電光源原理第二章.白熾燈

1、電光源原理電光源原理白熾燈白熾燈第二章第二章 白熾燈白熾燈第二章第二章 白熾燈白熾燈一、熱輻射的性質(zhì)二、白熾燈的結(jié)構(gòu)和材料三、真空白熾燈中的基本物理現(xiàn)象四、充氣白熾燈中的基本物理現(xiàn)象五、白熾燈的運(yùn)用特性六、白熾燈的發(fā)展動(dòng)向一、熱輻射的定義和表現(xiàn)（溫度輻射）一、熱輻射的定義和表現(xiàn)（溫度輻射）定義：因溫度而產(chǎn)生的輻射定義：因溫度而產(chǎn)生的輻射 任何絕對溫度大于任何絕對溫度大于0度的物體，都會(huì)產(chǎn)生熱輻射；度的物體，都會(huì)產(chǎn)生熱輻射；1.黑體的定義： 黑體是一種物體，能夠在任何溫度下將輻射到它表面上的任何波長的能量全部吸收。2-1 熱輻射的性質(zhì)維恩公式,但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在低頻波段與實(shí)測結(jié)果不符，經(jīng)典物理學(xué)理論再

2、次暴露瑕疵。瑞利金斯公式可以較好地符合黑體輻射在低頻波段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但在高頻的紫外波段卻與實(shí)驗(yàn)結(jié)果大相徑庭普朗克公式，經(jīng)魯本斯實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證完全正確，很好地解決了前人的黑體輻射理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的矛盾。 討論：1）TMB 2）Tmax(峰值波長)向短波方 向移動(dòng) 3）T低時(shí)紅外為主， 隨T上升， 可見光部分增加 斯忒藩斯忒藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律:輻射能正比與溫度的輻射能正比與溫度的四次方四次方維恩位移定律維恩位移定律 m T=b 輻射體的發(fā)光效率討論：1. T=6500K時(shí)，最高；T進(jìn)一步提高， 下降。2. 實(shí)際輻射體，雖然它在任何波長的絕對輻射功率總是小于同溫下黑體的輻射，但由于輻射的選擇性，其光

3、效可以大于黑體。所以，選擇在高溫下，在可見光區(qū)域有高選擇輻射的材料作燈絲，可提高。2-12.2 白熾燈的結(jié)構(gòu)與材料2-2鎢絲, 發(fā)光體w芯柱芯柱：支撐部件 導(dǎo)絲：內(nèi)導(dǎo)絲，封接絲，保險(xiǎn)絲，外導(dǎo)絲 實(shí)心玻梗， 喇叭管， 排氣管w玻殼玻殼清光型, 鈉鈣玻璃也有磨沙型，乳白型，彩泡型，鏡面起保護(hù)鎢絲作用w燈頭燈頭螺口式，插口式w填充氣體填充氣體n減少鎢的蒸發(fā)率n惰性氣體(Ar , N2)w消氣劑: 磷2-2 白熾燈的結(jié)構(gòu)與材料白熾燈的結(jié)構(gòu)與材料螺口燈頭螺口燈頭2-2 燈絲燈絲1. 對白熾輻射體（燈絲）的要求對白熾輻射體（燈絲）的要求1.熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高2.蒸發(fā)率蒸發(fā)率V小小 環(huán)境氣氛燈絲的結(jié)構(gòu)影響V的因素

4、 Tf 自身的性質(zhì)3.可見輻射選擇性好可見輻射選擇性好4.機(jī)械強(qiáng)度高，易加工機(jī)械強(qiáng)度高，易加工5.有適當(dāng)?shù)碾娮杪视羞m當(dāng)?shù)碾娮杪?-2最合適的材料：鎢真空真空白熾燈光效與壽命的矛盾（溫度） 基本矛盾 T（MeT4） TVapH Tf=23002600K H=1*103hrs =810lm/W2-3氣體穩(wěn)定層 在熾熱的燈絲附近，氣體變得非常粘滯，幾乎可以看成是不流動(dòng)的；而在泡壁附近的區(qū)域里，由于氣體溫度較低、粘滯度小，氣體強(qiáng)烈對流。 因此，可以認(rèn)為，緊貼燈絲周圍存在著一層厚度的穩(wěn)定氣體層（稱為郎繆爾層）直徑為b。）31-32)-f()C( lnTwTwTfdbb2-4充氣白熾燈中的基本物理現(xiàn)象充氣

