灯泡是怎么做出来的?

电灯泡或电球,确切的学名是白炽灯,是一种通过通电,利用电阻发光,将幼丝(现代通常是钨丝)加热到白炽的灯。灯泡外围由玻璃制成,将灯丝保持在真空或低压惰性气体中,防止灯丝在高温下氧化。参见白炽灯。

历史

一般认为电灯是美国人托马斯·爱迪生发明的。但如果考证是认真的,另一位美国人亨利·戈培尔(Heinrich G?Bel)在爱迪生之前几十年就已经用同样的原理和材料发明了可靠的电灯泡,在爱迪生之前还有很多人对电灯的发明做出了很多贡献。1801年,英国化学家大卫使铂丝通电发光。他还在1810年发明了电蜡烛,用两根碳棒之间的电弧来照明。1854年,亨利·戈培尔用一根碳化的竹丝,放在真空玻璃瓶下,使其发光。今天,他的发明似乎是第一个具有实用价值的白炽灯。他当时测试的灯泡可以持续使用400个小时,但他并没有立即申请外观设计专利。

1850年,英国人约瑟夫·威尔逊·斯旺开始研究电灯。1878年,他获得了一项在真空下用碳丝供电的灯泡的英国专利,并开始在英国成立一家公司,在每家每户安装电灯。

1874年,加拿大两位电气技师申请了电灯专利。他们在玻璃灯泡中充入氮气,通电的碳棒使其发光。但是他们没有足够的资金继续开发这项发明,所以他们在1875把专利卖给了爱迪生。

爱迪生买下专利后,试图改进所用的灯丝。1879年,他换成碳丝做灯泡,成功持续了13小时。到1880,他的碳化竹丝灯泡已经在实验室成功维护了1200小时。但在英国,斯旺起诉爱迪生专利侵权,并胜诉。爱迪生在英国的电灯公司被迫让斯万成为合伙人。但是后来斯万把他的权利和专利卖给了爱迪生。在美国,爱迪生的专利也受到了挑战。美国专利局曾经裁定他的发明有犯罪记录,无效。最后,经过多年的诉讼,爱迪生获得了碳丝白炽灯的专利权。

爱迪生最伟大的发现是用钨代替碳做灯丝。后来在1906年,通用电气发明了电灯用钨丝的制造方法。最后解决了廉价制造钨丝的方法,钨丝灯泡一直沿用至今。

灯泡最大的问题是灯丝的升华。由于钨丝上的微小电阻差异,温度不同。电阻大的地方,温度升得更高,钨丝升华得更快,从而导致钨丝变细,电阻进一步增大。最后钨丝烧断。后来发现用惰性气体代替真空可以减缓钨丝的升华。今天,大多数灯泡都充有氮气、氩气或氪气。

现代白炽灯的寿命一般约为1,000小时。

功效

大部分白炽灯会将90%的消耗能量转化为无用的热能,只有不到10%变成光。相比之下,荧光灯(又称灯管)的效率要高得多,接近40%,产生的热量只有同等亮度白炽灯的六分之一。所以很多地方,尤其是商场,夏天需要空调的建筑,都会用荧光灯来省电。小型荧光灯(节能灯泡)将荧光灯与启动电子设备结合在一起,使用标准灯泡的接口来代替普通白炽灯泡。比如一个26瓦的节能灯泡,发出的亮度是11W,热量是15W。同样亮度11瓦的白炽灯泡,耗电多4倍,达到100瓦;它释放出六倍多的热量,达到90瓦。

很多家庭用灯还是以普通白炽灯为主。卤素灯泡近年来也越来越受欢迎,尤其是光源需要集中的时候,比如家里的射灯,汽车的大灯,经常会用到卤素灯泡。好的卤素灯泡可以达到15%的效率。比如60瓦的卤素灯泡,亮度和100瓦的普通灯泡一样。然而,卤素灯泡体积小,工作温度很高。在家里使用时,需要特别保护,以防火灾。

至于室外街道照明,钠蒸汽灯是最常见的。低压钠灯发出单调的橙色光,但效率很高,比普通灯泡高十五倍左右。高压钠灯色效率略低,但色彩更丰富。

随着近年来的发展,发光二极管(LED)和高强度放电灯(HID)照明已经变得流行。前者的优点是寿命长,已用于交通灯和手电筒。后者其实是很多技术的统称(钠灯也属于HID)。很多最新款汽车用的氙气大灯,投影仪用的金属卤化物灯都属于HID。