白熾

詞語釋義

某些物質由于處在高溫狀態(tài)下而自發(fā)光的現(xiàn)象，隨著溫度升高，物質發(fā)射的光頻率變高，當頻率進入可見波段時進入紅熱狀態(tài)，鐵紅熱大約需要600攝氏度。溫度繼續(xù)上升，物質的顏色隨著可見光譜由紅向藍移動，當顏色變?yōu)榱涟讜r，進入白熾狀態(tài)，鐵白熾大約需要1200攝氏度。

正常工作的白熾燈中的鎢絲就處于白熾狀態(tài)。

所發(fā)射的可見光為白熾光，它在可見區(qū)的光源稱白熾燈。

網(wǎng)絡用語，映射知識空白，達到炙手可熱的程度。

英文名:incandescent lamp

白熾燈的光效雖低，但光色和集光性能好，白熾燈將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。自1879年，美國的T.A.愛迪生制成了碳化纖維（即碳絲）白熾燈以來，經人們對燈絲材料、燈絲結構、充填氣體的不斷改進，白熾燈的發(fā)光效率也相應提高。1959年，美國在白熾燈的基礎上發(fā)展了體積和衰光極小的鹵鎢燈。白熾燈的發(fā)展趨勢主要是研制節(jié)能型燈泡。不同應用最廣泛的電光源。

節(jié)能燈與白熾燈發(fā)明過程

一般人認為電燈的發(fā)明者是發(fā)明大王愛迪生，實際上，這方面的試驗研究在愛迪生之前就已開始了。

在美國1845年的一份專利檔案中，辛辛那提的斯塔爾提出可以在真空泡內使用碳絲。英國的斯旺按照這種思路，用一條條碳化紙作燈絲，企圖使電流通過它來發(fā)光，但是，因當時抽真空的技術還很差，燈泡中的殘余空氣，使得燈絲很快燒斷。因此，這種燈的壽命相當短，僅有個把小時，不具有實用價值。1878年，真空泵的出現(xiàn)，使斯旺有條件再度開展對白熾燈的研究。1879年1月，他發(fā)明的白熾燈當眾試驗成功，并獲得好評。

1879年，愛迪生也開始投入對電燈的研究，他認為 ，延長白熾燈壽命的關鍵是提高燈泡的真空度和采用耗電少，發(fā)光強、且價格便宜耐熱材料作燈絲，愛迪生先后試用了1600多種耐熱材料，結果都不理想，1879年10月21日同，他采用在采用碳化棉線作燈絲，把它放入玻璃球內，再啟動氣機將球內抽成真空。結果，碳化棉燈絲發(fā)出的光明亮而穩(wěn)定，足足亮了10多個小時。就這樣，碳化棉絲白熾燈誕生了，愛迪生為此獲得了專利。

成功并未使愛迪生停步，他在繼續(xù)尋找比碳化棉更堅固耐用的耐熱材料。1880年，愛迪生又研制出碳化竹絲燈，使燈絲壽命大大提高，同年10月，愛迪生在新澤西州自行設廠，開始進行批量生產，這是世界最早的商品化白熾燈，英國的斯旺也于1881年在新堡郊外本威爾設廠。

白熾燈的發(fā)明，美國通常歸功于愛迪生，英國則歸功于斯旺。在英國，電燈發(fā)明百周年紀念于1978年10月舉行，而美國則于一年后的11月舉行。

兩位發(fā)明家的競爭十分激烈，專利糾紛幾乎不可避免，后來，兩人達成協(xié)議，合資組建了愛迪生──斯旺電燈公司，在英國生產白熾燈。

現(xiàn)代的鎢絲白熾燈到1908年才由美國發(fā)明家?guī)炖嬖囍瞥晒?。發(fā)光體是用金屬鎢拉制的燈絲，這種材料最可貴的特點是其熔點很高，即在高溫下仍能保持固態(tài)。事實上，一只點亮的白熾燈的燈絲溫度高達3000℃。正是由于熾熱的燈絲產生了光輻射，才使電燈發(fā)出了明亮的光芒。因為在高溫下一些鎢原子會蒸發(fā)成氣體，并在燈泡的玻璃表面上沉積，使燈泡變黑，所以白熾燈都被造成“大腹便便”的外型，這是為了使沉積下來的鎢原子能在一個比較大的表面上彌散開。否則的話，燈泡在很短的時間內就會被熏黑了。由于燈絲在不斷地被升華，所以會逐漸變細，直至最后斷開，這時一只燈泡的壽命也就結束了。

