白炽灯

2021年9月21日1591

托马斯·阿尔瓦·爱迪生(Thomas Alva Edison)在1879年发明了白炽灯泡,被称之为光明之父。他发明出的第一个灯泡虽然不是历史上的第一盏电灯,但爱迪生却是第一个发明并使用白炽灯泡的人。所以普遍地大家称他是“电灯的发明者”。白炽灯(Incandescent Lamp,Incandescent light bulb)是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

1.白炽灯的结构

白炽灯

“白炽灯”这个名词听起来虽然很专业,但其实它就是现代人生活中使用最频繁的电灯泡。一颗电灯泡的结构可以简单地分为3部分:灯头、灯芯,和玻璃泡壳。其中灯芯的构造是发光的重要条件。

白炽灯

白炽灯芯由3根导线丝闭合组成,分别是A钨丝、C导丝、G导丝。其中,A、G导丝皆为铜导丝且电阻比较小;而A钨丝的电阻稍微大一点。

当电流从H锡焊点进入,依次通过A、C、G,当电流到达电阻较大的钨丝处时开始发热,到达一定温度后,钨丝就会产生热辐射并发光。

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。

白炽灯丝: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。

白炽灯里的钨丝害怕空气。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。

导线: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。

感柱: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。

白炽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。

2.白炽灯的演变

最早,爱迪生发明的是碳丝灯(A的原材料为碳丝),用碳丝产生热辐射并发出光,而现代的白炽灯泡中使用的都是钨丝。同时为了保护钨丝,还将玻璃泡壳内抽了真空并充入氮气,这样做可以使灯泡的寿命更长一点。

白炽灯

这就是白炽灯的基本构造以及它的发光原理。

3.电暖炉为何发光

白炽灯

其实小伙伴们可以类比一下:在冬天大家都用过电暖炉,当电暖炉插上电之后,伴随着温度的升高它会发热发红,这种现象就是由于温度的升高而导致发光。当然,由于它的温度还没有达到几千度,所以发出来的光是红色的。

从物理能量学角度看,其实白炽灯的发光原理很简单,总共分为2个过程:首先电能转换成热能(热效应);接着热能转变成光能(热能不会全部转换为光能,会有一部分其它消耗)。

4.钨丝辐射曲线图

下面这张图是钨丝的辐射曲线图,从图中可知:钨丝热辐射的波长范围很广,但可见光部分占总辐射的比例却很小。

白炽灯

由于可见区域在500纳米左右,所以当钨丝产生热辐射时,我们看到的多数都是红光(具体原由,小伙伴们可以参考“可见光的光谱”)。

随着白炽灯工作温度的增加,钨丝的热辐射增加,可见光部分随之也增加。所以,当电暖炉的温度越来越高,我们人眼可见的红光也就愈来愈强烈。

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