電燈的發(fā)展史

1、燈,身邊的事物,燈的發(fā)展史,前10號(hào),火開始了人類照明領(lǐng)域的第一次革命，而愛(ài)迪生發(fā)明的白熾燈被公認(rèn)為第二次照明領(lǐng)域的革命，而被稱之為L(zhǎng)ED的半導(dǎo)體照明，無(wú)疑將引領(lǐng)人類照明領(lǐng)域第三次革命。 中國(guó)有車胤囊螢夜讀的傳說(shuō)，螢火蟲的身體尾部有一個(gè)發(fā)光器，發(fā)光細(xì)胞中的主要物質(zhì)是蟲熒光素和熒光酶。蟲熒光素是產(chǎn)生光能的來(lái)源，熒光酶則是催化劑。蟲熒光素轉(zhuǎn)換能量的效率很高，其中只有約2%10%的能量浪費(fèi)在熱能上，其余能量都用來(lái)發(fā)光，因此螢火蟲的發(fā)光可以稱為一種“冷光”，物理學(xué)家認(rèn)為這是非常理想的燈光。 一直到1879年10月21日，在美國(guó)新澤西州的一間積滿灰塵的實(shí)驗(yàn)室里，愛(ài)迪生把很細(xì)的碳化纖維絲封在一個(gè)玻璃泡里面

2、，利用真空泵把玻璃泡里的空氣抽走，再穩(wěn)定地供給電壓，使燈絲變成一個(gè)很穩(wěn)定的明亮光源，電力照明的時(shí)代從此降臨。雖白熾燈泡后來(lái)經(jīng)過(guò)改良以適應(yīng)特殊需求，因此可再細(xì)分為普通用照明燈、高壓和低壓電燈、鹵素?zé)?、紅外線燈等種類。但是大致而言，白熾燈泡若要作為大型房間或大范圍的空間照明器材，還無(wú)法滿足人類的需求，但百余年來(lái)，電燈的發(fā)明一直在人類科學(xué)史上占有很重要的地位,熒光燈可以說(shuō)是室內(nèi)照明非常重要的發(fā)明，現(xiàn)在全世界的夜間室內(nèi)照明絕大多數(shù)都是采用熒光燈。熒光燈管比起傳統(tǒng)的燈泡來(lái)，具有使用壽命長(zhǎng)，發(fā)光效率較高，光照面積大，可調(diào)整成不同光色等幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。熒光燈的使用，滿足了人類絕大多數(shù)場(chǎng)合的需求，雖然各式各樣的電燈

3、仍陸續(xù)在開發(fā)中，然而截至20世紀(jì)為止，依舊無(wú)法發(fā)展出比日光燈更符合人類需求的發(fā)明。熒光燈雖然有許多的優(yōu)點(diǎn)，但最大的一個(gè)缺點(diǎn)就是熒光燈管非常消耗電力，絕大多數(shù)的電能都消耗在熱能上。此外，燈管中的汞存在污染環(huán)境的問(wèn)題，因此，尋求新的照明光源一直是科學(xué)家和企業(yè)界的任務(wù),在20世紀(jì)后期開始發(fā)展的發(fā)光二極管給未來(lái)照明帶來(lái)曙光。1996年，日本日亞化學(xué)公司在GaN藍(lán)光發(fā)光二極管的基礎(chǔ)上，開發(fā)出以藍(lán)光LED激發(fā)釔鋁石榴石熒光粉而產(chǎn)生黃色熒光，所產(chǎn)生的黃色熒光進(jìn)而與藍(lán)光混合產(chǎn)生白光(藍(lán)光LED配合YAG熒光粉)，開啟了LED邁入照明市場(chǎng)的序幕。 白光發(fā)光二極管的主要構(gòu)造包含底部的二極管，涂在二極管或燈罩上的熒

4、光粉，以及隔絕外界的燈罩。當(dāng)?shù)撞康亩O管(通常是半導(dǎo)體材料)接受電能的激發(fā)后，產(chǎn)生電子與電洞對(duì)，當(dāng)電子與電洞再結(jié)合的時(shí)候，二極管便發(fā)出第一發(fā)射光(紫外光或藍(lán)光)。這第一發(fā)射光可以被熒光粉吸收并轉(zhuǎn)換成第二發(fā)射光(可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍)，當(dāng)沒(méi)有被熒光粉吸收的第一發(fā)射光和熒光粉所發(fā)射出來(lái)的第二發(fā)射光混合以后，便得到白光,利用不同熒光粉的搭配，發(fā)光二極管也可如日光燈管般具有偏冷色系或暖色系的不同光色。此外，經(jīng)過(guò)多年的研究與發(fā)展，發(fā)現(xiàn)利用高效率的紫外光發(fā)光二極管作為發(fā)射光源，是未來(lái)白光發(fā)光二極管成為照明裝置的不二選擇。因此，如何發(fā)展高效率的紫外光發(fā)光二極管，以及適合于紫外光用的各色熒光粉，是現(xiàn)今大家所努力的目

