電燈泡

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白熾燈泡,E27英语Edison screw螺旋型燈頭
白熾燈泡,B22英语Bayonet mount釘頭
愛迪生的電燈泡草圖

電燈泡,準確技術名稱為白熾燈(熾,注音ㄔˋ,拼音chì)[1],是一種透過通電,利用電阻把幼細絲線(現代通常為絲)加熱至白熾,用來發的燈。電燈泡外圍由玻璃製造,把燈絲保持在真空,或低壓的惰性氣體之下,作用是防止燈絲在高溫之下氧化

歷史[编辑]

早期電燈泡發展史[2]

一般人認為電燈是由美國湯馬士·愛迪生所發明。另一美國人亨利·戈培爾傳說比愛迪生早數十年已發明了相同原理和物料,而且可靠的電燈泡,而在愛迪生之前很多其他人亦對電燈的發明作出了不少貢獻。但根據一篇於2007年發表的研究結果,這傳說不足為信。[3]

1801年,英國化學家戴維絲通電發光。他亦在1810年發明了電燭,利用兩根碳棒之間的電弧照明。1854年亨利·戈培爾使用一根炭化的絲,放在真空的玻璃瓶下通電發光。他的發明今天看來是首個有實際效用的白熾燈。他當時試驗的燈泡已可維持400小時,但是並沒有即時申請設計專利

1850年,英國約瑟夫·威爾森·斯旺開始研究電燈。1878年,他以真空下用碳絲通電的燈泡得到英國的專利,並開始在英國建立公司,在各家庭安裝電燈。

1874年,加拿大的兩名電氣技師申請了一項電燈專利。他們在玻璃泡之下充入氣,以通電的碳桿發光。但是他們無足夠財力繼續發展這發明,於是在1875年把專利賣給愛迪生。

愛迪生購下專利後,嘗試改良使用的燈絲。1879年他改以碳絲造燈泡,成功維持13個小時。到了1880年,他造出的炭化竹絲燈泡曾成功在實驗室維持1200小時。但是在英國,斯旺控告愛迪生侵犯專利,並且獲得勝訴。愛迪生在英國的電燈公司被迫讓斯旺加入為合夥人。但後來斯旺把他的權益及專利都賣了給愛迪生。在美國,愛迪生的專利亦被挑戰。美國專利局曾判決他的發明已有前科,屬於無效。最後經過多年的官司,愛迪生才取得碳絲白熾燈的專利權。

愛迪生的最大發現是使用代替碳作為燈絲。之後在1906年,通用电气發明一種製造電燈鎢絲的方法。最終廉價製造鎢絲的方法得到解決,鎢絲電燈泡被使用至今。

電燈泡的最大問題是燈絲的升华。因為鎢絲上細微的電阻差別造成溫度不一,在電阻較大的地方,溫度升得較高,鎢絲亦升华得較快,於是造成鎢絲變细,電阻進一步增大的循環;最終令鎢絲燒斷。後來發現以惰性氣體代替真空可以減慢鎢絲的升华。今天多數的電燈泡內都是注入氣。

現代的白熾燈一般壽命為2,000小時左右。

效能[编辑]

大部分白熾燈會把消耗能量中的90%轉化成無用的熱能,只少於10%的能量會成為光。相比之下,螢光燈的效率高很多,接近40%,所產生的熱只是相同亮度的白熾燈的六分一。故此很多地方,特別是夏天需要空氣調節的商場、大樓都會使用螢光燈照明以節省電力。小型的螢光燈(節能燈泡)把螢光燈及啟動電子結合,使用標準電燈泡的接口,用以替代普通白熾燈泡。例如一個26瓦的節能燈泡,發出的亮度為11瓦,熱量為15瓦。發出相同亮度11瓦的白熾燈泡耗電多四倍,達100瓦;放出熱量多六倍,達90瓦。

很多家居內的電燈仍然是以普通白熾燈為主。鹵素燈泡近年亦變得較為流行,特別是光源需要集中的情況,例如家居的射燈,汽車車頭燈,經常會使用鹵素燈泡。良好的鹵素燈泡可以達到15%的效率。例如一個60瓦的鹵素燈泡,亮度可等同一個100瓦的普通燈泡。但是鹵素燈泡體積細小,運作時溫度非常高。在家居應用時需要特別防護,防止引起火災。

至於而戶外的街燈照明,以鈉燈最為常見。低壓鈉燈發出的是單調的橙色光線,但是它的效率卻非常高,比普通電燈泡高出約十五倍。高壓鈉燈效率稍低,但顏色較為豐富。

2000年代起,則以發光二極管高強度氣體放電燈照明開始發展流行。前者的優點是非常長壽,現已陸續地用於交通燈、手電筒、汽車上之剎車燈及指揮燈之上。後者其實是多種技術的統稱(鈉燈亦屬於HID)。很多最新汽車使用的氣車頭燈(Xenon HID)、放映機使用的金屬鹵化物燈(Metal Halide),都是屬於HID。

型式 光源效率
(LM/W)
平均壽命
(小時)
特性 使用範圍
普通燈泡
NORMAL INCANDESCENT LAMPS
8--20 1500-2000 安裝及使用容易,立即可以啟動,成本低 住宅之基本照明及裝飾性照明
反射燈泡
REFLECTOR LAMPS
8--25 1500-2000 反射燈泡可以做聚光投射 反射燈泡可用於重點照明
一般鹵素燈和特殊儀器用鹵素燈
HALOGEN LAMPS
12--35 4000-10000以上 體積小,亮度高,光色較白,安裝易,壽命較普通燈光超長,释出紫外线较多,部分甚至会超过太阳,需選用帶有紫外線濾鏡的產品。 商業空間之重點照明,