在所有用電的照明燈具中，白熾燈的效率是最低的，它所消耗的電能只有很小的部分，即12%－18%可轉化為光能，而其余部分都以熱能的形式散失了。至于照明時間，這種電燈的使用壽命通常不會超過1000小時。在這一點上，鹵素燈就比一般的白熾燈要長很多。鹵素燈的外形一般都是一個細小的石英玻璃管，和白熾燈相比，其特殊性就在于鎢絲可以“自我再生”。實際上，在這種燈的燈絲和玻璃外殼中充有一些鹵族元素，如碘和溴。當燈絲發(fā)熱時，鎢原子被蒸發(fā)向玻璃管壁方向移動。在它們接近玻璃管時，鎢蒸氣被“冷卻”到大約800℃并和鹵素原子結合在一起，形成鹵化鎢（碘化鎢、溴化鎢）。鹵化鎢向玻璃管中央移動，又落到被腐蝕的燈絲上。因為鹵化鎢很不穩(wěn)定，遇熱后就會分解成鹵素蒸氣和鎢，這樣鎢又在燈絲上沉積下來，彌補了被蒸發(fā)的部分。如此循環(huán)，燈絲的使用壽命就會延長很多。所以，鹵素燈的燈絲就可以做的相對較小，燈體也很小巧。鹵素燈一般用在需要光線集中照射的地方，比如用于寫字臺或居室局部的照明。

澳大利亞政府推出了一項逐步采用節(jié)能熒光照明設備，以減少溫室氣體排放的計劃，從2010年開始將禁止使用白熾燈泡。

這是世界上第一個打算淘汰白熾燈泡的計劃。為了節(jié)能，為了環(huán)保，白熾燈泡將要壽終正寢了。

據(jù)介紹，緊湊型熒光燈售價約是白熾燈泡的10倍，但壽命是后者的6倍，而且同等亮度的產品，熒光燈耗電量不足白熾燈泡的四分之一。隨著新產品的不斷出現(xiàn)，新型光源也不斷誕生，譬如LED發(fā)光二極管，是一種半導體固體發(fā)光器件，被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上；電光功率轉換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。

人類使用白熾燈泡已有128年的歷史了。提起白熾燈泡，人們必然會聯(lián)想起愛迪生。實際上早在愛迪生之前，英國電技工程師斯旺(j.Swan)從40年代末即開始進行電燈的研究。經過近30年的努力，斯旺最終找到了適于做燈絲的碳絲。1878年12月18日，斯旺試制成功了第一只白熾電泡。此后不久，他還在紐卡斯爾化學協(xié)會上展示過他的碳絲燈泡。而當他的有關白熾電燈的實驗報道在美國發(fā)表之后，也曾給愛迪生以直接的幫助。與愛迪生不同的是，斯旺在發(fā)明白熾電燈后，直到1880年才去申請專利；直到1881年才正式投產。而在燈泡投產之后，他未能像愛迪生那樣建立相應的發(fā)電站和輸電網(wǎng)。這樣就使得愛迪生后來居上，成了人們公認的白熾電燈的發(fā)明家。

在愛迪生研制白熾燈泡燈絲材料的過程中，曾試驗過棉線、木材的細條、稻草、紗紙、線、馬尼拉麻繩、馬鬃、釣魚線、麻栗、硬橡皮、栓木、藤條、玉蜀黍纖維，甚至人的胡須、頭發(fā)。

