽灯

白炽灯是如何工作的?

当物体变热时原子物体内部被热激发。如果物体不熔化,外层轨道的电子原子由于提供的能量而跳到更高的能量级别。在这些高能级上的电子并不稳定,它们会再次回落到低能级。当电子从高能级下降到低能级时,它们会以光子的形式释放额外的能量。然后这些光子以电磁辐射的形式从物体表面发射出来。

这种辐射会有不同的波长。有一部分波长在可见波长范围内,有相当一部分波长在红外范围内。波长在红外范围内的电磁波是热能,波长在可见光范围内的电磁波是光能。

白炽灯是指通过加热物体而产生可见光。一个白炽灯原理是一样的。最简单的用电光源是白炽灯。在这里,我们使用电流发光通过一细细的灯丝而产生可见光电流使灯丝的温度升高到发光的程度。

白炽灯的历史

人们通常认为托马斯·爱迪生是白炽灯的发明者,但实际的历史并非如此。在爱迪生之前,有许多科学家研究并设计了白炽灯的原型。其中一位是英国物理学家约瑟夫·威尔逊·斯旺。据记载,他获得了第一个白炽灯的专利。后来爱迪生和斯旺合并,生产了商业规模的白炽灯。

白炽灯的构造

灯丝在两个引线上附接。一个引线连接到脚触头,并且其它终止于灯泡的金属底座上。这两种引线穿过安装在灯泡的下部中间的玻璃支架。两个也连接到玻璃支撑件的支撑丝,用于在其中间部分支撑长丝。脚接触通过绝缘材料与金属基底隔离。整个系统由彩色或斑点涂层或透明玻璃灯泡封装。玻璃灯泡可以填充有惰性气体,或者根据白炽灯的额定值保持真空。

的灯丝白炽灯用合适的形状和大小的玻璃球密封排出。这种玻璃灯泡用于将灯丝与周围的空气隔离,以防止灯丝被氧化,并将灯丝周围的常规电流降至最低,从而保持灯丝温度较高。

玻璃灯泡要么保持真空状态,要么在低压下充满氩气和少量氮气等惰性气体。在灯具使用过程中,使用惰性气体以尽量减少灯丝的蒸发。但由于惰性气体在灯泡内对流流动,灯丝在运行过程中失去热量的机会更大。

再次强调,真空是一种很好的隔热材料,但它会加速灯丝在工作过程中的蒸发。在充满气体的白炽灯中,使用85%的氩气和15%的氮气。由于氪气体的分子量相当高,有时可以用氪来减少灯丝的蒸发。

但它的成本更高。在大气压力的80%左右,这些气体被填充到灯泡中。额定功率大于40w的灯泡内充气。但适用于小于40w的灯泡;没有使用煤气。

白炽灯的各个部分如下图所示。
白炽灯

白炽灯的灯丝

在现在的日子里,白炽灯可提供不同的额定功率,如25,40,60,75,100和200瓦等。灯泡有不同的形状,但基本上都是圆形的。制作白炽灯灯丝的材料主要有三种,分别是碳、钽和钨。以前用碳做灯丝材料,但现在用的最多的是钨。

碳丝的熔点在3500左右oC,该灯丝的工作温度在1800左右o因此蒸发的可能性就小得多。因为有碳丝,白炽灯不会因为灯丝的蒸发而变暗。在操作过程中,由于灯丝的蒸发,灯丝材料的分子沉积在玻璃球的内壁上,灯丝灯就会变暗。

这种暗变在灯的长寿命后变得突出。碳白炽灯的效率并不好,大约是每瓦4.5流明。钽被用作灯丝,但是它的效率很差,大约是2流明每瓦。这是因为钽很少被用作灯丝元件。

现在最广泛使用的灯丝材料是钨,因为它的发光效率高。当它在2000年运行时,它可以提供18流明每瓦o当它运行在2500流明/瓦时,这种效能可以达到30流明/瓦o高熔点是长丝材料的主要标准,因为它必须在非常高的温度下工作而不被蒸发。

虽然钨的熔点比碳稍差,但钨作为灯丝材料仍较好。这是因为工作温度高,使得钨的发光效率高。钨丝的机械强度相当高,可以承受机械振动。

白炽灯的使用寿命

无论制造技术如何,每一种白炽灯都有一些近似的寿命。这是由于灯丝的蒸发现象可以最小化,但不能完全避免。

由于灯丝的蒸发,玻璃灯泡在一段时间后变暗。由于灯丝的蒸发,灯丝变薄,使灯丝发光效率降低,最后灯丝断裂。由于灯丝是直接连接到供电线路上的,线路上的电压波动,影响灯泡的性能。

研究发现,白炽灯的光效与电源电压的平方成正比,同时,灯的寿命与13成反比th到14th电源电压。白炽灯的主要优点是足够便宜,非常适合小面积照明。但是这些灯并不节能,大约90%的输入电能都以热量的形式流失了。

市场上白炽灯泡的供应情况

市场上有各种形状和大小的灯泡,都很吸引人。PS30灯有梨形,T12灯泡是管状直径1.5英寸,R40灯泡是反射器灯泡外壳直径5英寸。根据可获得的瓦数,市面上常见的灯泡有25瓦、40瓦、60瓦、75瓦、100瓦、150瓦和200瓦等。我们可以根据下表得到有关的重要数据白炽灯
白炽灯

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