工作原理

電燈是將電能轉(zhuǎn)化為光能，以提供照明的設(shè)備，出現(xiàn)于第二次工業(yè)革命，其工作原理是：

電流通過燈絲（鎢絲，熔點達(dá)3000℃以上）時產(chǎn)生熱量，螺旋狀的燈絲不斷將熱量聚集，使得燈絲的溫度達(dá)2000℃以上，燈絲在處于白熾狀態(tài)時，就像燒紅了的鐵能發(fā)光一樣而發(fā)出光來。燈絲的溫度越高，發(fā)出的光就越亮。故稱之為白熾燈，從能量的轉(zhuǎn)換角度看，電燈發(fā)光時，大量的電能將轉(zhuǎn)化為熱能，只有極少一部分可以轉(zhuǎn)化為有用的光能。電燈發(fā)出的光是全色光，但各種色光的成份比例是由發(fā)光物質(zhì)（鎢）以及溫度決定的。比例不平衡就導(dǎo)致了光的顏色的偏色，所以在白熾燈下物體的顏色不夠真實。

發(fā)明歷史

最早實用的電燈是白熾燈，但早在白熾燈誕生之前，英國人漢弗萊·戴維用2000節(jié)電池和兩根炭棒制成了弧光燈，但這種弧光燈亮度太強(qiáng)產(chǎn)熱太多又不耐用，一般場所根本無法使用。

1854年，移民美國的德國鐘表匠亨利·戈貝爾用一根放在真空玻璃瓶里的碳化竹絲，制成了首個有實際效用的電燈，持續(xù)亮了400個小時，不過他并沒及時申請專利。1860年，英國人約瑟夫·斯旺也制成了碳絲電燈，但他未能獲得使碳絲保持長時間工作的良好真空環(huán)境。直到1878年，英國的真空技術(shù)發(fā)展到合乎需要的程度，他才發(fā)明真空下用碳絲通電的燈泡，并且獲得英國專利。斯旺自己的屋子是英國用電照明的第一所私人住宅。

1874年，加拿大的兩名電氣技師申請了一項電燈專利：在玻璃泡之下充入氮氣，以通電的碳桿發(fā)光，但他們沒有足夠財力繼續(xù)完善這項發(fā)明，于是在1875年把專利賣給了愛迪生。愛迪生購入專利后嘗試改良燈絲，終于在1880年制造出能持續(xù)亮1200個小時的碳化竹絲燈。

不過，美國專利局判愛迪生的碳絲白熾燈發(fā)明落于人后，專利無效。打了多年的官司后，亨利·戈培爾贏得專利，最后愛迪生從戈培爾貧困的遺孀手上買下專利。在英國，斯旺控告愛迪生侵犯專利，后來他們在法庭之外和解，于1883年在英國建立一家聯(lián)合公司。斯旺后來把他的股權(quán)及專利都賣給了愛迪生。

20世紀(jì)初，碳化燈絲被鎢絲取代，鎢絲白熾燈沿用至今。

1938年，熒光燈誕生。1998年白光LED燈誕生。

效能比較

大部分電燈會把消耗能量中的90%轉(zhuǎn)化成無用的熱能，只少于10%的能量會成為光。相比之下，熒光燈（Fluorescent lamp，亦稱光管） 的效率高很多，接近40%，所產(chǎn)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(diào)節(jié)的商場、大樓都會使用螢光燈照明以節(jié)省電力。小型的螢光燈（節(jié)能燈泡）把螢光燈及啟動電子結(jié)合，使用標(biāo)準(zhǔn)電燈泡的接口，用以替代普通白熾燈泡。例如一個26瓦的節(jié)能燈泡，發(fā)出的亮度為11瓦，熱量為15瓦。比發(fā)出相同亮度11瓦的白熾燈泡耗電多四倍，達(dá)100瓦；放出熱量多六倍，達(dá)90瓦。

很多家居內(nèi)的電燈仍然是以普通電燈為主。鹵素?zé)襞轁u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(jīng)常會使用鹵素?zé)襞?。良好的鹵素?zé)襞菘梢赃_(dá)到15%的效率。它是將電燈的普通玻璃換成更耐熱的石英玻璃（鹵素?zé)舻臏囟群芨?，?100度左右），并在燈泡中充入鹵族元素氣體（碘或溴），就是鹵素?zé)袅?。鹵素和鎢利用溫差在燈泡內(nèi)部進(jìn)行分解與合成的循環(huán)，以延長燈絲壽命。但是石英玻璃并不能像普通玻璃那樣隔離紫外光。所以，如果你長時間暴露在它的紫外光照射下，皮膚會變成古銅色。

白熾燈發(fā)黑原因

在電燈內(nèi)發(fā)亮的是鎢絲，鎢絲可以在很高的溫度下保持穩(wěn)定而不會融化，而是直接升華成氣體，等關(guān)燈后，溫度下降，鎢氣又重新凝華成固體覆在了燈泡內(nèi)壁上，因為鎢是黑色固體，所以白熾燈用久了以后，鎢在燈內(nèi)壁反復(fù)累積，燈泡就會變黑了。

