電燈的發(fā)展與未來(lái)

顏士州

照明與人們的生活關(guān)系密切，自從愛迪生發(fā)明了電燈后，電燈成為人類照明不可缺少的光源。

在電燈的大家庭里，白熾燈和熒光燈是發(fā)光原理不同的兩個(gè)家族。白熾燈是熱輻射光源，它是在通電之后，使物體溫度升高而發(fā)光。熒光燈是氣體放電光源，是由電通過(guò)氣體而發(fā)光的。白熾燈的品種有將近14000種左右。在它的家族中，還有碘鎢燈和溴鎢燈，以及開發(fā)時(shí)間不到30年的分子輻射燈，總計(jì)大約有300種。熒光燈的種類有上千種。除了照明，它的用途更廣。

電燈的形狀也千差萬(wàn)別。小的只有幾個(gè)毫米，像米粒;大的直徑有1～2米，像炮彈。功率小的只有毫瓦級(jí);功率大的有幾瓦、幾十瓦甚至上萬(wàn)瓦。正在開發(fā)的世界最亮燈——直流氬弧燈，功率達(dá)300千瓦。

節(jié)約能源的燈

電燈誕生以來(lái)，人類向著節(jié)約能源的方向一步步前進(jìn)。

最初的燈泡光效只有1.4流明/瓦，現(xiàn)在的白熾燈光效已達(dá)到了10流明/瓦。在使用同樣電能的情況下，白熾燈比以前的燈亮多了。在白熾燈基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的碘鎢燈光效為30流明/瓦，又比白熾燈亮得多。將碘鎢燈和白熾燈控制在同樣亮的情況下，顯然是碘鎢燈更加省電。

碘鎢燈為什么會(huì)節(jié)能呢？我們知道，白熾燈是熱輻射光源，發(fā)光體的材料是鎢絲。發(fā)光體工作溫度越高，它的發(fā)光效率也就越高。當(dāng)它能達(dá)到絕對(duì)溫度6500度時(shí)，最大的發(fā)光量是85流明/瓦。但遺憾的是，鎢的熔點(diǎn)只有3650度，而且鎢絲在高溫下會(huì)蒸發(fā)，以至影響到燈的壽命。因此，科學(xué)家在設(shè)計(jì)時(shí)，把普通的白熾燈發(fā)光體的溫度控制在2400度左右，光效只有10流明/瓦，壽命為1000小時(shí)。

在研究節(jié)能燈的道路上，科學(xué)家不斷探索。他們發(fā)現(xiàn)，碘和鎢會(huì)產(chǎn)生可逆的反應(yīng)。于是，他們?cè)诎谉霟糁屑尤肓艘稽c(diǎn)鹵元素（碘），制成了碘鎢燈。碘鎢燈內(nèi)燈絲蒸發(fā)出來(lái)的鎢，遇到碘元素，就形成易于揮發(fā)的碘化鎢化合物。同時(shí)這些化合物在燈絲附近又被分解，使鎢重新回到燈絲上去。這個(gè)循環(huán)過(guò)程使燈絲溫度得到提高，發(fā)光效率就大大提高了。因此，碘鎢燈要比白熾燈節(jié)約很多能源。

特殊功效的燈

電燈不僅用于家庭、商店和馬路照明，它在各行各業(yè)有著廣泛的用途。一架現(xiàn)代化的飛機(jī)，要用30多種不同的光源。一艘現(xiàn)代化的軍艦，要用300～400種光源。在醫(yī)療設(shè)備如胃鏡、腹腔鏡探測(cè)件上用的燈要做得非常精巧，是一種微粒狀的小燈。在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地上照明，需要大體積、強(qiáng)功率的燈。

電燈在特殊的崗位上有特殊的作用。紫外熒光燈是殺滅細(xì)菌的能手。對(duì)于空氣、水和物體表面的細(xì)菌，用紫外熒光燈照一下，就會(huì)變得安全、無(wú)毒。因此，它高效、簡(jiǎn)便的滅菌功能，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、生物制品、食品生產(chǎn)、水凈化等領(lǐng)域。

奇妙的是，不同波長(zhǎng)的熒光燈還有不同的功效。波長(zhǎng)為253.7納米的短波紫外燈，對(duì)大腸菌、傷寒菌有殺滅作用;而波長(zhǎng)為320納米的中波紫外燈，對(duì)人的身體有保健治療功能。