不易更換或高階產品

構造[编辑]

電燈泡構造圖
  1. 電燈泡外形輪廓。
  2. 低壓惰性氣體。
  3. 燈絲,鎢絲。
  4. 細金屬線(連接至燈頭尖端)
  5. 細金屬線(連接至銅片)
  6. 支撐金屬線
  7. 支撐棒
  8. 細金屬線
  9. 銅片
  10. 絕緣體
  11. 燈頭尖端

鹵素燈泡[编辑]

紫外線濾鏡下的鹵素燈泡

鹵素燈泡(Halogen lamp),亦稱鎢鹵燈泡,是白熾燈的一種。原理是在燈泡內注入鹵素氣體。在高溫下,蒸發的鎢絲與鹵素進行化學作用,蒸發的鎢會重新凝固在鎢絲上,形成平衡的循環,避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素燈泡比白熾燈更長壽。此外,鹵素燈泡亦能以比一般白熾燈更高的溫度運作,它們的亮度及效率亦更高。不過在這溫度下,普通玻璃可能會軟化。因此鹵素燈泡需要採用熔點更高的熔凝石英或硬的玻璃。而由於石英玻璃不能阻隔紫外線,故此鹵素燈泡通常都而需要另外使用紫外線濾鏡。

鹵素燈泡上的水晶玻璃如果有油,會造成玻璃上溫度不一,減低燈泡的壽命。因此換鹵素燈泡時要避免人手觸及燈泡的玻璃。如果手指摸到應以消毒酒精清潔。

淘汰[编辑]

由於白熾燈只有少於10%的能量會成為光,許多地方已經開始淘汰白熾燈泡,以下是時間表:

淘汰白熾燈面對的挑戰[编辑]

白熾燈(包含鹵素燈)的光譜是連續而且平均的,擁有極佳演色性的優點;而螢光燈、LED是離散光譜,演色性低,低演色性光源不但會讓人覺得顏色不好看、對於健康及視力也有害。傳統燈泡還有可調光、耐點滅及無汞的優點。目前的解決方案如下:

  1. 採用鹵素燈:用鹵素燈取代白熾燈大約能減少30%的電力、且鹵素燈演色性及色溫與白熾燈幾乎相同,代表光線品質足以全面取代白熾燈,因此國際大廠有推出接頭與白熾燈一樣的鹵素燈。只是鹵素燈壽命的延長比價格的增加少。
  2. 改進白熾燈泡:可以將紅外線反射回燈絲、以減少能耗,目前已推出的產品可以節省30%的能耗[7],研發中的產品則可以減少50%能耗;但這種燈泡的問題在無法降低整體成本。另外的方法則是利用雷射處理鎢絲,也可以節省相當能源[8]
  3. 以CCFL省電燈泡取代傳統使用螢光燈的省電燈泡,可以大幅減少汞使用量;LED燈泡則是無汞、但LED目前有演色性差、不耐熱的問題。
  4. 高演色性省電燈泡:若能提高傳統螢光燈/CCFL/LED燈泡的演色性,可以讓更多人願意淘汰白熾燈,但高演色性產品仍然不夠普及,而光線品質能完全取代白熾燈的螢光燈/CCFL/LED則在等待技術上的大突破。
  5. CCFL/LED:傳統省電燈泡並不耐點滅,對於需要經常點滅、又不嚴格要求演色性的場合,CCFL或LED技術的省電燈泡較為適合。
  6. 目前CCFL/螢光燈管/LED雖然可以調光、但大多不能使用傳統白熾燈的調光器、而且調光成本高。


演色性:光源除量以外亦有質的表現,光源的品質是由光源的色彩表現而定,也就是光源使物體呈現其本身色彩的能力。

光效比較[编辑]

種類 光效 (流明/瓦特)
白熾燈 16 lm/W
节能灯、省電燈泡、燈泡型螢光燈 · 螢光燈、日光燈管 60 lm/W
發光二極管照明(LED燈) 80 lm/W

其他[编辑]

  • 人们将出現在情侶之間的閒雜人等稱為「電燈泡」。说法有二,一是源於舊時真空的電燈泡,即「不通氣」;二是因为恋爱是隐私的事情,通常情侣谈恋爱是在夜间或较昏暗的地方进行,不喜欢有过于明亮的事物出现。
  • 漫畫常以電燈泡發光的小圖示,作為「發現了!」、「有靈感了!」的具體化。在即時通訊軟體Windows Live Messenger中,使用(I)代碼會自動出現燈泡的表情符號。
  • 有時人們也用電燈泡代稱禿頭人士。

参见[编辑]

参考文獻[编辑]

  1. ^ 熾,注音ㄔˋ,教育部重編國語辭典修訂本
  2. ^ Josephson, Matthew. Edison: a biography. McGraw Hill. 1959. 
  3. ^ Hans-Christian Rohde: Die Göbel-Legende – Der Kampf um die Erfindung der Glühlampe. Zu Klampen, Springe 2007, ISBN 978-3-86674-006-8
  4. ^ 白熾燈倒數計時 節能照明起飛 韓婷婷/台北/中央社 2011/11/26 15:33
  5. ^ 中国逐步淘汰白炽灯路线图 2011年第28号公告 发改委公告 -> 2011年
  6. ^ 當局擬立法淘汰鎢絲燈泡 香港政府新聞網
  7. ^ Halogená Energy Saver
  8. ^ Laser boosts light bulb efficiency