灯泡发明应用

历史 一般认为电灯是由美国人汤马士·爱迪生所发明。但倘若认真的考据，另一美国人亨利·戈培尔（Heinrich Göbel）比爱迪生早数十年已发明了相同原理和物料，而且可靠的电灯泡，而在爱迪生之前很多其他人亦对电灯的发明作出了不少贡献。

1801年，英国化学家戴维将铂丝通电发光。他亦在1810年发明了电烛，利用两根碳棒之间的电弧照明。1854年亨利·戈培尔使用一根炭化的竹丝，放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时，但是并没有即时申请设计专利。 1850年，英国人约瑟夫·威尔森·斯旺（Joseph Wilson Swan）开始研究电灯。1878年，他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利，并开始在英国建立公司，在各家庭安装电灯。 

1874年，加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氮气，以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继续发展这发明，于是在1875年把专利卖给爱迪生。 爱迪生购下专利后，尝试改良使用的灯丝。1879年他改以碳丝造灯泡，成功维持13个小时。到了1880年，他造出的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。但是在英国，斯旺控告爱迪生侵犯专利，并且获得胜诉。爱迪生在英国的电灯公司被迫让斯旺加入为合伙人。但后来斯旺把他的权益及专利都卖了给爱迪生。在美国，爱迪生的专利亦被挑战。美国专利局曾判决他的发明已有前科，属于无效。最后经过多年的官司，爱迪生才取得碳丝白炽灯的专利权。之后在1906年，通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决，钨丝电灯泡被使用至今。 电灯泡的最大问题是灯丝的升华。因为钨丝上细微的电阻差别造成温度不一，在电阻较大的地方，温度升得较高，钨丝亦升华得较快，于是造成钨丝变细，电阻进一步增大的循环；最终令钨丝烧断。后来发现以惰性气体代替真空可以减慢钨丝的升华。

今天多数的电灯泡内都是注入氮、氩或氪气。 现代的白炽灯一般寿命为1,000小时左右。 效能 大部分白炽灯会把消耗能量中的90%转化成无用的热能，只少于10%的能量会成为光。相比之下，萤光灯（Fluorescent lamp,亦称光管）的效率高很多，接近40%，所产生的热只是相同亮度的白炽灯的六分一。故此很多地方，特别是夏天需要空气调节的商场、大楼都会使用萤光灯照明以节省电力。小型的萤光灯（节能灯泡）把萤光灯及启动电子结合，使用标准电灯泡的接口，用以替代普通白炽灯泡。

例如一个26瓦的节能灯泡，发出的亮度为11瓦，热量为15瓦。发出相同亮度11瓦的白炽灯泡耗电多四倍，达100瓦；放出热量多六倍，达90瓦。 很多家居内的电灯仍然是以普通白炽灯为主。卤素灯泡近年亦变得较为流行，特别是光源需要集中的情况，例如家居的射灯，汽车车头灯，经常会使用卤素灯泡。良好的卤素灯泡可以达到15%的效率。

例如一个60瓦的卤素灯泡，亮度可等同一个100瓦的普通灯泡。但是卤素灯泡体积细小，运作时温度非常高。在家居应用时需要特别防护，防止引起火灾。 至于而户外的街灯照明，以钠灯（Sodium vapor lamp）最为常见。低压钠灯发出的是单调的橙色光线，但是它的效率却非常高，比普通电灯泡高出约十五倍。高压钠灯色效率稍低，但颜色较为丰富。

最近数年的发展，则以发光二极管（LED）及高强度气体放电灯（High Intensity Discharge HID)照明开始流行。前者的优点是非常长寿，现已用在交通灯、以及手电筒之上。后者其实是多种技术的统称(钠灯亦属于HID)。很多最新汽车使用的氙气车头灯(Xenon HID)、放映机使用的金属卤化物灯（Metal Halide），都是属于HID。

