燈泡中的電學(xué)知識(shí)

1、任何導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，導(dǎo)體都會(huì)發(fā)熱，這任何導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，導(dǎo)體都會(huì)發(fā)熱，這是電流的熱效應(yīng)。白熾燈就是根據(jù)電流的熱效是電流的熱效應(yīng)。白熾燈就是根據(jù)電流的熱效應(yīng)原理來(lái)工作的。當(dāng)燈絲中通有電流時(shí)，電流應(yīng)原理來(lái)工作的。當(dāng)燈絲中通有電流時(shí)，電流做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，使燈絲溫度升做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，使燈絲溫度升高到白熾狀態(tài)（高到白熾狀態(tài)（20002000以上）而發(fā)光。以上）而發(fā)光。問(wèn)題：?jiǎn)栴}：白熾燈泡發(fā)光原理是什么？白熾燈泡發(fā)光原理是什么？某研究所為了研究燈絲溫度對(duì)白熾燈平均使用壽命的影響，做某研究所為了研究燈絲溫度對(duì)白熾燈平均使用壽命的影響，做了如下實(shí)驗(yàn)：保持燈泡內(nèi)惰性氣體的壓強(qiáng)為了

2、如下實(shí)驗(yàn)：保持燈泡內(nèi)惰性氣體的壓強(qiáng)為0.1個(gè)大氣壓、鎢絲粗個(gè)大氣壓、鎢絲粗細(xì)為細(xì)為250微米，通過(guò)改變鎢絲中電流的大小來(lái)改變燈絲的溫度，微米，通過(guò)改變鎢絲中電流的大小來(lái)改變燈絲的溫度，測(cè)得燈泡的平均使用壽命與燈絲溫度及電流間的關(guān)系如下表所示測(cè)得燈泡的平均使用壽命與燈絲溫度及電流間的關(guān)系如下表所示（1）分析實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可以預(yù)測(cè)：在與上述實(shí)驗(yàn)相同的條件）分析實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可以預(yù)測(cè)：在與上述實(shí)驗(yàn)相同的條件下，鎢絲溫度在下，鎢絲溫度在2200 時(shí)，其平均使用壽命應(yīng)最接近于（時(shí)，其平均使用壽命應(yīng)最接近于（ ）A. 50小時(shí)小時(shí)B. 500小時(shí)小時(shí)C. 8000小時(shí)小時(shí)D. 16000小時(shí)小時(shí)（2）簡(jiǎn)述你作

3、出上述預(yù)測(cè)的理由：）簡(jiǎn)述你作出上述預(yù)測(cè)的理由：燈絲溫度（燈絲溫度（）電流（電流（A）平均使用壽命（小時(shí)）平均使用壽命（小時(shí)）240024006.056.0580008000260026006.616.61377377280028007.487.4829.529.5300030008.348.343.43.4如果你是如果你是“愛(ài)迪生愛(ài)迪生”，現(xiàn)在要制，現(xiàn)在要制造一只白熾燈，你認(rèn)為要解決哪造一只白熾燈，你認(rèn)為要解決哪些困難？些困難？1.1.溫度問(wèn)題溫度問(wèn)題燈絲被繞成螺旋狀從而來(lái)減少散熱面積。2.2.熔點(diǎn)問(wèn)題熔點(diǎn)問(wèn)題由于白熾燈在正常發(fā)光時(shí)燈絲的溫度很高，因由于白熾燈在正常發(fā)光時(shí)燈絲的溫度很高，因此燈

4、絲材料的選擇是至關(guān)重要的。最終選用鎢此燈絲材料的選擇是至關(guān)重要的。最終選用鎢作為燈絲就是利用了它的熔點(diǎn)高。作為燈絲就是利用了它的熔點(diǎn)高。3.3.升華、氧化問(wèn)題升華、氧化問(wèn)題鎢是一種金屬元素，易氧化，且溫度越高，氧化越快，為防止鎢在高溫下的氧化，燈泡都抽成真空。另外，鎢還能產(chǎn)生升華和凝華現(xiàn)象。60瓦以上的燈泡充入惰性氣體，可阻礙在高溫下的升華。給白熾燈通電時(shí)，鎢絲在高溫下易發(fā)生給白熾燈通電時(shí)，鎢絲在高溫下易發(fā)生 現(xiàn)象，現(xiàn)象，燈泡內(nèi)的鎢蒸氣在關(guān)燈后會(huì)沉積在玻璃泡上，影響照燈泡內(nèi)的鎢蒸氣在關(guān)燈后會(huì)沉積在玻璃泡上，影響照明效果為此將燈泡設(shè)計(jì)成鴨梨形狀，讓鎢蒸氣上升明效果為此將燈泡設(shè)計(jì)成鴨梨形狀，讓鎢蒸