5、標(biāo)。 隨著目前LED技術(shù)的進(jìn)步，白光LED的應(yīng)用也逐漸開展，包括指示燈、攜帶式手電筒、液晶屏幕背光板、汽車儀表及內(nèi)裝燈等。而業(yè)界更相信，未來(lái)10年內(nèi)，白光發(fā)光二極管將普遍應(yīng)用在照明上，成為21世紀(jì)人類照明的曙光,在電燈問(wèn)世以前，人們普遍使用的照明工具是煤油燈或煤氣燈。這種燈因燃燒煤油或煤 氣，因此，有濃烈的黑煙和刺鼻的臭味，并且要經(jīng)常添加燃料，擦洗燈罩，因而很不方便。 更嚴(yán)重的是，這種燈很容易引起火災(zāi)，釀成大禍。多少年來(lái)，很多科學(xué)家想盡辦法，想發(fā)明 一種既安全又方便的電燈。 19世紀(jì)初，英國(guó)一位化學(xué)家用2000節(jié)電池和兩根炭棒，制成世界上第一盞弧光 燈。但這種光線太強(qiáng)，只能安裝在街道或廣場(chǎng)上，

6、普通家庭無(wú)法使用。無(wú)數(shù)科學(xué)家為此絞盡 腦汁，想制造一種價(jià)廉物美、經(jīng)久耐用的家用電燈。 這一天終于來(lái)到了。1879年10月21日，一位美國(guó)發(fā)明家通過(guò)長(zhǎng)期的反復(fù)試驗(yàn)， 終于點(diǎn)燃了世界上第一盞有實(shí)用價(jià)值的電燈。從此，這位發(fā)明家的名字，就象他發(fā)明的電燈 一樣，走入了千家萬(wàn)戶。他，就是被后人贊譽(yù)為“發(fā)明大王”的愛(ài)迪生,燈泡,燈的首次使用已很難確切地考證了。不過(guò)，電燈的問(wèn)世卻有據(jù)可查。世界上第一盞犁口般大小的電燈由美國(guó)科學(xué)家托馬斯阿爾瓦托馬斯瓦愛(ài)迪生于1879年10月21日試制成功。 在研制過(guò)程中，托馬斯阿爾瓦托馬斯阿爾瓦愛(ài)迪生仔細(xì)分析了當(dāng)時(shí)的煤氣燈和弧光燈，他的主攻方向是尋找一種耐熱材料。由電流把它燒到

7、白熱化程度而發(fā)出熾熱的光卻又不至于斷裂或熔化。他偶然發(fā)現(xiàn)棉線在空氣中一下子燒成灰燼，而碳棉線放入處理過(guò)的玻璃球內(nèi)則發(fā)出了熾光。很遺憾，光亮只維持了幾分鐘就消失了。他錯(cuò)誤地放棄了這項(xiàng)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)而試用銫、鎳、鉑(白金)、鉑銥合金等1，600種不同的耐熱材料，收獲都甚微,托馬斯阿爾瓦托馬斯阿爾瓦愛(ài)迪生重新回到了碳的研究上。那年10月，他試驗(yàn)了一段長(zhǎng)20厘米、直徑為015厘米的碳棒，其耐熱力達(dá)到55小時(shí)，他又不斷改進(jìn)著碳化方法和抽氣處理。 1879年10月21日那天，他把1根直徑為0025厘米碳化了的棉線用作燈絲，發(fā)出的光度明亮、穩(wěn)定，它以4燭光的照明度，1小時(shí)、2小時(shí)足足亮了45個(gè)小時(shí)，經(jīng)過(guò)1年多的努

8、力，數(shù)千次的試驗(yàn)。人們盼望已久的電燈終于誕生了,同年11月，托馬斯阿爾瓦托馬斯阿爾瓦愛(ài)迪生改用碳化了的卡紙大大改進(jìn)電燈壽命后，生產(chǎn)商就迫不及待地把它投入生產(chǎn)。1880年除夕，3，000人走上紐約街頭觀賞這一新發(fā)明。成功并未使托馬斯阿爾瓦?a target=_blank href=/view/37912.htm斯瓦愛(ài)迪生停步。第二年，他制造出能連續(xù)亮上1，200個(gè)小時(shí)的毛竹絲燈。直到1904年，奧地利人發(fā)明了比毛竹絲燈強(qiáng)3倍的鎢絲燈，前者才被取代。鎢絲燈從1907年起一直沿用至今,節(jié)能燈是白熾燈的進(jìn)步,眾所周知,白熾燈是愛(ài)迪生的重要發(fā)明,這個(gè)重要的發(fā)明使人類從此告別了黑暗,迎來(lái)了光明.但是白熾燈

