[科普中国]-电灯泡

电灯泡有多种意思，现主要介绍照明产品电灯泡。电灯泡是一种透过通电，利用电阻把幼细丝线（现代通常为钨丝）加热至白炽，用来发光的灯。

概述电灯泡（或称电球、钨丝灯），其准确技术名称为白炽灯。电灯泡外围由玻璃制造，把灯丝保持在真空，或低压的惰性气体之下，作用是防止灯丝在高温之下氧化。

电灯是人造光源之一，是一种将电能转化为光能的设备，用于指示或者照明。其中，用电流把常常以钨制成的灯丝加热到白炽状态后用来发光的灯叫白炽灯。灯泡内填充了卤素和惰性气体的白炽灯称为卤素灯。1

历史一般认为电灯是由美国人汤马士·爱迪生所发明。但倘若认真的考据，另一美国人亨利·戈培尔（Heinrich G&ouml）比爱迪生早数十年已发明了相同原理和物料，而且可靠的电灯泡，而在爱迪生之前很多其他人亦对电灯的发明作出了不少贡献。1801年，英国化学家戴维将铂丝通电发光。他亦在1810年发明了电烛，利用两根碳棒之间的电弧照明。1854年亨利·戈培尔使用一根炭化的竹丝，放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时，但是并没有及时申请设计专利。

1850年，英国人约瑟夫·威尔森·斯旺（Joseph Wilson Swan）开始研究电灯。1878年，他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利，并开始在英国建立公司，在各家庭安装电灯。

1874年，加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氮气，以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继续发展这发明，于是在1875年把专利卖给爱迪生。

爱迪生购下专利后，尝试改良使用的灯丝。1879年他改以碳丝造灯泡，成功维持13个小时。到了1880年，他造出的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。但是在英国，斯旺控告爱迪生侵犯专利，并且获得胜诉。爱迪生在英国的电灯公司被迫让斯旺加入为合伙人。但后来斯旺把他的权益及专利都卖了给爱迪生。在美国，爱迪生的专利亦被挑战。美国专利局曾判决他的发明已有前科，属于无效。最后经过多年的官司，爱迪生才取得碳丝白炽灯的专利权。

爱迪生的最大发现是使用钨代替碳作为灯丝。之后在1906年，通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决，钨丝电灯泡被使用至今。

电灯泡的最大问题是灯丝的升华。因为钨丝上细微的电阻差别造成温度不一，在电阻较大的地方，温度升得较高，钨丝亦升华得较快，于是造成钨丝变细，电阻进一步增大的循环；最终令钨丝烧断。后来发现以惰性气体代替真空可以减慢钨丝的升华。今天多数的电灯泡内都是注入氮、氩或氪气。

现代的白炽灯一般寿命为1000小时左右。1

形状特点为什么它要呈梨形?这是因为电灯电亮后，灯泡里的钨丝能达到2500℃左右的高温，会使钨丝表层蒸发出一部分钨的微粒。灯泡做成梨形，灯泡内的惰性气体对流时，钨的微粒，大部分随热气体被卷到上方，沉积在灯泡的颈部，这就能减轻对灯泡周围和底部的影响，保持它的亮度。所以灯泡要做成梨形。

效能大部分白炽灯会把消耗能量中的90%转化成无用的热能，只少于10%的能量会成为光。相比之下，荧光灯（Fluorescent lamp,亦称光管）的效率高很多，接近40%，所产生的热只是相同亮度的白炽灯的六分一。故此很多地方，特别是夏天需要空气调节的商场、大楼都会使用萤光灯照明以节省电力。小型的萤光灯（节能灯泡）把萤光灯及启动电子结合，使用标准电灯泡的接口，用以替代普通白炽灯泡。例如一个26瓦的节能灯泡，发出的亮度为11瓦，热量为15瓦。发出相同亮度11瓦的白炽灯泡耗电多四倍，达100瓦；放出热量多六倍，达90瓦。

很多家居内的电灯仍然是以普通白炽灯为主。卤素灯泡渐渐变得较为流行，特别是光源需要集中的情况，例如家居的射灯，汽车车头灯，经常会使用卤素灯泡。良好的卤素灯泡可以达到15%的效率。例如一个60瓦的卤素灯泡，亮度可等同一个100瓦的普通灯泡。但是卤素灯泡体积细小，运作时温度非常高。在家居应用时需要特别防护，防止引起火灾。

而至于户外的街灯照明，以钠灯（Sodium vapor lamp）最为常见。低压钠灯发出的是单调的橙色光线，但是它的效率却非常高，比普通电灯泡高出约十五倍。高压钠灯色效率稍低，但颜色较为丰富。

经过数年的发展，则以发光二极管（LED）及高强度气体放电灯（High Intensity Discharge HID)照明开始流行。前者的优点是非常长寿，现已用在交通灯、以及手电筒之上。后者其实是多种技术的统称(钠灯亦属于HID)。很多最新汽车使用的氙气车头灯(Xenon HID)、放映机使用的金属卤化物灯（Metal Halide），都是属于HID。2

灯泡寿命许多类型的灯的预期寿命被定义为其中50%失败的操作小时数，即灯的中值寿命。生产公差低至1%可能导致灯泡使用寿命的差异达到25%，所以一般来说，一些灯泡在额定寿命之前会失效，有些寿命将持续更长的时间。对于LED，灯的寿命被定义为50%的灯经历70%的光输出下降的操作时间。

某些类型的灯对开关周期也很敏感。浴室等频繁开关的房间可能会比打印在箱子上的灯具寿命要短得多。紧凑型荧光灯对开关周期特别敏感。2

除照明以外的用途一个清晰的玻璃60瓦灯泡电灯可以用作热源，例如在培养箱中，在快餐店如Easy-Bake烤箱中作为加热灯。

钨丝灯一直被用作电子电路中的快速热敏电阻。受欢迎的用途包括：

正弦波振荡器的稳定；

保护高频扬声器的音箱（过量电流是太高了高音喇叭照射光而不是吹高音喇叭）；

电话自动音量控制。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所