照明基础知识---白炽灯（热辐射光源）发展史&工作原理

Posted 2022-02-02 三明治开发社区

一、白炽灯

1）白炽灯的发展史

​ 说到白炽灯，几乎大家第一反应想到的就是发明家托马斯·阿尔瓦·爱迪生（Thomas Alva Edison)，准确的讲爱迪生发明的是第一只可商业化、可量产白炽灯泡。为什么这么说呢，是因为早在爱迪生之前的20世纪50年代，英国的工程师约瑟夫·斯旺（Swan.Sir Joseph Wilson）就开始了电灯的研究。他的设计想法为在真空灯泡中使用碳丝作为灯丝，通电使其白炽发光，并且试验成功于英国取得了专利，不过当时的白炽灯寿命依旧不够长。1979年美国发明家爱迪生也开始研究改良灯丝， 采用不同的材料反复进行试验后，最终他发现的使用碳化竹丝制作的灯使用寿命大大提升了。后来，爱迪生开始设厂进行批量生产白炽灯，为白炽灯的推广做出了巨大的贡献，所以说爱迪生发明的是第一只可商业化、可量产白炽灯泡。20世纪初匈牙利发明家约斯特和哈那曼发现比起碳灯丝，使用钨制作的灯丝能够使灯泡更亮并且寿命更长，随着技术的进步，低价制造钨丝的方法解决后，钨丝白炽灯一直被延用至今。在历史的那段进程里，除了上文提到的知名的爱迪生、斯旺外，世界各地有着很多发明家在研究试验着更好的灯丝、保护灯丝使其寿命更长的惰性气体，很多发明更像是一个集体成就 ，所以说历史的推动和创造者不是独立的英雄个人，而是千千万万顺应历史发展潮流的人民群众。

​ 2)白炽灯的工作原理及结构

​ 白炽灯属于电发光灯，其工作原理简单的讲就是电流通过碳、钨等材料的灯丝时会使材料温度升高，但在真空中灯丝的热量不会流失，灯丝的温度不断升高达到白炽状态，通过热辐射发出可见光，温度越高发光越亮。如下图所示，普通白炽灯主要由玻壳、灯丝、导丝、芯柱、灯头等组成，对于不同用途和要求的白炽灯，其结构和部件也有所差异。玻壳一般用耐热性能好的钠钙玻璃做成，大功率的白炽灯需要使用耐热性能更好的硼硅酸盐玻璃，有特殊用途的则会采用彩色玻璃。看似普普通通的玻壳，作用也是不容小觑的。玻壳不仅起到透光和防止使用者烫伤的作用，还可以将灯丝与外界的空气隔离，可以减少灯丝在高温情况下的氧化，延长灯丝的使用寿命。

​ 灯丝是白炽灯的发光体，一个好的白炽灯很大一部分取决于灯丝的发光效果。金属钨具有熔点高、高温下蒸发率低的优点，是迄今为止制作灯丝最合适的材料。但是随着白炽灯使用的时间越长，灯丝钨在高温下会逐渐蒸发，附着在灯泡玻璃壳的内壁，会吸收部分光通量，影响灯泡的照明效果。而且灯丝的蒸发率是不均匀的，灯丝越细的地方，灯丝阻值越大，该点的温度越高，蒸发率也越大，这是个恶行循环，灯丝变细后强度降低，最后灯丝断裂，导致白炽灯的使用寿命有限，也为日后白炽灯被淘汰埋下了伏笔。

​ 排气管的作用是先将灯泡内的空气通过芯柱内的排气管抽出，再往里充进需要的惰性气体，如氮（N）、氩（Ar）或氪气（Kr）。排气管在完成它的使命后会被密封，这样灯就不会漏气了。灯头主要有螺口和插口两种结构，家用的一般用螺口比较多。灯泡内部的两条导线由内导线、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。外导线是铜丝与灯头相连接。

3）白炽灯的优缺点及现状

​ 白炽灯的优点是光线柔和均匀，它是光色是最接近太阳光色的，色温通常在2700K至4000K之间，人眼比较容易接收。显色性好，可以比较好的还原物体的本色。缺点是使用寿命短，约为1000小时，电能转化为光能的转化效率约为3-10%，大部分都被转化为了热能。随着时代的发展，目前白炽灯在各个国家均已逐步在被禁止销售和使用，转而去使用更加绿色节能的照明产品。虽然白炽灯在渐渐退出历史的舞台 ，但是它作为人类历史上第一种电灯，依旧是19世纪最伟大的发明之一。