5、白熾燈中的基本物理現(xiàn)象 充氣對抑制鎢蒸發(fā)的作用 在充氣燈中鎢的損失主要是由于在穩(wěn)定層內(nèi)鎢的濃度擴(kuò)散。 由于充氣的存在阻礙了鎢的擴(kuò)散，使充氣燈泡中鎢的蒸發(fā)率減小為真空中的1/500。2-4b充氣的矛盾充氣的矛盾-光效、壽命和熱損失光效、壽命和熱損失討論：影響Pc的因素 1）充氣氣體的種類：考慮熱損失和抑制鎢蒸發(fā)，分子量大的效果好，但要考慮成本和放電的影響，一般充氬-氮2）充氣壓力 -考慮熱導(dǎo)和承壓 ，室溫下一個(gè)大氣壓 3）燈絲螺旋長度 -短燈絲熱損失小，所以雙螺旋2-4燈絲燈絲的的臨界損耗臨界損耗 G=燈絲燒毀時(shí)損失燈絲燒毀時(shí)損失的質(zhì)量的質(zhì)量Mk與與燈絲燈絲原有總質(zhì)量原有總質(zhì)量M之比，之比， 即

6、即G= （Mk/ M）*100%真空燈真空燈10%充氣燈充氣燈1%2-4 對于充氬氮混合氣的白熾燈，每厘米長度燈絲的氣體熱損失Pc約為4W。對于電壓為220V的燈泡，螺絲長度必須大于2cm，否則兩根導(dǎo)絲之間有放電的危險(xiǎn)。因此，充氣燈泡的最小熱損失值為8W左右。 顯然，對220V小功率白熾燈不宜充氣，25W以下的白熾燈只能是真空，否則熱損失占輸入的主要部分，得不償失。2-4 結(jié)論結(jié)論1充氣可抑制蒸發(fā)2充氣引起熱損耗3充入分子量大的氣體可更好抑制蒸發(fā)和減小熱耗，但氙太貴，氪有輻射、易放電，一般用氬-氮。4采用螺旋燈絲可使Pc下降5采用螺旋燈絲可增加壽命（機(jī)械強(qiáng)度增大了）2-4 白熾燈的光效雖然比較

7、低，壽命短，但由于它使用極其方便，輻射光譜是連續(xù)的，顯色性好，因此到目前為止仍是應(yīng)用最廣的一種光源。2-52-51高色溫白熾燈高色溫白熾燈 主要用與攝影和放映電影以及電視和舞臺(tái)照明。主要用與攝影和放映電影以及電視和舞臺(tái)照明。 Tc3200K =30 H=50100hrs2普通照明燈普通照明燈 一般照明一般照明=1020 Tc=26003000K H1*103hrs 3紅外線燈紅外線燈 用于紅外加熱干燥、溫室保溫和醫(yī)療保健等。用于紅外加熱干燥、溫室保溫和醫(yī)療保健等。 10 Tc2500K H1*103hrs2-52-5白熾燈的燃點(diǎn)條件看燈絲附近泡殼形狀 瘦子” 豎著點(diǎn)“胖子”橫點(diǎn)2-52-5白熾

8、燈主要特性：白熾燈主要特性：w 安裝工作較為容易簡單安裝工作較為容易簡單w 無需輔助電氣元件無需輔助電氣元件 w 初期投入較少初期投入較少w 顯色性較好顯色性較好 Ra = 100w 產(chǎn)生暖色調(diào)光環(huán)境產(chǎn)生暖色調(diào)光環(huán)境w Tc= 2800Kw燈的光效較差燈的光效較差 :10流明流明/瓦瓦w平均壽命較短平均壽命較短( 1000 hrs)w產(chǎn)生大量的熱產(chǎn)生大量的熱w 燈壽命易受電壓波動(dòng)影響燈壽命易受電壓波動(dòng)影響w存在不夠明亮的可能存在不夠明亮的可能2-52-5白熾燈的應(yīng)用白熾燈的應(yīng)用n普通白熾燈: 適用于需要調(diào)光、要求顯色性高、迅速點(diǎn)燃、頻繁開關(guān)及需要避免對測試設(shè)備產(chǎn)生高頻干擾的地方和屏蔽室等。因體積較小，并可制成各種功率的規(guī)格，同時(shí)易于控 光、沒有附件、光色宜人等，故特別適于藝術(shù)照明和裝飾照明。小功率投光燈還適用于櫥窗展示照明和美術(shù)館陳列照明等。適用于事故照明。因白熾燈光效低，壽命 短、電能消耗大、維護(hù)費(fèi)用高，使用時(shí)間長的工廠車間照明不宜采用。 2-52-5一、探索新的燈絲材料一、探索新的燈絲材料更高的熔點(diǎn)，有更好的輻射選擇性二、改善燈絲材料的結(jié)構(gòu)，以及使二、改善燈絲材料的結(jié)構(gòu)，以及使周圍的介質(zhì)環(huán)境更理想化！周圍的介質(zhì)環(huán)境更理想化！1小型化 2反射型 3涂紅外反射層2-6白熾燈的發(fā)展方