電燈是有壽命的，一般發(fā)黑后，壽命也就不長了，黑色的燈泡會影響照明質(zhì)量，而且也不美觀，所以用時間太長發(fā)黑的燈泡不如盡快換掉，尤其是顯眼位置，需要良好照明的地方要盡早的換，以免燈泡突然壞掉而沒有備用燈泡，影響的正常的照明和生活，造成各種不便。

電燈的壽命跟燈絲的溫度有關(guān)，因為溫度越高，燈絲就越容易升華（鎢直接變成鎢氣），當(dāng)鎢絲升華到比較細(xì)瘦時，通電后就很容易燒斷，從而結(jié)束了燈的壽命。所以，電燈的功率（瓦數(shù)）越大，壽命就越短。

種類用途

照明電光源一般分為白熾燈、氣體放電燈和其他電光源三大類，在綠色照明工程中，可根據(jù)具體情況，選擇各種光源。

白熾燈

（Incandescent lamp）

普通白熾燈即一般常用的白熾燈泡

特點：廣泛被人使用的一種光源，它能散發(fā)出溫暖暈黃的光線，是我們大多數(shù)人所認(rèn)為的燈泡。它的價格便宜，顯色性好(Ra=100)、開燈即亮、可連續(xù)調(diào)光、結(jié)構(gòu)簡單。因此，鎢絲燈泡也具有多變的式樣以搭配不同的燈具。然而，鎢絲燈泡的壽命并不長久，光效低，也不省電，它還會發(fā)出不低的溫度，所以不可以距離紙張、紡織品或朔膠制品太近。

用途：居室、客廳、大堂、客房、商店、餐廳、走道、會議室、庭院。

運用方式：臺燈、頂燈、壁燈、床頭燈、走廊燈等。

鹵鎢燈

（tungsten halogen lamp）

填充氣體內(nèi)含有部分鹵族元素或鹵化物的充氣白熾燈。具有普通照明白熾燈的全部特點，光效和壽命比普通照明白熾燈提高一倍以上，且體積小。

用途：會議室、展覽展示廳、客廳、商業(yè)照明、影視舞臺、儀器儀表、汽車、飛機(jī)以及其它特殊照明。

氣體

(discharge lamp)

低氣壓放電燈( low pressure (vapor) discharge lamp) (1)熒光燈(fluorescent lamp)

熒光燈

（俗稱日光燈）

特點：光效高、壽命長、光色好。

熒光燈有直管型、環(huán)型、緊湊型等，是應(yīng)用范圍十分廣泛的節(jié)能照明光源。

用直管型熒光燈取代白熾燈，節(jié)電70~90%，壽命長5~10倍；

對直管型熒光燈進(jìn)行升級換代，節(jié)電15~50%；

用緊湊型熒光燈取代白熾燈，節(jié)電70~80%，壽命長5~10倍；

氣體放電燈

(high intensity discharge lamp-HID)

高強(qiáng)度氣體放電燈有：熒光高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈。

高壓汞燈

特點：壽命長、成本相對較低。

用途：道路照明、室內(nèi)外工業(yè)照明、商業(yè)照明。高壓鈉燈

特點：壽命長、光效高、透霧性強(qiáng)。

用途：道路照明、泛光照明、廣場照明、工業(yè)照明等。

鹵化物燈

特點：壽命長、光效高、顯色性好。

用途：工業(yè)照明、城市亮化工程照明、商業(yè)照明、體育場館照明以及道路照明等。陶瓷金鹵燈

特點：性能優(yōu)于一般金鹵燈。

用途：商場、櫥窗、重點展示及商業(yè)街道照明。

低壓鈉燈

特點：發(fā)光效率特高、壽命長、光通維持率高、透霧性強(qiáng)，但顯色性差。

用途：隧道、港口、碼頭、礦場等照明。

高頻無極燈

（electrodeless lamp）

特點：超長壽命（40000~80000小時）、節(jié)能、無電極、瞬間啟動和再啟動、無頻閃、顯色性好。

用途：公共建筑、商店、隧道、步行街、高桿路燈、保安和安全照明及其他室外照明。

鹵素?zé)襞?

鹵素?zé)簦℉alogen lamp），亦稱鎢鹵燈泡，是白熾燈的一種。原理是在燈泡內(nèi)注入碘或溴等鹵素氣體。在高溫下，蒸發(fā)的鎢絲與鹵素進(jìn)行化學(xué)作用，蒸發(fā)的鎢會重新凝固在鎢絲上，形成平衡的循環(huán)，避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素?zé)襞荼劝谉霟舾L壽。此外，鹵素?zé)襞菀嗄芤员纫话惆谉霟舾叩臏囟冗\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?zé)襞菪枰捎萌埸c更高的石英玻璃。而由于石英玻璃不能阻隔紫外線，故此鹵素?zé)襞萃ǔ６级枰硗馐褂米贤饩€濾鏡。鹵素?zé)襞萆系乃РＡ绻杏?，會造成玻璃上溫度不一，減低燈泡的壽命。因此換鹵素?zé)襞輹r要避免人手觸及燈泡的玻璃。