其准确技术名称为白炽灯，是一种透过通电，利用电阻把幼细丝线(现代通常为钨丝)加热至白炽，用来发光的灯。电灯泡外围由玻璃制造，把灯丝保持在真空，或低压的惰性气体之下，作用是防止灯丝在高温之下氧化。参照白炽灯。 一般认为电灯是由美国人汤马士·爱迪生所发明。但倘若认真的考据，另一美国人亨利·戈培尔(Heinrich Göbel)比爱迪生早数十年已发明了相同原理和物料。1801年，英国化学家戴维将铂丝通电发光。他亦在1810年发明了电烛，利用两根碳棒之间的电弧照明。1854年亨利·戈培尔使用一根炭化的竹丝，放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明在今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已经可维持400小时，但是并没有即时申请设计专利。

灯泡主要由灯丝、玻璃壳体、灯头等几部分组成。灯泡中的金属材料都是导体，而玻璃壳体，灯头的塑料部分是绝缘体。

灯泡的制作流程 标清灯泡是根据电流的热效应原理制成的。灯泡接上额定的电压后，电流通过灯丝而被加热到白炽状态(2000C以上)，因而发热发光.从而在工作时，将电能转化为内能和光能。

而光是能量的一种形式是由原子释放出来的。它是由许多微小类似粒子的小团组成的，这些类似粒子的东西有能量和动量但没有质量。这些粒子叫做可见光子，是光的最基本单位。当电子受到激发的时候原子就会释放出可见光子。如果你已经知道原子是如何工作的话，那你也就知道电子是围着原子核走来走去的负极电荷粒子。原子的电子有着不同等级的能量，主要取决几个因素，包括它们的速度和离原子核的距离。电子不同的能量等级占有不同的轨函数和轨道。通常来说，有着大能量的电子就会离原子核更远当原子得到或失去能量的时候，是以电子移动表示变化。当有某些东西将能量传到原子的时候---以热量为例子-电子可以暂时被推进到一个更高的轨道(远离原子核)。电子只是在这一轨道位置停留极短时间:几乎马上就被退回到原子核，到达它的原始轨道上。这时电子就以光子的形式放出额外的能量。发光的波长取决于有多少能量被释放出来，这也就取决于电子所在的轨道位置。因此，不同类的原子就会释放出不同类的可见光子。换句话说就是光的颜色是由受激发的原子种类决定。

灯泡的结构非常简单。在它的底部有两个金属接触点，是用来连接电的。金属接触点有两条接触到一个薄金属灯丝的线。灯丝坐落在灯泡的中央，由一个玻璃支撑住的。线和灯丝都包在充满惰性气体的玻璃灯泡的里面，通常都是氩惰性气体当灯泡连上电源的时候，电流就会从其 中一个接触点流到另一个接触点然后再流到线和灯丝。实心导体线电流中的大量自由电子从负极带电区移动到正极带电区。在振动原子的跳跃电子可能暂时被推到一个更高的能量位置。当它们落回原始正常位置时候，电子就会以光子形式释放出额外能量。金属原子释放大部分的红外线可见光子，人们的眼睛是可以看见的。但如果它们被加热到大约4000华氏温度的时候灯泡就会发出大量的可见光。几乎在所有的白炽灯泡都用到钨，因为它是最理想的灯丝材料。金属必须要加热到极高的温度才会发出有用可见光。实际上大多数金属在达到这个温度之前都会熔化了，而钨丝却有着不寻常的高熔化温度。但钨丝在这么高的温度时会起火，如果在条件允许下，两种化学物之间就会产生反应而引起燃烧，灯泡里的灯丝是由一个密封，无氧空间覆盖来防止燃烧。把灯泡里的空气都吸出来创造一个接近真空的状态--就是说里面没有任何物质。由于几乎没有任何气体特物质在里面，所以物质就不会燃烧。这个方法存在一个问题就是钨原子蒸发作用。在这么高的温度里，在一个真空灯泡里，自由钨原子以直线射出。随着越来越多的原子蒸发，灯丝就开始衰变并且玻璃开始变黑。这大大减少了灯泡的寿命。

