電光源復(fù)習(xí)題

《電光源原理》課程練習(xí)習(xí)題一、選擇題（占12分）1．白熾燈和鹵鎢燈均為熱光源，均運(yùn)用紅外輻射能量來提高光效，但采用的反射膜不同，是由于（A）。A.白熾燈工作溫度較低，而鹵鎢燈工作溫度較高；B.白熾燈工作溫度較高，而鹵鎢燈工作溫度較低；C.采用介質(zhì)－金屬－介質(zhì)反射膜可達(dá)成規(guī)定；D.采用多層介質(zhì)干涉反射膜可達(dá)成規(guī)定。2．低壓鈉燈和低壓汞燈均含有典型的低氣壓蒸氣放電特性，但在工作的共振譜線上，波長(zhǎng)和條數(shù)均不同，體現(xiàn)在（B）。A.Na是發(fā)黃光、雙線，Hg是發(fā)藍(lán)光、單線；B.Na是發(fā)黃光、雙線，Hg是發(fā)紫光、單線；C.Na是發(fā)紅光、雙線，Hg是發(fā)紫光、單線；D.Na是發(fā)黃光、單線，Hg是發(fā)藍(lán)綠光、雙線。3．下面的燈中，什么燈的光效最高？（D）A.高壓汞燈B.高壓鈉燈C.超高壓汞燈D.金鹵燈4．什么光源含有光效高，且在壽命期間色溫穩(wěn)定性能最佳，即光通維持性能非常優(yōu)秀？（D）A.鈉燈B.汞燈C.金鹵燈D.陶瓷金鹵燈5．帶電粒子與氣體發(fā)生碰撞的有效碰撞截面物理意義是（A）。A.碰撞幾率；B.碰撞能量；C.碰撞邊界；D.碰撞時(shí)損失的能量。6．輝光放電和弧光放電中，正柱區(qū)的發(fā)光較明亮且最均勻，電場(chǎng)強(qiáng)度是常數(shù)，但相對(duì)前者，后者（B）。A.更大；B.更小；C.不一定；D.相等。7．普通的霓虹燈的放電是處在（）放電階段，用于照明的氣體放電燈大多數(shù)是屬于（）放電。選（A）A.輝光、弧光；B.弧光、輝光；C.輝光、輝光；D.弧光、弧光。8．什么光源含有高亮度、輕量化、體積小，并且能夠成為真正的點(diǎn)光源？（D）。A.Hid光源；B.白熾燈；C.陶瓷金鹵燈；D.UHP光源。9．在多數(shù)的氣體放電光源中，放電重要在弧光區(qū)域，含有（）的伏安特性，因此工作時(shí)（）。選（D）A.正，不必鎮(zhèn)流器；B.正，需要鎮(zhèn)流器；C.負(fù)，不必鎮(zhèn)流器；D.負(fù)，需要鎮(zhèn)流器。10．在設(shè)計(jì)氣體放電光源的構(gòu)造和尺寸時(shí)，經(jīng)常以獲取（B）為第一原則條件而考慮。A.最佳的光色；B.最高的光效；C.最長(zhǎng)的壽命；D.最大的光通。11．在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物這些鹵鎢循環(huán)劑中，（）既能夠起到消氣作用又能夠減輕冷端腐蝕的循環(huán)劑？（C）能夠克制甚至消除燈絲的熱點(diǎn)問題？選（）A.CH3Br、PBr3；B.氟化物、PBr3；C.PBr3、氟化物；D.CH3Br、氟化物。12．下面的燈中，什么燈的光效最低？（B）A.熒光高壓汞燈B.自鎮(zhèn)流高壓汞燈C.超高壓汞燈D.低壓汞燈13．哪種光源能夠充入汞以提高電弧管工作時(shí)的軸心溫度而提高光效？（A）A.高壓鈉燈B.低壓鈉燈C.金鹵燈D.陶瓷金鹵燈14．輝光放電和弧光放電中，正柱區(qū)的發(fā)光較明亮且最均勻，是由于該區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度大小是（C）。A.均勻變化；B.線性變化；C.常數(shù)；D.很大。二、名詞解釋。（占18分）1．帶電粒子在氣體中的雙極性擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。由于帶電粒子在氣體中不是均勻分布，由濃度大處向濃度小處運(yùn)動(dòng)的帶電粒子數(shù)比反方向運(yùn)動(dòng)的帶電粒子數(shù)目大些，形成擴(kuò)散。同時(shí)有兩種符號(hào)的帶電粒子的擴(kuò)散過程稱為雙極性擴(kuò)散.2.光源的色溫。當(dāng)光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相似時(shí)，黑體的這個(gè)溫度就稱為該光源的顏色溫度Tc,簡(jiǎn)稱色溫(CT),用絕對(duì)溫標(biāo)表達(dá).3.