9、太耗電了,它大概只有不到十分之一的能量才變成了光能,其它都是熱能白白的被浪費(fèi)掉了.所以人們都在想辦法要用新的光源來(lái)替代白熾燈.節(jié)能燈就應(yīng)運(yùn)而生了.由于它相比而言便宜又好制作,所以就得到了大量的應(yīng)用,有逐步取代白熾燈的趨勢(shì),節(jié)能燈的兩極是普通的鎢絲.鎢絲通電發(fā)熱后,就能發(fā)射出電子.在燈管兩側(cè)加上比較高的電壓,形成電場(chǎng),這些電子就會(huì)在燈管里被加速,形成有一定速度和能量的電子流. 燈管是被抽成真空的，里面充有汞，就是我們稱為的水銀。在燈管通電發(fā)熱的情況下,這些水銀從液態(tài)蒸發(fā)就變成了氣態(tài).形成游離狀態(tài)的汞原子。電子流中的電子以一定速度打在汞原子上,使汞原子受到激發(fā),變成激發(fā)狀態(tài)的電離子.稱為發(fā)生了階躍

10、，激發(fā)狀態(tài)的汞過(guò)了很短的時(shí)間就自發(fā)地回落到原來(lái)的狀態(tài),同時(shí)釋放出紫外線光，紫外線光不能用來(lái)照明.于是我們?cè)跓艄艿膬?nèi)壁涂了一些熒光物質(zhì),在紫外線光的轟擊下,熒光物質(zhì)受到激發(fā)以后,就能發(fā)出比較自然的光線, 可用于我們照明,市面上較常見(jiàn)的節(jié)能燈管有一般的普通燈管及漸為主流的三基色燈管，和白熾燈泡相比都有省電的優(yōu)點(diǎn)。所不同的是普通燈管的顯色性偏低，而三基色的燈管則呈現(xiàn)出自然的陽(yáng)光色，并且在顯色性及光效率上都更勝過(guò)一般的普通燈管。從上面我們就可以知道，汞在節(jié)能燈管中是起中介作用的，沒(méi)有汞節(jié)能燈就不會(huì)發(fā)光。每支燈管里的汞是很少的。據(jù)查：一支管徑為36毫米的粗管徑熒光燈含汞量在2545毫克，一支管徑為26毫

11、米的細(xì)管徑熒光燈含汞量為20毫克，一支管徑為10毫米的緊湊型熒光燈含汞量為10毫克。汞在常溫下呈液態(tài)，是一種易流動(dòng)的銀白色液態(tài)金屬。汞在熒光燈管里作為氣體放電介質(zhì)而存在，不但提高了燈的光效，而且豐富了光源的種類。所以目前的節(jié)能燈光源都含有汞。由于汞的沸點(diǎn)很低,在常溫下即可蒸發(fā)，廢棄的熒光燈管破碎后，立即向周圍散發(fā)汞蒸氣，瞬時(shí)可使周圍空氣中的汞濃度達(dá)到每立方米1020毫克，國(guó)家規(guī)定的汞在空氣中的最高允許濃度為每立方米0.01毫克。它還可以隨著空氣而流動(dòng).一旦進(jìn)入人體的汞超過(guò)某一閾值，就會(huì)破壞人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成對(duì)身體的極大危害。汞進(jìn)入人體后很難被排除。筆者工廠的工人有十多年沒(méi)有接觸汞了,但現(xiàn)在

12、檢查身體汞的含量仍然很高，而且隨時(shí)都還在打排汞針。所以筆者對(duì)節(jié)能燈有種本能的恐懼。其實(shí)含汞照明燈在使用過(guò)程中一般沒(méi)有什么污染，污染主要是報(bào)廢后電光源被隨意丟棄，破裂造成汞擴(kuò)散到空氣中，危害人體健康，污染環(huán)境。由于回收困難和回收價(jià)值太低，加之它還有許多的其它弊病，所以唯一的辦法就是淘汰它,燈的種類,一、白熾燈,1.普通白熾燈即一般常用的白熾燈泡 特點(diǎn)：顯色性好(Ra=100)、開燈即亮、可連續(xù)調(diào)光、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但壽命短、光效低。用途：居室、客廳、大堂、客房、商店、餐廳、走道、會(huì)議室、庭院。 運(yùn)用方式：臺(tái)燈、頂燈、壁燈、床頭燈、走廊燈,三、熒光燈（俗稱日光燈）特點(diǎn)：光效高、壽命長(zhǎng)、光色好。