用途：汽車前燈，賓館/酒店大廳，展臺照明。

LED燈

發(fā)光原理

50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。

LED結(jié)構(gòu)

發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。

LED光源的特點

電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。

效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%

適用性：很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境

穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50%

響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級

對環(huán)境污染：無有害金屬汞

顏色：發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅黃綠籃橙多色發(fā)光。

價格：LED的價格比較昂貴，較之于白熾燈，一只LED的價格就可以與幾只白熾燈的價格相當(dāng)，而通常每組信號燈需由上300～500只二極管構(gòu)成。

LED顯示器

現(xiàn)代顯示屏使用LED做背光源的顯示技術(shù)。

無繩燈泡

美國麻省理工學(xué)院研究人員2007年6月10日進(jìn)行了“無繩燈泡”的實驗。由索爾賈?？祟I(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用兩個銅絲線圈充當(dāng)共振器，一個線圈與電源相連，作為發(fā)射器；另一個與臺燈相連，充當(dāng)接收器。結(jié)果，他們成功地把一盞距發(fā)射器2.13米開外的60瓦電燈點亮。而且試驗顯示“無線電能傳輸”技術(shù)對人類無害，因為電磁場只對能與之產(chǎn)生共振的物品有影響。

相關(guān)信息

中國的第一盞電燈

中國的第一盞電燈出現(xiàn)在清光緒五年四月初八(1879年5月28日),，當(dāng)時在上海公共租界工部局工作的電氣工程師英國人畢曉浦(J.D. Bishop)在境內(nèi)乍浦路一幢倉庫里，以10馬力(7.46千瓦)蒸汽機(jī)為動力，帶動自激式直流發(fā)電機(jī)發(fā)電，點燃碳極弧光燈，由此，宣告電燈在中國開始投入使用。

1882年英國人立德爾購買美國制造的發(fā)電設(shè)備，在南京路江西路北角(今華東電業(yè)管理局)創(chuàng)辦了中國第一家發(fā)電廠，并在外灘一帶串接15盞電燈。夜幕下，眩人眼目的弧光燈吸引了成百上千的市民翹首圍觀。

上世紀(jì)50年代，在鼓浪嶼上，每天晚上只要電燈暗了一下立馬又亮起來，人們就知道是8點整了。

人們可以使用充氮氣來延長燈泡的使用壽命。

發(fā)明項目

“重力電燈”依靠重力產(chǎn)生電力，其亮度相當(dāng)于一個12瓦的日光燈，且使用壽命長。

來自美國弗吉尼亞州的克雷·毛爾頓，在弗吉尼亞科技大學(xué)獲得了碩士學(xué)位。他的研究課題是一種使用發(fā)光二極管制成的燈具，這種燈具被命名為“格拉維亞”，它事實上是一個高度略大于4英尺(約1.21米)、由丙烯酸材料做成的柱體。這種燈具的發(fā)光原理是：燈具上的重物在緩緩落下時帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電能將給燈具通電并使其發(fā)光。

這種燈具的光通量為600至800流明(相當(dāng)于一個12瓦日光燈的亮度)，持續(xù)時間為4小時。要打開燈具，操作者只需將燈上的重物從底端移到頂部，將其放進(jìn)頂部的凹槽里。讓重物緩緩下降，只需幾秒鐘，這種發(fā)光二極管燈具即被點亮。

克雷·毛爾頓說，操作這種燈當(dāng)然要比按開關(guān)麻煩，但仍可接受，而且更顯有趣，這就好比給一款古典的鐘表上弦或悠然自得地沖上一杯可口的咖啡。毛爾頓估計，格拉維亞燈具的使用壽命可以達(dá)到200年以上。這種名為“格拉維亞”的燈具已經(jīng)申請并獲得了專利。

節(jié)電技巧

選用節(jié)能燈：日光燈比白熾燈節(jié)電。20瓦日光燈的亮度甚至賽過40瓦白熾燈(出來的更好的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品LED日光燈2瓦就可以替代40瓦的白熾燈。4瓦就完全可以替代20瓦的普通日光燈及20瓦的普通節(jié)能燈)。

充分利用反射與反光：如給燈配上合適的反射罩可進(jìn)步照度。利用室內(nèi)墻壁的反光加白色墻也可進(jìn)步照度20%左右。

常保持燈泡及燈罩的清潔，確保最高照明及燈光反射效果。

安裝高度要合適。如20瓦的日光燈，若裝1米高，照度是60勒克司；0.8米高是93.75勒克司。高度適當(dāng)放低就可減少瓦數(shù)，節(jié)約用電。(只有LED有部門商家可以做到若安裝2米高，照度是200勒克司左右；3米高大概有96200勒克司左右)所心說用LED照明燈產(chǎn)品來節(jié)能照明長短常有用的。