在现代灯泡里使用了惰性气体通常是氩气，这大大减少了钨的这种损失。 当一个钨原子蒸发，它就会和一个氩原子碰撞并且由于惰性气体通常都不和其它元素反应，所以就没有了燃烧反应。便宜和容易使用，灯泡已经证明了一个巨大成功。灯泡仍然是室内最受欢迎的照明选择。但它最终还是会让位给更先进的技术，因为不够节能。白炽灯泡所发出的大多数能量都是带热红外线可见光子方式发出--产生的光大约只有10%是可见光谱。这浪费了很多电力。暖光源，比如荧光灯和LED灯，它们并不浪费大理能量产生热并且发出大部分可见光。因此，它们会慢慢地取代灯泡。

灯泡最常见的功能是照明。伴随社会的发展，对灯泡的利用也起着不同的变化，最初可能是为了生产生活提供便利，但随着社会的进步，在灯泡的使用上也有了明显的变化，开始有了"汽车、美化环境、装饰"等等不同用途的功能性用灯。

广泛被人使用的一种光源，它能散发出温暖晕黄的光线，是我们大多数人所认为的灯泡。它的价格便宜，因此，钨丝灯泡也具有多变的式样以搭配不同的灯具。然而，钨丝灯泡的寿命并不长久，也不省电，它还会发出不低的温度，所以不可以距离纸张、纺织品或朔胶制品太近。

W91型钨丝适用于制造长丝，抗冲击长丝和其他高温电阻装置。

W71型钨丝适用于制造车灯灯丝和其他防震装置。

W61型钨丝适用于制造螺旋线圈灯丝。

W31型钨丝适用于制作白炽灯等的螺旋形灯丝.

W41型钨丝适用于制造滞留钨丝，钨加热元件。

W42型钨丝适用于制造滞留钨丝，钨加热元件和其他没有特殊温度要求的设备。

W11型钨丝适用于制造电极和铅。

泡的寿命比一般的钨丝灯泡来得长久，不过售价也比较昂贵。钨丝卤素灯所产生的光线索也比普通的钨丝灯泡要白得更贴近自然光。

卤素灯有两种样式:高伏特数型，它通常只用于朝天灯上;另一种是低伏特数型，多用于向下照明的投射灯。两种灯泡都可以调整光线。

可调整光线强度的卤素朝天灯对一般家庭而言显得特实用，因为这些灯具造型流畅，光线向上投射至天花板或墙面后再反射下来，照明效果柔和。卤至少灯泡较小而且也较为省电，所以经常被使用于聚光灯，成向上或向下投射光线的灯具。

卤素灯的一个最主要的优点是:最大的光线能量竟可以从小若针头的灯丝中散发出来。因此，灯具的造型可以变得非常流畅、迷你，节省出更多的空间。

因为它很省电，所以卤素灯泡被广泛运用在商店的照明设备中--你可以从那些微小闪烁的灯泡中辨视出它们。

它所散发来的光线比钨丝灯泡来得冷、粗糙而带青色，但是灯管却非常省电，也很耐用，因此是人们经济实惠的选择。它们在当前也有了许多改良，可造用于较小的灯具中。此外，这些改良后的灯管所产生的光线也比旧型的温暖，所以成为厨房与工作室的最佳选择。但总括来说，这种灯管对于家中气氛的营造是有帮助的。

这是当前研发制造出来的光源，不但售价便宜，而且也不会破坏屋里的色调。它最常被使用于花园这种需要高亮度的地方。因为内含钠的成分，会散发出淡橘色的光芒。如今，最广泛使用金属卤素灯的地方便是街灯，其省电的优点是最主要的考虑因素。但是也渐渐有人将它们运用在室内的照明中。