13、 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7090%，壽命長(zhǎng)510倍； 對(duì)直管型熒光燈進(jìn)行升級(jí)換代，節(jié)電1550%； 用緊湊型熒光燈取代白熾燈，節(jié)電7080%，壽命長(zhǎng)510倍；(2)低壓鈉燈(low pressure sodium (vapor) lamp) 特點(diǎn)：發(fā)光效率特高、壽命長(zhǎng)、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(chǎng)等照明,四、高強(qiáng)度氣體放電燈(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。 (1)熒光高壓汞燈 特點(diǎn)：壽

14、命長(zhǎng)、成本相對(duì)較低。 用途：道路照明、室內(nèi)外工業(yè)照明、商業(yè)照明。 (2)高壓鈉燈 特點(diǎn)：壽命長(zhǎng)、光效高、透霧性強(qiáng)。 用途：道路照明、泛光照明、廣場(chǎng)照明、工業(yè)照明等。 (3)金屬鹵化物燈 特點(diǎn)：壽命長(zhǎng)、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(chǎng)館照明以及道路照明等。 (4)陶瓷金屬鹵化物燈 特點(diǎn)：性能優(yōu)于一般金鹵燈。 用途：商場(chǎng)、櫥窗、重點(diǎn)展示及商業(yè)街道照明,五、高頻無(wú)極燈（electrodeless lamp）特點(diǎn)：超長(zhǎng)壽命（4000080000小時(shí)）、節(jié)能、無(wú)電極、瞬間啟動(dòng)和再啟動(dòng)、無(wú)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

15、其他室外照明。 6.鹵素?zé)襞蓰u素?zé)襞荩℉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(huì)重新凝固在鎢絲 上，形成平衡的循環(huán)，避免鎢絲過(guò)早斷裂。因此鹵素?zé)襞荼劝谉霟舾L(zhǎng)壽。此外，鹵素?zé)襞菀嗄芤员纫话惆谉霟舾叩臏囟冗\(yùn)作，它們的亮度及效率亦更高。不過(guò)在 這溫度下，普通玻璃可能會(huì)軟化。因此鹵素?zé)襞菪枰捎萌埸c(diǎn)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?，?huì)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(shí)要避免人手觸及燈泡的玻璃,中

16、國(guó)的電燈,中國(guó)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(shí)上海公共租界工部局電氣工程師畢曉浦(J.D.Bishop)在乍浦路一幢倉(cāng)庫(kù)里，以10馬力(7.46千瓦)蒸汽機(jī)為動(dòng)力，帶動(dòng)自激式直流發(fā)電機(jī)發(fā)電，點(diǎn)燃碳極弧光燈，全國(guó)第一盞電燈問(wèn)世,光緒八年（1882年），英國(guó)人立德爾(R.W.Little)招股成立上海電氣公司(亦稱上海電光公司)，在大馬路31號(hào)A(今南京東路190號(hào))創(chuàng)辦上海第一座發(fā)電廠。同時(shí)，在電廠的轉(zhuǎn)角圍墻內(nèi)豎起第一盞弧光燈桿，并沿外灘到虹口招商局碼頭立桿架線，串接15盞燈。清光緒八年六月十二日（1882年7月26日）下午7時(shí)，電廠開始供電，夜幕下，弧光燈一齊

17、發(fā)光，炫人眼目，吸引成百上千的人聚集圍觀。第二天，上海中外報(bào)紙都作了電燈發(fā)光的報(bào)道,這家電廠，在全國(guó)是第一家，比全球率先使用弧光燈的法國(guó)巴黎火車站電廠晚7年，比日本東京電燈公司早5年，標(biāo)志著中國(guó)電力工業(yè)從上海起步,隨后，上海的民族電力工業(yè)亦開始崛起。清光緒二十三年（1897年），清政府上海南市馬路工程善后局在十六鋪老太平碼頭創(chuàng)建供30盞路燈照明的南市電燈廠，于次年除夕（1898年1月21日）建成，并于當(dāng)晚試燈，上?？h令黃愛(ài)棠率官員親臨觀看。 清光緒三十二年（1906年），地方名紳李平書等集銀6萬(wàn)余兩，將經(jīng)營(yíng)困難的官辦南市電燈廠接歸商辦，改名上海內(nèi)地電燈公司，移廠于紫霞殿，翌年七月（1907年8月）建成發(fā)電，設(shè)備容量650千瓦。后逐步發(fā)展，到清宣統(tǒng)三年（1911年）供電燈數(shù)已增至7000余盞。清宣統(tǒng)三年九月初六（1911年10月27日），李平書奉兩江總督之命而創(chuàng)辦的閘北水電公司在廣肇山莊北首（今鐵路上海站）落成