在1879年10月21日的傍晚，愛迪生和助手們成功地把炭精絲裝進了燈泡。一個德國籍的玻璃專家按照愛迪生的吩咐，把燈泡里的空氣抽到只剩下一個大氣壓的百萬分之一，封上了口，愛迪生接通電流，他們日夜盼望的情景終于出現(xiàn)：燈泡發(fā)出了金色的亮光。在連續(xù)使用了45個小時以后，這盞電燈的燈絲才被燒斷，這是人類第一盞有廣泛實用價值的電燈。后來人們就把10月21日定為電燈日。以后愛迪生還一直致力于白熾燈的改進，為了提高燈泡的質量，延長燈泡的壽命，愛迪生想盡一切辦法尋找適合制燈絲的材料。到1880年5月初，他試驗過的植物纖維材料共約6000種。在很長的一段時間里，愛迪生派遣了很多人前往世界各地尋找適合于制作燈絲的竹子。直至1908年的9年間，日本竹一直是供應碳絲的主要原料。

愛迪生發(fā)明的白熾燈泡為人類的文明做出了巨大的貢獻，但為了節(jié)能，為了環(huán)保，只能讓它退出歷史舞臺。

補充：白熾燈有一個其他大部分類型發(fā)光產品不具備的優(yōu)點，即適合頻繁啟動的場合。

白熾燈的詳細原理

普通的白熾燈，主要由玻殼、燈絲、導線、感柱、燈頭等組成。

玻殼做成圓球形，制作材料是耐熱玻璃，它把燈絲和空氣隔離，既能透光，又起保護作用。白熾燈工作的時候，玻殼的溫度最高可達100℃左右。

燈絲是用比頭發(fā)絲還細得多的鎢絲，做成螺旋形。看起來燈絲很短，其實把這種極細的螺旋形的鎢絲拉成一條直線，這條直線竟有1米多長。

兩條導線表面上很簡單，實際上由內導線、杜美絲和外導線三部分組成。內導線用來導電和固定燈絲，用銅絲或鍍鎳鐵絲制做；中間一段很短的紅色金屬絲叫杜美絲，要求它同玻璃密切結合而不漏氣；外導線是銅絲，任務就是連接燈頭用以通電。

一個喇叭形的玻璃零件就是感柱，它連著玻殼，起著固定金屬部件的作用。其中的排氣管用來把玻殼里的空氣抽走，然后將下端燒焊密封，燈就不漏氣了。

燈頭是連接燈座和接通電源的金屬件，用焊泥把它同玻殼粘結在一起。

這里特別需要講講燈絲，因為電燈正是要靠它來發(fā)光的。同炭絲一樣，白熾燈里的鎢絲也害怕空氣。如果玻殼里充滿空氣，那么通電以后，鎢絲溫度升高到2000℃以上，空氣就會對它毫不留情地發(fā)動襲擊，使它很快被燒斷，同時生成一種黃白色的三氧化鎢，附著在玻殼內壁和燈內部件上。

要是玻殼里殘留的空氣比較少，那么上面講的過程就會進行得慢一些，鎢跟空氣中的氧化合生成一薄層藍色的三氧化二鎢和氧化鎢的混合物。

這些都是空氣玩的把戲——空氣里的氧氣使高溫的鎢絲氧化了。所以鎢絲燈泡要抽成真空，把空氣統(tǒng)統(tǒng)清除出去。

有時怕抽氣機抽不干凈，還要在燈泡的感柱上涂一點紅磷。紅磷受熱會變成白磷，白磷很容易同氧氣反應，生成固態(tài)的五氧化二磷，把氧氣“吃掉”，這樣，玻殼里殘留的氧氣也被消除了。

但是，這樣做還沒有解決全部問題。白熾燈用久了玻殼會變黑，再過一段時間會燒斷。

長時間的高溫使鎢絲表面的鎢原子像水蒸汽一樣不斷地蒸發(fā)擴散，然后一層又一層地沉積到玻殼的內表面上，使玻殼慢慢黑化，越來越不透明。 確實，鎢絲比起炭絲來，在真空里的蒸發(fā)速度要慢得多。但是，當白熾燈點亮溫度升得很高的時候，鎢的蒸發(fā)仍然十分嚴重。