輻射體的分布溫度。輻射體的相對(duì)光譜能量分布與黑體在某一溫度輻射的相對(duì)光譜能量分布相似時(shí)，則黑體此時(shí)的溫度稱為輻射體的分布溫度4.氣體放電中的潘寧效應(yīng)。原子A的亞穩(wěn)態(tài)電位(Vm)高于原子B的電離電位(Vi)，受激原子A與基態(tài)原子B作用后，使基態(tài)原子B電離，而原子A能級(jí)減少甚至返回基態(tài)，這種現(xiàn)象稱為潘寧效應(yīng)。方程：A5.弧光放電的陰極光斑。由于弧光放電時(shí)陰極的電子發(fā)射很有效，因此只要很小的發(fā)射面積就能產(chǎn)生很大的電流。發(fā)射電子的部分一定是溫度最高、電場(chǎng)最強(qiáng)或功函數(shù)最低的地方。放電時(shí)，在陰極發(fā)射電子的部位會(huì)形成一種極亮的輝點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為陰極光斑6．陰極電子的正離子轟擊發(fā)射。是一種重要的電子發(fā)射形式。正離子在陰極前面被這一區(qū)域的空間電場(chǎng)加速，然后飛落在陰極上。當(dāng)正離子的總能量——?jiǎng)幽芎碗婋x能之和不不大于功函數(shù)的兩倍時(shí)，有一種電子可能從陰極逸出，另一種電子被正離子吸取。7.鹵鎢燈的鹵鎢循環(huán)。在適宜的溫度下，從燈絲蒸發(fā)出來的鎢在泡壁區(qū)域與鹵素化合成揮發(fā)性的鹵鎢化合物，當(dāng)鹵鎢化合物擴(kuò)散到較熱的燈絲周邊區(qū)域時(shí)，又分解成鹵素和鎢，釋放出來的鎢部分回到燈絲上，而鹵素繼續(xù)擴(kuò)散到溫度較低的區(qū)域與鎢化合，這一過程稱為鹵鎢燈的鹵鎢循環(huán)。18．帶電粒子在氣體中的遷移運(yùn)動(dòng)。在電場(chǎng)作用下，有一種沿電場(chǎng)方向的定向運(yùn)動(dòng)疊加到帶電粒子的不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)上，這個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)叫做帶電粒子的遷移運(yùn)動(dòng)9.光源的顯色性。顯色性是指光源的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果.如果各色物體受照的效果和原則光源照射時(shí)同樣,則認(rèn)為該光源的顯色性好,反之,如果物體在受照后顏色失真,則該光源的顯色性就差.11.金屬鈉燈中的鈉耗空效應(yīng)。鈉原子重要在管軸心處被激發(fā)和電離，由于雙極性擴(kuò)散，鈉離子和電子向管壁擴(kuò)散，在管壁上形成中性鈉原子，在電流密度較高時(shí)，鈉離子的徑向抽運(yùn)效應(yīng)比中性鈉原子從管壁向軸心的擴(kuò)散速率要高，因此隨著電流的增加，軸心處的鈉原子濃度逐步減小，當(dāng)達(dá)成某一電流值時(shí)，鈉原子將耗盡，這種現(xiàn)象稱為鈉耗空效應(yīng)（氬去除效應(yīng)）：鈉燈中也要充入一定量的啟動(dòng)氣體氖氣和氬氣，在放電時(shí)，氖原子被激發(fā)，激發(fā)的氖原子和氬原子碰撞，使氬原子電離。當(dāng)燈管中的氬離子擴(kuò)散到管壁時(shí)，會(huì)被抗鈉玻璃吸附，造成氬氣成分減少，產(chǎn)生氬去除效應(yīng)。12.輝光放電中的陰極濺射。陰極濺射是輝光放電陰極上的一種特有的過程.輝光放電時(shí)，陰極受到正離子等的激烈轟擊，使金屬粒子從陰極表面飛濺出來，沉積到陰極附近的零件和管壁上，這種現(xiàn)象稱為陰極濺射13．高壓弧光放電中的電弧繩化。在高氣壓弧光放電時(shí)，如果電流較大，會(huì)發(fā)生電弧等離子體收縮的現(xiàn)象，即電弧繩化現(xiàn)象。因素是由于靠近燈管軸處的氣體溫度較高，自由程較大，電子能量較大，因此電離幾率較大，且消電離較小。14．金鹵燈的金鹵循環(huán).在管壁的工作溫度下,金屬鹵化物大量蒸發(fā),并擴(kuò)散到管中心,在電弧的高溫下,金屬鹵化物分子分解成金屬原子和鹵素原子,金屬原子參加放電,鹵素原子又?jǐn)U散到管壁上與金屬原子化合.