白
熾
燈
,俗名
?絲?
,是一種透過通電,利用
電阻
把幼細絲線(現代通常?
?
絲)加熱至
白熾
,用來發
光
的燈。白熾燈的燈泡外圍由
?璃
製造,把燈絲保持在
?空
,或低壓的
惰性氣體
(如
?素?
)之下,作用是防止燈絲在高溫之下
?化
。
白熾燈泡,
E27
螺旋型燈頭
白??泡的??的?描?子?微??像。
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?的電燈泡,而在愛迪生之前?多其他人亦對電燈的發明作出了不少貢獻。
[1]
1801年,英國化學家
戴維
將
?
絲通電發光。他亦在1810年發明了
電燭
,利用兩根?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
?空
的?璃?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?沒有?時申請設計
專利
。
[2]
1850年,
英國
人
約瑟夫·威爾森·斯旺
開始?究電燈。1878年,他以?空下用
?絲
通電的燈泡得到英國的專利,?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?氣技師(Henry Woodward、Matthew Evans)申請了一項電燈專利。他們在?璃泡之下充入
?
氣,以通電的?桿發光。但是他們無足?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?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,?且獲得勝訴。愛迪生在英國的電燈公司被迫讓斯旺加入?合?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?絲白熾燈的專利權。
匈牙利化學家
約斯特
(Sandor Just)?克羅埃西亞發明家
哈那曼
(Franjo Hanaman)發現比起?燈絲,使用?當作燈絲能?使燈泡更亮?且壽命更長,他們兩人在1904年獲得了匈牙利的專利(No. 34541),?且匈牙利的
通斯朗公司
開始在許多歐洲國家銷??絲燈泡。
1906年,
通用??
??明家
??山大·洛迪金
手中?得白???利,?始了白??的工?化生?。
[3]
?絲燈的最大問題是燈絲的升?。因??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,?絲亦升?得較快,於是造成?絲變?,電阻進一步增大的循環;最終令?絲燒斷。後來發現以惰性氣體代替?空可以減慢?絲的升?。今天多數的?絲燈內都是注入
?
、
?
或
?
氣。
現代的白熾燈一般壽命?2,000小時左右。
白熾燈構造圖
- 白熾燈外形輪廓。
- 低壓惰性氣體。
- 燈絲,?絲。
- 細金屬線(連接至燈頭尖端)
- 細金屬線(連接至銅片)
- 支?金屬線
- 支?棒
- 細金屬線
- 銅片
- ?緣體
- 燈頭尖端
紫外線濾鏡下的鹵素燈泡
鹵素燈泡
,亦稱
?鹵燈泡
,是白熾燈的一種。原理是在燈泡內注入
?
或
?
等
鹵素
氣體。在高溫下,蒸發的?絲與鹵素進行化學作用,蒸發的?會重新凝固在?絲上,形成平衡的循環,避免?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,?們的亮度及效率亦更高。不過在這溫度下,普通?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?璃。
鹵素燈泡上的水晶?璃如果有油,會造成?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?璃。如果手指摸到應以消毒酒精?潔。
200瓦白熾燈的燈芯
電燈的
燈芯
或
燈絲
指的是通過
電流
或
燃燒
時,發出
光芒
的
金屬
纖維,通常是用
?
來作?燈絲轉換電能?光能,和
?空管
元件轉換電能?熱能之用。而白熾燈是由
亞歷山大·洛地均
(Alexander Lodygin,於1874年)與
約瑟夫·威爾森·斯旺
(Joseph Wilson Swan,於1878年)所發展。
最早發展成功的燈芯是由來自
竹子
的
?
所製成,後來由?取代。
22?175?°C = 71?347?°F.
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?光。相比之下,
螢光燈
的效率高?多,接近40%,所?生的熱只是相同亮度的白熾燈的六分一。故此?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?動電子結合,使用標準電燈泡的
愛迪生螺旋
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?11瓦,熱量?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。
?多家居內的電燈仍然是以普通白熾燈?主。鹵素燈泡近年亦變得較?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。
由於白熾燈只有少於10%的能量會成?光。各光源的光效及使用開支比?如下:
燈泡性能與?支比?(美??价,相?于60瓦白??亮度)
|
白??
[4]
|
?素?
[5]
|
?能?
[6]
|
LED
[7]
|
?价
|
$0.41
|
$1.17
|
$0.99
|
$3.99
|
功率
(
瓦特
)
|
60
|
43
|
14
|
8.5
|
平均
光通
(
流明
)
|
860
|
750
|
775
[8]
|
800
|
光效
(流明/瓦特)
|
14.3
|
17.4
|
55.4
|
94.1
|
色?
(??文)
|
2700
|
2920
|
2700
|
2700
|
演色性
(CRI)
|
100
|
100
|
82
|
80
|
?命
(小?)
|
1,000
|
1,000
|
10,000
|
15,000
|
可用年?
(每天6小?)
|
0.46
|
0.46
|
4.6
|
6.8
|
20年??
(0.11
美元
/
KWh
)
|
$289
|
$207
|
$67
|
$41
|
20年??支
|
$307
|
$259
|
$70
|
$53
|
(按白??亮度比例折合)
|
$307
|
$297
|
$78
|
$57
|
基于每日六小?用量?算(20年共43,800小?)
|
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
|
8--20
|
1500-2000
|
安裝及使用容易,立?可以?動,成本低
|
住宅之基本照明及裝飾性照明
|
反射燈泡
Reflector
|
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
|
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,?出
紫外?
?多,部分甚至?超?
太?
,需選用帶有紫外線濾鏡的?品。
|
商業空間之重點照明,
不易更換或高階?品
|
許多地方已經開始淘汰白熾燈泡,以下是時間表:
至於戶外的街燈照明,以
?燈
最?常見。
低壓?燈
發出的是單調的
橙色
光線,但是?的效率?非常高,比?絲燈高出約十五倍。
高壓?燈
效率稍低,但?色較??富。
2000年代起,則以
發光二極管
及
高?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?車燈及指揮燈之上。後者其實是多種技術的統稱(?燈亦屬於HID)。?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。
傳統省電燈泡?不耐經常點滅及潮濕,對於需要經常點滅的場所,白熾燈及LED照明較?合適;對於潮濕的場所(例如:浴室、?所、陽台),白熾燈較省電燈泡及有防水防潮設計的LED燈更?適合。
白熾燈的光線不會閃?、這是因?交流電的電壓震?只會讓?絲的溫度有些微震?,但許多低價的LED?品及螢光燈,是採用低頻PWM的方式來調節亮度,螢光燈使用這種調光方式比較不傷眼,因?螢光燈有餘輝效應,但是沒有餘輝效應的LED燈使用低頻PWM調光就?傷眼。許多無法調整亮度的低價LED照明及低價螢光燈,內部電路過於簡陋、造成無法察覺但??烈的低頻閃?,也是?傷眼。
中間白熾燈的光?較下方的齊全。
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?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:
- 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。
- 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?品可以節省30%的能耗
[12]
,?發中的?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。?外的方法則是利用
雷射
處理?絲,也可以節省相當能源
[13]
。
- 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。
- 高演色性省電燈泡:若能提高傳統
螢光燈
的演色性,可以讓更多人願意淘汰白熾燈,但高演色性?品仍然不?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。
- CCFL/LED:傳統省電燈泡?不耐經常點滅,對於需要經常點滅、又不嚴格要求演色性的場合,CCFL、LED技術的省電燈泡較?適合。
- 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;若調光頻率不高、?傷眼。