鎢的蒸發(fā)也使鎢絲越來越細，最后燒斷。

燈絲工作溫度越高，鎢的蒸發(fā)越快，白熾燈的使用壽命就越短。

減少燈絲在真空條件下減少蒸發(fā)和延長使用壽命

辦法只有降低溫度，降低燈絲溫度可以達到延年益壽的目的。鎢絲工作溫度高達2700℃時，燈泡點亮不到1個小時就熄滅；鎢絲工作溫度下降到1700℃，使用壽命可以延長到1000個小時以上。

可是，這并不是個好辦法。降低鎢絲的工作溫度，也就是降低它的白熾程度，會使白熾燈的發(fā)光效率降低，遠不如溫度高時那么明亮。

要想白熾燈更多地發(fā)光，就得提高燈絲的工作溫度；要想減少鎢絲的蒸發(fā)以延長燈的壽命，又得降低它的一體溫”。這是矛盾的。

我們的要求是既有高的發(fā)光效率，又能減少鎢絲蒸發(fā)。

人們注意到，當燈泡里充有空氣的時候，雖然燈絲很快會被氧化，但是鎢的蒸發(fā)卻變慢了。

原因其實很簡單：空氣是由多種成分組成的，使鎢氧化的只是占空氣總量1/5的氧氣；至于其余的大約占4/5的氮氣，它不僅沒有參與對鎢的破壞作用，相反地還干了好事——阻礙鎢分子的運動，降低鎢的蒸發(fā)速度。

人們于是給鎢絲找到了一位保衛(wèi)它的好朋友——氮氣。氮氣就在空氣里，而且占了空氣的大多數(shù)，真可謂“踏破鐵鞋無覓處，得來全不費工夫”。

過去我們?yōu)榱吮ＷC白熾燈延年益壽，不得不把玻殼中的空氣抽走，抽得越干凈越好，為了同樣的目的，我們卻要做相反的工作，即把氣體——當然是不會跟鎢發(fā)生化學反應的氣體充到玻殼里去。

如果燈泡里是真空的，那么當鎢絲接通電源，溫度升高后，鎢的分子就會“蠢蠢欲動”，大量地脫離燈絲，“如入無人之境”，到處亂跑，直到碰在玻殼壁上被吸著時為止。

玻殼里一旦充進了氮氣，白熾的燈絲周圍就會形成一薄層穩(wěn)定的氣體保護層，就像一道活的“籬笆”。每一個氮氣分子都是一名勇敢的戰(zhàn)士，守衛(wèi)在鎢絲的附近，對那些企圖脫離集體四處亂竄的鎢分子毫不客氣，狠狠地頂撞回去，叫它們重返工作崗位，繼續(xù)為光明服務。這樣一來，鎢絲的蒸發(fā)速度就慢得多了。

結果是出現(xiàn)了充氮氣的白熾燈泡。

1913年，蘭米爾首次往玻殼里充進氮氣，這是繼燈絲由炭絲改鎢絲后白熾燈的又一重要革新。充氣仍然是抑制鎢絲蒸發(fā)的基本措施。

不過，有一點要注意，因為氧氣或水蒸汽都會在鎢絲工作時跟它起氧化反應，所以對充氣的含氧量和含水量都有極嚴格的要求，不然的話，燈泡的壽命就會大大地縮短。

充氣使鎢絲的蒸發(fā)速度變慢，同樣的使用期限可以使燈絲在更高的溫度下工作，所以充氣燈泡的發(fā)光效率比真空燈泡要高。一般來說，充氣燈泡的發(fā)光效率要比真空燈泡高出1/3以上。

簡史　19世紀后半葉，人們開始試制用電流加熱真空中燈絲的白熾電燈泡。1879年，美國的T.A.愛迪生制成了碳化纖維（即碳絲）白熾燈，率先將電光源送入家庭。1907年，A.賈斯脫發(fā)明拉制鎢絲，制成鎢絲白熾燈。隨后不久，美國的I.朗繆爾發(fā)明螺旋鎢絲，并在玻殼內充入惰性氣體氮,以抑制鎢絲的蒸發(fā);1915年發(fā)展到充入氬氮混合氣。1912年，日本的三浦順一為使燈絲和氣體的接觸面盡量減小,將鎢絲從單螺旋發(fā)展成雙螺旋,發(fā)光效率有很大提高。1935年，法國的A.克洛德在燈泡內充入氪氣、氙氣，進一步提高了發(fā)光效率。1959年，美國在白熾燈的基礎上發(fā)展了體積和光衰極小的鹵鎢燈。白熾燈的發(fā)展史是提高燈泡發(fā)光效率的歷史。