LED将是继爱迪生发明电灯泡以来重新将开始巨大的光革命。

LED灯泡当前现状LED照明灯主要还是以大功率白光LED单灯为主，当前世界前三的LED照明灯生产厂家 质保三年，大颗粒每瓦大于等于100流明，小颗粒每瓦大于等于110流明。光衰大颗粒小于3%每年，光衰小颗粒小于3%每年。

LED太阳能路灯，LED投光灯，LED吊顶灯，LED日光灯都已经可以批量生产了。例如10瓦的LED日光灯就可以替换40瓦的普通日光灯或者节能灯。

氙气灯，也叫HID气体放电式头灯。是用包裹在石英管内的高压氙气替代传统的钨丝，提供更高色温、更聚集的照明。

发光原理是在UV-cut抗紫外线水晶石英玻璃管内，以多种化学气体充填，其中大部份为氙气(Xenon)与碘化物等，然后再透过增压器(Ballast)将车上12伏特的直流电压瞬间增压至23000伏特的电压，经过高压震幅激发石英管内的氙气电子游离，在两电极之间产生光源，这就是所谓的气体放电。而由氙气所产生的白色超强电弧光，可提高光线色温值，类似白昼的太阳光芒，HID工作时所需的电流量仅为3.5A，亮度是传统卤素灯泡的三倍，使用寿命比传统卤素灯泡长10倍。

人们对灯泡的产品质量和光电参数一致性的要求越来越高，而钨丝性能的一致性又是保证灯泡性能的关键因素。

灯泡的保养方法主要有:

要注意先断电，并保证灯泡不受外界干扰，要美观、实用、牢固、安全。

灯泡发黑

在技术上虽已采取了阻碍钨在高温下升华的措施，但事实上钨还能在高温下升华，由固态直接变为气态。热的钨蒸气遇冷后又凝华为固态晶体附在灯的内表面上。所以灯泡会发黑变暗。另外，升华和凝华的结果使得灯丝变细，由公式R=ρ(电阻率)L/S(π r²) 可分析得到，半径r变小，灯丝电阻R变大，而灯两端的电压不变，P=U²/R ，所以灯的功率变小，亮度变暗。

灯的损坏

导体的电阻与导体的材料、截面积、长度和温度有关。一般金属材料的电阻都随温度的升高而增大，灯丝钨也具有同样的性质。开灯的瞬间，灯丝温度低，电阻小，所以灯丝易出现过热而熔断。工作一段时间后，灯丝温度升高，阻值附温度的升高而增大，灯的电流和功率接近额定值，因而难损坏。一只"220V、60W"的白炽灯由公式R=U²/P计算得到的热态电阻是807欧,而不工作的冷态电阻实测值是63欧。

紧凑，节能，高亮—爱普生公司创新研发的E-TORL灯泡

爱普生研发的既小又高效的E-TORL灯泡(E-TORL: Epson-Twin Optimize Reflection Lamp)，通过光线的高效聚集和投射有效地消除了光线的泄漏，并减少了光线的衍射。这个系统在椭圆形反射镜的基础上结合了一个非球面的透镜和一个半球形的镜面。这种设计使得灯泡体积很小，但光功率很高，从而大大提高了灯泡的使用寿命。

5000小时灯泡寿命，灯泡和过滤网的更换更加简便。

新技术的运用使灯泡寿命进一步延长

灯泡寿命增加从而降低了使用成本。

通常一只灯泡的使用寿命只有几年，但令人难以置信的是，美国加州利佛摩尔市消防队第6分局的一枚4瓦的小灯泡自1901年起点亮之后，迄今已连续使用了110年，并且依然在正常发光。在长达110年中，它只熄灭过22分钟，据悉，这枚110岁高龄的灯泡已经被吉尼斯世界纪录确认是"全球最长寿电灯泡"，而它的"长寿秘诀"目前仍是一个谜。