5、氣上升到梨形泡溫度較到梨形泡溫度較 的頸部發(fā)生的頸部發(fā)生 現(xiàn)象而沉積，現(xiàn)象而沉積，這樣可保持玻璃泡下部的潔凈，以達(dá)到最佳照明效這樣可保持玻璃泡下部的潔凈，以達(dá)到最佳照明效果那為什么白熾燈的外表面都是球形曲面呢？果那為什么白熾燈的外表面都是球形曲面呢？開(kāi)動(dòng)腦筋，排難去疑開(kāi)動(dòng)腦筋，排難去疑1.1.怎樣讓一只燈泡亮起來(lái)？怎樣讓一只燈泡亮起來(lái)？某同學(xué)做某同學(xué)做“測(cè)定一個(gè)小燈泡的功率測(cè)定一個(gè)小燈泡的功率”的實(shí)驗(yàn)，所用燈的實(shí)驗(yàn)，所用燈泡的額定電壓是泡的額定電壓是2.22.2V。（1）實(shí)際實(shí)驗(yàn)的有關(guān)記錄與計(jì)算如下表：）實(shí)際實(shí)驗(yàn)的有關(guān)記錄與計(jì)算如下表：該同學(xué)注意到燈的亮度變化是：第二次比第一次暗，該同學(xué)注意到

6、燈的亮度變化是：第二次比第一次暗，第三次比第一次更亮。你認(rèn)為，根據(jù)他觀察的現(xiàn)象和第三次比第一次更亮。你認(rèn)為，根據(jù)他觀察的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可得出一些什么結(jié)論呢？請(qǐng)說(shuō)出兩點(diǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可得出一些什么結(jié)論呢？請(qǐng)說(shuō)出兩點(diǎn)（這兩點(diǎn)的意思應(yīng)不同）：（這兩點(diǎn)的意思應(yīng)不同）： ； 。實(shí)驗(yàn)次數(shù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)1 12 23 3電壓（電壓（V）2 2201 1502 250電流（電流（A）0 0220 0160 024功率（功率（W）0 04840 0240 060（2）他還注意到，這個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄也可以用來(lái)計(jì)算燈絲的電阻，并完成了有關(guān)計(jì)算如下表格： 這位同學(xué)有些納悶兒：導(dǎo)體的電阻不是與電壓、電流無(wú)關(guān)嗎？怎么三次計(jì)算的

7、燈絲電阻卻不一樣呢？請(qǐng)你對(duì)此作出兩種可能性的解釋： ； 。實(shí)驗(yàn)次數(shù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)1 12 23 3電壓（電壓（V）2 2201 1502 250電流（電流（A）0 0220 0160 024燈絲電阻（燈絲電阻（）1010009 938101042白熾燈的銘牌上標(biāo)有白熾燈的銘牌上標(biāo)有“PZ220-100”P(pán)Z220-100”字樣，字樣， “220220”表示燈泡表示燈泡的的 ，“100100”表示燈泡的表示燈泡的 。（1 1）此燈正常工作時(shí)，通過(guò)燈絲的電流多大？）此燈正常工作時(shí)，通過(guò)燈絲的電流多大？（2 2）若燈絲電阻不隨溫度而變化，正常工作時(shí)燈絲電阻多大？）若燈絲電阻不隨溫度而變化，正常工作時(shí)燈絲電

8、阻多大？（3 3）此燈正常工作每分鐘消耗電能多少焦耳？）此燈正常工作每分鐘消耗電能多少焦耳？（4 4）1 kwh1 kwh電能可供此燈正常工作多少小時(shí)？電能可供此燈正常工作多少小時(shí)？（5 5）如果將兩盞這樣的燈串聯(lián)在家庭電路中，則電路消耗的）如果將兩盞這樣的燈串聯(lián)在家庭電路中，則電路消耗的總功率多少瓦？總功率多少瓦？ 兩盞額定電壓相同而規(guī)格不同的白熾燈，兩盞額定電壓相同而規(guī)格不同的白熾燈，燈泡表面銘牌己模糊不清，你可以用哪些方燈泡表面銘牌己模糊不清，你可以用哪些方法來(lái)判斷出這二個(gè)燈泡的額定功率大??？法來(lái)判斷出這二個(gè)燈泡的額定功率大?。?方法一方法一 ： 方法二方法二 ： 方法三方法三 ：使用白

9、熾燈過(guò)程中遇到的疑問(wèn)：使用白熾燈過(guò)程中遇到的疑問(wèn)：1、為什么燈絲在開(kāi)燈瞬間更易燒斷、為什么燈絲在開(kāi)燈瞬間更易燒斷?2、將上述斷絲的燈泡燈絲小心搭接，重新旋入，接通開(kāi)、將上述斷絲的燈泡燈絲小心搭接，重新旋入，接通開(kāi)關(guān)，為什么電燈比原來(lái)明顯變亮了，并且搭接處更亮？關(guān)，為什么電燈比原來(lái)明顯變亮了，并且搭接處更亮？3、換上新燈泡，接通開(kāi)關(guān)，燈泡亮一下，但隨即冒、換上新燈泡，接通開(kāi)關(guān)，燈泡亮一下，但隨即冒白煙，繼而不亮了，其他用電器工作正常。為什么？白煙，繼而不亮了，其他用電器工作正常。為什么？4、為什么新燈接入后，燈泡不亮，而其他用電器工作正常、為什么新燈接入后，燈泡不亮，而其他用電器工作正常。5、換