重復(fù)上述過程,形成循環(huán).三、簡(jiǎn)答題。（占45分）1.如何提高熒光燈的光效？在白熾燈、鹵鎢燈、金鹵燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈、低壓汞燈、高壓汞燈、白色LED、LED中哪些燈往往使用了熒光粉？1、做成緊湊型和高功率型熒光燈；2、在燈管的內(nèi)表面和熒光粉層之間涂一層保護(hù)膜，減少光衰；3、充入惰性氣體；4、控制燈內(nèi)的汞蒸氣。(提高水銀熒光燈的光效:升高汞的蒸氣壓;用適宜的熒光粉將253.7nm和365.0nm等紫外線轉(zhuǎn)變成所需要的可見光.)使用熒光粉有：低壓汞燈、高壓汞燈、白色LED2.為什么高壓汞燈熄滅后不能立刻啟動(dòng)？由于燈熄滅后，內(nèi)部還保持著較高的汞蒸氣壓，此時(shí)電子的自由程很短，在原來的電壓下，電子不能積累足夠的能量來電離氣體。如果這時(shí)要燈再啟動(dòng)，就需要幾千伏電壓。但當(dāng)放電管冷卻至約400℃下列時(shí)，所需的啟動(dòng)電壓就快速下降。約200℃時(shí)，燈在電源電壓下就可再啟動(dòng)。冷卻所需的時(shí)間普通為3-6min。3.簡(jiǎn)述氣體放電中的巴刑定律內(nèi)容。如果兩平板電極之間的距離為d，壓強(qiáng)為p，則在氣體成分和電極材料一定、氣體溫度不變和冷電極的條件下，著火電壓Vz是乘積pd的函數(shù)；并且變化pd時(shí),Vz有一最低值，這就是巴刑定律。4.低壓汞燈為什么要充入惰性氣體？尚有哪些燈（已經(jīng)學(xué)過的）需要這樣作的？（1）充入惰性氣體，使電子的平均自由程大為縮短,增加了電子和汞原子碰撞并使之激發(fā)電離的機(jī)會(huì),減少了電子與管壁碰撞造成的損失,有助于提高光效.（2）潘寧效應(yīng)有助于汞燈的啟動(dòng)。充惰氣的燈尚有:白熾燈、鹵鎢燈、金鹵燈、高壓汞燈、超高壓汞燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈5.在白熾燈、鹵鎢燈、金鹵燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈、低壓汞燈、高壓汞燈、白色LED、LED中哪些燈往往使用了汞?有的高壓鈉燈為什么需要充入某些汞？使用汞的：金鹵燈、高壓鈉燈、低壓汞燈、高壓汞燈高壓鈉燈添加汞的因素：（1）高壓鈉燈的顏色和光效是由鈉蒸氣壓和電場(chǎng)強(qiáng)度所決定的。在燈內(nèi)添加汞，減小了電子遷移率，使燈的電場(chǎng)強(qiáng)度提高，從而提高光效。（2）充入汞后，能夠減少熱導(dǎo)率，即減少電弧的熱損耗；還能夠減少電子和離子擴(kuò)散造成的損失，這樣電弧的溫度能夠提高，使輻射的功率增加。6.如何提高高壓汞燈的光色？提高工作氣壓，選擇適宜的熒光粉7.LED是一種什么樣的光源？簡(jiǎn)述LED的發(fā)光原理或者發(fā)光本質(zhì)。LED屬于半導(dǎo)體PN結(jié)注入式電致發(fā)光光源，在半導(dǎo)體PN結(jié)加正向偏壓時(shí)產(chǎn)生的電子、空穴注入式復(fù)合發(fā)光。LED發(fā)光原理：在N區(qū)導(dǎo)帶底附近淺施主能級(jí)電離，向?qū)峁┐罅侩娮?，在P區(qū)，淺受主能級(jí)電離，向?qū)峁┐罅靠昭?。在PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)勢(shì)壘減少，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，注入的電子和空穴在PN結(jié)附近發(fā)生復(fù)合，并將多出的能量以光的形式釋放出來，從而PN結(jié)發(fā)光。8.金屬鹵化物燈的金鹵循環(huán)是如何進(jìn)行的？真正工作的是什么物質(zhì)？在管壁的工作溫度下，金屬鹵化物大量蒸發(fā)，因濃度梯度而向高溫的電弧中心擴(kuò)散，在電弧中心的高溫區(qū)域，金屬鹵化物分解為金屬和鹵素原子，金屬原子參加放電并產(chǎn)生輻射，由于電弧中心金屬原子和鹵素原子的濃度較高，因此它們又向著管壁擴(kuò)散，在管壁低溫區(qū)又重新合成金屬鹵化物，就這樣循環(huán)下去。