白熾燈生產的效率也提高得很快。80年代，普通白熾燈高速生產線的產量已達8000只/小時,并已采用計算機進行質量控制。

節(jié)能燈與白熾燈結構

不同用途和要求的白熾燈，其結構和部件不盡相同。普通白熾燈泡（見圖普通白熾燈結構）的主要部件是玻殼和燈絲。

節(jié)能燈與白熾燈主要目標

· 推廣應用高效照明產品；

· 推進照明節(jié)電，實現(xiàn)照明節(jié)電10%的目標，預期到2010年照明節(jié)電累計1032億kW·h；

· 通過節(jié)電，減少溫室氣體排放，到2010年累計減排二氧化碳4130萬噸碳；

· 提高高效照明產品的質量和水平，擴大生產能力和出口量；

· 提高公眾節(jié)能環(huán)保意識，更清楚了解高效照明系統(tǒng)的好處。

節(jié)能燈與白熾燈措施

其措施之一是嚴格限制低光效的普通白熾燈應用：這已成為全世界各國節(jié)能減排的共同要求。

一般應使用熒光燈，主要是自鎮(zhèn)流熒光燈代替白熾燈；在一些開關頻繁、要求調光、有特殊裝飾要求的場所，以及商場重點照明等，宜選用鹵素燈。

限制白熾燈應用，當前重點是賓館和家庭兩類場所：對賓館主要靠設計師、裝飾工程師和建設單位共同努力，增強節(jié)能觀念和責任來解決；對家庭主要靠政府運用價格政策引導。

近日，由國家發(fā)展改革委、商務部、海關總署、國家工商總局、國家質檢總局、國務院機關事務管理局聯(lián)合主辦，中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈項目辦承辦的“告別白熾燈泡·點亮綠色生活”政府在行動主題宣傳活動在中國工程院舉行，來自政府部門、行業(yè)協(xié)會、研究機構、企業(yè)、媒體等100余名代表參加活動。國家發(fā)展改革委副主任解振華、聯(lián)合國駐華協(xié)調員兼聯(lián)合國開發(fā)計劃署駐華代表羅黛琳女士、國家工商總局副局長甘霖、國家質檢總局副局長孫大偉、國務院機關事務管理局副局長李寶榮出席活動并致辭，中國工程院院長周濟也出席了活動。

解振華在講話中指出，照明節(jié)電是世界各國推動節(jié)能減排、應對氣候變化的重要內容，國際上已有十幾個國家和地區(qū)發(fā)布了淘汰白熾燈路線圖以及推廣綠色照明的行動計劃。研究報告顯示，全球照明用電占到總用電量的19%，我國照明用電約占全社會用電量的13%，如果把我國在用的14億只白熾燈全部替換為節(jié)能燈，每年可實現(xiàn)節(jié)電480億度，相當于減少二氧化碳排放4800萬噸，節(jié)能減排潛力很大。2011年11月1日，國家發(fā)展改革委、商務部、海關總署、國家工商總局、國家質檢總局聯(lián)合發(fā)布《中國逐步淘汰白熾燈路線圖》，明確從2012年10月1日起，分階段逐步禁止進口和銷售普通照明白熾燈，這是為確保實現(xiàn)“十二五”節(jié)能減排目標任務、積極應對全球氣候變化的又一個積極舉措。他強調，我國是照明產品生產大國，為全球市場供應了30%以上的白熾燈和85%的節(jié)能燈。中國逐步淘汰白熾燈路線圖的發(fā)布實施，不僅將對中國照明電器行業(yè)轉型升級，全社會節(jié)能減排產生積極影響；也會為全球節(jié)約能源、減少溫室氣體排放做出重要貢獻；更重要的是通過一盞燈，將綠色低碳的理念傳遞到千家萬戶和每個人的心中。2100433B