從白熾燈到LED,各類燈具都可以發(fā)光。這些燈具的發(fā)光原理各是什么?我們一起來揭開各類燈發(fā)光原理的面紗。
1、白熾燈
白熾燈通過鎢絲加熱,利用熱輻射發(fā)光的光源。從白熾燈的光譜上可以看出,從780nm的近紅外開始慢慢遞減直到紫色波長380nm左右。
普通的白熾燈是把燈絲放到玻璃殼內(nèi)再安裝一個(gè)燈頭的簡單構(gòu)造。有細(xì)鎢絲制成的單螺旋燈絲和雙螺旋燈絲兩種。把鎢絲做成螺旋狀主要是為了減少鎢絲的蒸發(fā),延長壽命。在玻璃殼內(nèi)充入的氣體是氣壓在不點(diǎn)亮?xí)r幾乎與點(diǎn)燈時(shí)氣壓相同的氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w,目的還是為了減少燈絲中鎢的蒸發(fā)。白熾燈的長期失效主要是鎢的蒸發(fā)所造成(玻璃殼發(fā)黑),為了克服這一問題,有了鹵素?zé)舻漠a(chǎn)生。
2、鹵素?zé)?/strong>
鹵素?zé)舻陌l(fā)光原理和白熾燈一樣,只是在填充氣體內(nèi)添加微量鹵素元素,是小型高效率的光源。為了克服高溫,玻璃材料也改成了石英玻璃或硬質(zhì)的高硅氧玻璃或鋁酸鹽玻璃。鹵素?zé)粢话銦襞菪?、功率大,光效也比普通白熾燈高,壽命長。在鹵素?zé)魞?nèi)有循環(huán)的化學(xué)反應(yīng),稱為“鎢鹵循環(huán)”。
加入鹵素后,蒸發(fā)出來的鎢原子在管壁附件與鹵素發(fā)生反應(yīng),形成鹵化鎢分子。這種鹵化鎢分子極易發(fā)生蒸發(fā),只要玻璃管壁的溫度升高到一定程度就不會(huì)附著在管壁上,將通過對流或擴(kuò)散到達(dá)溫度高的燈絲附件,分解為鎢和鹵素蒸氣。被分解的鎢原子在燈絲溫度較低的地方沉積,鹵蒸氣再于其他鎢原子發(fā)生重復(fù)反應(yīng)。為了使這種反應(yīng)能夠穩(wěn)定地發(fā)揮作用,玻璃管的溫度需要達(dá)到250°以上,這也是為什么需要用到石英玻璃的原因。通過鎢鹵循環(huán)就避免了管壁由于鎢的蒸發(fā)而發(fā)黑。
白熾燈為什么光效低?主要是由于輸入的功率和輸出的光之間的損失所造成的,參考下圖:
現(xiàn)在終于知道為什么白熾燈的光效只有10~20lm/W了。
3、熒光燈
熒光燈是一種陰級低壓汞蒸氣放電燈。利用放電產(chǎn)生的紫外線,通過熒光粉轉(zhuǎn)換成可見光的光源。于1938年被美國GE公司的Inman等人實(shí)用化。
燈絲是使用鎢絲雙螺旋或三螺旋,在燈絲表面涂有電子發(fā)射物質(zhì)(發(fā)射極)。玻璃管內(nèi)填充的是系統(tǒng)稀有氣體如氬,或氪、氖氣的混合氣體,還有汞齊。玻璃管內(nèi)壁涂有三基色熒光粉。發(fā)光原理為:電子鎮(zhèn)流器提供脈沖電壓使燈絲預(yù)熱及燈絲(陰極)上的電子發(fā)射材料激活,產(chǎn)生電子。電子與燈管內(nèi)部汞原子發(fā)生碰撞產(chǎn)生紫外光,紫外光通過涂在燈管管壁得熒光粉折射出可見光。
熒光燈在各種能力轉(zhuǎn)換過程也是有很多損失的,下面是熒光燈能量分布:
看圖就明白為什么熒光燈比白熾燈光效高了。
由于使用了三基色熒光粉,并且有紫外光成份,所以熒光燈的光譜有很多個(gè)細(xì)小的尖峰波形。
由于熒光燈種類多,使用了很多種熒光粉,其光譜會(huì)有很多種類,以上提供的只是普通的類型。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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