真正的工作物質(zhì)是金屬。9.比較鎢的分布溫度和真實(shí)溫度，并闡明因素。分布溫度Td>真實(shí)溫度T。由于鎢在可見光的光譜發(fā)射率ε（λ，T）不不大于紅外區(qū)，并且隨著可見光的藍(lán)色部分推移。ε（λ，T）又是持續(xù)減少的，使鎢比其工作溫度高的黑體有相似的可見光譜的能量分布和顏色。故Td>T。10.為什么高壓汞燈從啟動(dòng)到正常工作需要一段時(shí)間？即簡(jiǎn)樸闡明高壓汞燈的工作過程和原理。在燈點(diǎn)燃的初始階段，是低氣壓的汞蒸氣和氬氣放電。這時(shí)燈管電壓很低，放電電流很大。低壓放電時(shí)產(chǎn)生的熱量，使管壁溫度升高，汞逐步汽化，汞蒸氣壓、燈管電壓逐步升高，電弧開始收縮，放電逐步向高氣壓放電過渡。當(dāng)汞全部蒸發(fā)后，管壓開始穩(wěn)定，成為穩(wěn)定的高壓汞蒸氣放電。因此，高壓汞燈從啟動(dòng)到正常工作需要一段時(shí)間，普通為4~10min。11.簡(jiǎn)述氣體放電中的湯生放電理論。在氣體放電的著火點(diǎn)，電流忽然快速增加，而管壓降幾乎無變化的現(xiàn)象稱為湯生放電現(xiàn)象。它滿足公式______________,γ為一種正粒子轟擊陰極所能激發(fā)出的電子數(shù)目，d為陰陽(yáng)極之間的距離，α為單位路程中發(fā)生碰撞的平均次數(shù)。它闡明了陰極激發(fā)出的一種電子，通過多個(gè)經(jīng)歷，最后只在陰極換取一種電子。自持放電就能自我維持。13.簡(jiǎn)述汞在金鹵燈中的作用。（1）緩沖循環(huán)過程中產(chǎn)生的能量損失，提高光效；（2）減少電子遷移率，提高電場(chǎng)強(qiáng)度和管壓，改善燈的電特性；（3）能夠有助于燈的啟動(dòng)，由于啟動(dòng)時(shí)汞蒸氣壓小,將多出的鹵素原子化合成鹵化汞。15.簡(jiǎn)述白色LED的發(fā)光原理或者發(fā)光本質(zhì)。（1）混色方式。通過在一種顯示單元上集合紅、綠、藍(lán)光的三種LED燈并通過各自調(diào)節(jié)其強(qiáng)度等參數(shù)來發(fā)出白光。（2）參雜熒光粉方式。在單色LED上覆蓋熒光粉，通過發(fā)光激發(fā)熒光粉從而發(fā)出可見光譜段的白光。無論是PCLED或者M(jìn)CLED都是通過將半導(dǎo)體發(fā)光材料或者熒光粉材料發(fā)射的相對(duì)窄的譜線疊加來得到白光.16.在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物這些鹵鎢循環(huán)劑中，誰是既能夠起到消氣作用又能夠減輕冷端腐蝕的循環(huán)劑？誰能夠克制甚至消除燈絲的熱點(diǎn)問題？簡(jiǎn)樸闡明用HBr作循環(huán)劑時(shí)的溴鎢循環(huán)過程。PBr3起到消氣作用且減輕冷端腐蝕；氟化物能夠克制或消除燈絲熱點(diǎn)問題；溴鎢循環(huán)：在燈絲高溫處，HBr分解成H2和Br，H2從泡殼部分滲入出去。分解的Br與燈絲蒸發(fā)出來的鎢在低溫區(qū)化合成揮發(fā)性的溴化鎢化合物，該化合物擴(kuò)散到燈絲的高溫處分解成溴和鎢，鎢部分回到燈絲上，溴擴(kuò)散到泡壁低溫區(qū)與鎢進(jìn)行化合，重復(fù)前面的過程，形成循環(huán)。四、計(jì)算闡明題。（占25分）1.已知白熾燈中，在所充氣體中鎢原子的擴(kuò)散系數(shù)：平均壽命1000小時(shí)，穩(wěn)定氣體層直徑燈絲有效直徑長(zhǎng)燈絲溫度求燈絲在整個(gè)壽命期由于濃度擴(kuò)散引發(fā)的重量損失。解：2770k時(shí)鎢的蒸汽壓：lgP鎢的濃度：n每秒由燈絲蒸發(fā)的鎢原子數(shù)N整個(gè)壽命蒸發(fā)的鎢原子數(shù)：6.78×重量損失：M2.運(yùn)用方程形式闡明潘寧效應(yīng)在高壓鈉燈的電弧管中充入氖-氬混合氣體可減少著火電壓。在高壓鈉燈的電弧管中充入氖-氬混合氣體，燈的著火重要靠氬的電離，采用氖-氬混合