10、上新燈泡后，接通開(kāi)關(guān)，電燈不亮，全部用電器均、換上新燈泡后，接通開(kāi)關(guān)，電燈不亮，全部用電器均不工作，經(jīng)檢查，用戶總保險(xiǎn)絲燒斷。為什么？不工作，經(jīng)檢查，用戶總保險(xiǎn)絲燒斷。為什么？超級(jí)鏈接：超級(jí)鏈接：白熾燈的效率很低，只有白熾燈的效率很低，只有12121818可轉(zhuǎn)化為光能，可轉(zhuǎn)化為光能，而其余部分都以熱能的形式散失了。所以從照明節(jié)能而其余部分都以熱能的形式散失了。所以從照明節(jié)能角度看，白熾燈是要被逐漸淘汰的。白熾燈成本低，角度看，白熾燈是要被逐漸淘汰的。白熾燈成本低，易于大批量生產(chǎn)，是使用廣泛的光源。比如樓梯間、易于大批量生產(chǎn)，是使用廣泛的光源。比如樓梯間、通道里，平時(shí)很少開(kāi)燈，晚上透過(guò)聲控或感應(yīng)

11、開(kāi)關(guān)為通道里，平時(shí)很少開(kāi)燈，晚上透過(guò)聲控或感應(yīng)開(kāi)關(guān)為人行走照明一下，亮燈的時(shí)間比較短，而且是瞬間亮人行走照明一下，亮燈的時(shí)間比較短，而且是瞬間亮燈。另外對(duì)于嚴(yán)格要求控制電磁干擾的場(chǎng)合，也可以燈。另外對(duì)于嚴(yán)格要求控制電磁干擾的場(chǎng)合，也可以使用白熾燈。其他場(chǎng)合，現(xiàn)在已經(jīng)不推崇使用白熾燈使用白熾燈。其他場(chǎng)合，現(xiàn)在已經(jīng)不推崇使用白熾燈了，如果有些場(chǎng)合要用到白熾燈，也要求單個(gè)燈泡的了，如果有些場(chǎng)合要用到白熾燈，也要求單個(gè)燈泡的功率不超過(guò)功率不超過(guò)100W100W。全球很多國(guó)家都制定了淘汰白熾燈。全球很多國(guó)家都制定了淘汰白熾燈的時(shí)間表。日光燈由于發(fā)光機(jī)理不同，效率可提高到的時(shí)間表。日光燈由于發(fā)光機(jī)理不同，

12、效率可提高到40%40%左右?，F(xiàn)在新型的電子節(jié)能燈的發(fā)光效率能達(dá)到左右?，F(xiàn)在新型的電子節(jié)能燈的發(fā)光效率能達(dá)到60%80%60%80%，所以，從節(jié)能的角度來(lái)看，應(yīng)提倡使用電，所以，從節(jié)能的角度來(lái)看，應(yīng)提倡使用電子節(jié)能燈。子節(jié)能燈。LED光源的特點(diǎn)：光源的特點(diǎn)： 1. 電壓：電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。 2. 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 3.

13、適用性：很小，每個(gè)單元適用性：很小，每個(gè)單元LED小片是小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境 4. 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：10萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的50% 5. 響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí) 6. 對(duì)環(huán)境污染：無(wú)有害金屬汞對(duì)環(huán)境污染：無(wú)有害金屬汞 7. 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和

14、帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬S色，最后為綠色，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬S色，最后為綠色 8. 價(jià)格：價(jià)格：LED的價(jià)格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只的價(jià)格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只LED的價(jià)格就可以與的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格相當(dāng)，而通常每組信號(hào)燈需由上一只白熾燈的價(jià)格相當(dāng)，而通常每組信號(hào)燈需由上300500只二極管構(gòu)成。只二極管構(gòu)成。1、60W以上的白熾燈泡都要充入氮、氬等惰性氣體，這是以上的白熾燈泡都要充入氮、氬等惰性氣體，這是由于真空和惰性氣體是熱的由于真空和惰性氣體是熱的 （良（良/不良）導(dǎo)體，不良）導(dǎo)體，可以隔熱，還可以防止燈絲在高溫下可以隔熱，還可以防止燈絲在高溫下 （熔化（熔化/氧氧化）化）2、白熾燈的燈絲為何繞成螺旋狀，