我們知道，在礦井下工作的工人，由于長(zhǎng)期得不到太陽(yáng)的照射，往往容易缺鈣。怎么辦呢？科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，中波紫外燈可以彌補(bǔ)這個(gè)不足。經(jīng)過(guò)中波紫外燈照射之后，能促使人體的麥角甾醇轉(zhuǎn)化為維生素D，促進(jìn)機(jī)體的鈣磷代謝，從而獲得與太陽(yáng)光照射同樣的效果。

日新月異的燈

在色彩繽紛的燈的世界里，電燈正在不斷地更新，各種各樣的電燈，不斷以新的樣式出現(xiàn)在人們的面前。對(duì)普通的白熾燈，設(shè)計(jì)者改變了燈絲結(jié)構(gòu)，充入其他惰性氣體，如氪氣或氪氮混合氣，在燈泡殼內(nèi)增加紅外線反射涂層等，就成為一種新的節(jié)能白熾燈。有一種采用反射紅外線透射可見光涂層的白熾燈，可節(jié)約30%的能源，但這種燈目前價(jià)格還比較貴。

碘鎢燈在光效和壽命方面比白熾燈高一倍，鹵鎢燈則做得更加小。小功率的鹵鎢燈與反射器一起，組成一種密封式的燈具，把它裝在礦工的帽子上，在井下使用，效果特別好。

熒光燈的光效比白熾燈高4～5倍。新穎的熒光燈，燈管越來(lái)越細(xì)，汞放電時(shí)的電子溫度會(huì)上升，產(chǎn)生的紫外線容易激發(fā)管壁上的熒光粉，可節(jié)電5%～10%。在熒光燈內(nèi)，采用高光效的熒光粉，它的光效可達(dá)90流明/瓦左右。

馬路上的照明燈，是車輛和行人夜間行走不可缺少的光源燈。過(guò)去一般采用熒光高壓汞燈。這種燈由于照明亮度低、汞光譜線中紫外線較多，容易刺激司機(jī)的眼睛，引起他們視覺疲勞?，F(xiàn)在用的高壓鈉燈就不會(huì)產(chǎn)生眩光作用，它的亮度高、均勻、清晰度好，很受駕駛員的歡迎。即使是在霧天，高壓鈉燈也能穿透霧層，為道路帶來(lái)光明。它發(fā)出金黃色光線，光效可達(dá)110流明/瓦，壽命長(zhǎng)達(dá)8000小時(shí)，是非常理想的路燈。

性能優(yōu)越的燈

如今LED燈以其優(yōu)越的性能特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活中，其使用壽命在5萬(wàn)小時(shí)以上。未來(lái)的電燈將要比它更加優(yōu)越。

未來(lái)的電燈將是長(zhǎng)明燈。永久燈外型似白熾燈，其實(shí)是一種無(wú)極熒光燈。它的管壁也涂有熒光粉，充有一定的汞氣，但沒(méi)有電極和啟動(dòng)器附件。它靠變換電路點(diǎn)燃，在燈泡內(nèi)形成環(huán)形放電區(qū)，建立很強(qiáng)的電磁場(chǎng)。在磁力線的作用下，汞蒸氣釋放出大量紫外線，去激活熒光粉而發(fā)光。永久燈沒(méi)有鎢絲，不怕電極被燒斷，壽命更長(zhǎng)。它使用高頻振蕩變換電路，比熒光燈更節(jié)電，但其發(fā)光機(jī)理比較復(fù)雜。

未來(lái)的電燈將是節(jié)能燈。正在設(shè)計(jì)中的異型節(jié)能燈，具有較高的光效，比一般日光燈節(jié)電50%，壽命長(zhǎng)一倍;比白熾燈節(jié)電83%，是一種全日光型的熒光燈。7瓦節(jié)能燈相當(dāng)于40瓦的燈泡，11瓦節(jié)能燈相當(dāng)于60瓦燈泡。

未來(lái)的電燈將是高效燈。金屬鹵化物燈將發(fā)揮它高光效的特點(diǎn)。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，一種聚碳酸酯塑料將用來(lái)制作新穎的燈泡。這種燈，光線擴(kuò)散均勻，不刺眼睛，又具有耐沖擊和重量輕的特點(diǎn)。

燈具革命見證著我國(guó)的發(fā)展變化，眩光四射的照明已經(jīng)變得光亮柔和，可以隨心所欲地控制調(diào)節(jié)。照明與科學(xué)藝術(shù)相結(jié)合，給人們的家庭生活帶來(lái)溫馨與幸福。