概述
電燈泡(或稱電球、鎢絲燈),其準確技術名稱為白熾燈。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。
電燈是人造光源之一,是一種將電能轉化為光能的設備,用於指示或者照明。其中,用電流把常常以鎢製成的燈絲加熱到白熾狀態後用來發光的燈叫白熾燈。燈泡內填充了鹵素和惰性氣體的白熾燈稱為鹵素燈。
歷史
一般認為電燈是由美國人湯馬士·愛迪生所發明。但倘若認真的考據,另一美國人亨利·戈培爾(Heinrich Gö)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。1801年,英國化學家戴維將鉑絲通電發光。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竹絲,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,但是並沒有及時申請設計專利。
1850年,英國人約瑟夫·威爾森·斯旺(Joseph Wilson Swan)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氮氣,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伙人。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鎢代替碳作為燈絲。之後在1906年,通用電器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華。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,鎢絲亦升華得較快,於是造成鎢絲變細,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華。今天多數的電燈泡內都是注入氮、氬或氪氣。
現代的白熾燈一般壽命為1000小時左右。
形狀特點
為什麼它要呈梨形?這是因為電燈電亮後,燈泡里的鎢絲能達到2500℃左右的高溫,會使鎢絲表層蒸發出一部分鎢的微粒。燈泡做成梨形,燈泡內的惰性氣體對流時,鎢的微粒,大部分隨熱氣體被卷到上方,沉積在燈泡的頸部,這就能減輕對燈泡周圍和底部的影響,保持它的亮度。所以燈泡要做成梨形。
效能
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(Fluorescent lamp,亦稱光管)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。鹵素燈泡漸漸變得較為流行,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。在家居套用時需要特別防護,防止引起火災。
而至於戶外的街燈照明,以鈉燈(Sodium vapor lamp)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。高壓鈉燈色效率稍低,但顏色較為豐富。
經過數年的發展,則以發光二極體(LED)及高強度氣體放電燈(High Intensity Discharge HID)照明開始流行。前者的優點是非常長壽,現已用在交通燈、以及手電筒之上。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氙氣車頭燈(Xenon HID)、放映機使用的金屬鹵化物燈(Metal Halide),都是屬於HID。
燈泡壽命
許多類型的燈的預期壽命被定義為其中50%失敗的操作小時數,即燈的中值壽命。生產公差低至1%可能導致燈泡使用壽命的差異達到25%,所以一般來說,一些燈泡在額定壽命之前會失效,有些壽命將持續更長的時間。對於LED,燈的壽命被定義為50%的燈經歷70%的光輸出下降的操作時間。
某些類型的燈對開關周期也很敏感。浴室等頻繁開關的房間可能會比列印在箱子上的燈具壽命要短得多。緊湊型螢光燈對開關周期特別敏感。
除照明以外的用途
一個清晰的玻璃60瓦燈泡電燈可以用作熱源,例如在培養箱中,在快餐店如Easy-Bake烤箱中作為加熱燈。
鎢絲燈一直被用作電子電路中的快速熱敏電阻。受歡迎的用途包括:
正弦波振盪器的穩定;
保護高頻揚聲器的音箱(過量電流是太高了高音喇叭照射光而不是吹高音喇叭);
電話自動音量控制。
1.正弦波振盪器的穩定;
2.保護高頻揚聲器的音箱(過量電流是太高了高音喇叭照射光而不是吹高音喇叭);
3.電話自動音量控制。