關(guān)于電燈的昨天、今天和明天

廖婧儀

【摘要】 電燈是人類征服黑夜的一大發(fā)明，自電燈發(fā)明以來，它大大推動了人類發(fā)展。而隨著社會的進步和科技的發(fā)展，電燈的種類越來越多，效能越來越好，節(jié)能能力越來越強，外形也越來越美觀。本文通過對三種具時代代表性的電燈：白熾燈、熒光燈、LED燈在各個方面上的對比和研究，得出電燈發(fā)展的規(guī)律和特點，研究發(fā)現(xiàn)LED燈在各個方面上都要比白熾燈、熒光燈更勝一籌，特別是節(jié)能功效十分顯著。

【關(guān)鍵詞】 白熾燈 熒光燈 LED燈 工作原理 效能 節(jié)能效果

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2015）04-089-02

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了解電燈的發(fā)展歷程能夠有利于我們從側(cè)面更加深入地體會社會的發(fā)展和進步。電燈在各個特點上的發(fā)展應(yīng)該是越來越符合時代的需求，越來越能體現(xiàn)科技的進步。白熾燈、熒光燈、LED燈在外形、工作原理、主要結(jié)構(gòu)和材料、發(fā)光效能、主要用途、節(jié)能效果上有何區(qū)別？本文對三種具時代代表性的電燈：白熾燈、熒光燈、LED燈在各個方面上進行對比和研究。

一、白熾燈

圖1 白熾燈結(jié)構(gòu)圖

我們常見的白熾燈多為梨形結(jié)構(gòu)，體積較小。燈絲通電加熱達到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見光。普通的白熾燈主要由玻殼、燈絲、導(dǎo)線、感柱、燈頭組成。（見右上圖）。玻殼的材料是耐熱玻璃，耐熱性能較好，工作時最高溫度可達到100℃左右。燈絲是做成螺旋結(jié)構(gòu)的鎢絲，熔點高、電阻率較大、強度好，是所有純金屬中制造白熾燈燈絲的最好材料。導(dǎo)線由內(nèi)導(dǎo)線、杜美絲和外導(dǎo)線三部分組成，主要材料是銅絲和鍍鎳鐵絲。感柱是一個喇叭形的玻璃零件，連著玻殼，起到了固定金屬部件的作用。燈頭是連接燈座和接通電源的金屬件，用焊泥把它同玻殼粘貼在一起。

表1 PHILIPS三種普通不同功率的白熾燈比較

如表1所示，普通白熾燈的功率在25W-60W的范圍內(nèi)，平均壽命一般為1000個小時左右。

二、熒光燈

常見的熒光燈多為直管型。傳統(tǒng)型熒光燈即低壓汞燈，是利用低氣壓的汞蒸氣在放電過程中輻射紫外線，從而使熒光粉發(fā)出可見光的原理發(fā)光。熒光燈電路由燈管、鎮(zhèn)流器、啟輝器以及電容器等部件組成（見圖2），各部件的結(jié)構(gòu)和工作原理如下。

圖2 熒光燈組成電路

熒光燈管是一支玻璃管，內(nèi)壁涂有一層熒光粉，不同的熒光粉可以發(fā)出不同的顏色。鎮(zhèn)流器是與熒光燈管相串聯(lián)的一個元件，鎮(zhèn)流器限制燈管的電流，產(chǎn)生足夠的自感電動勢，啟輝器是一個小型的輝光管，在小玻璃管內(nèi)充有氖氣，并裝有兩個電極。電容器是一個為了改善線路功率因素的，在電源處并聯(lián)的一個大小適中的儀器。

普通熒光燈的功率一般在20W以下，光通量比較大。（見表2比較）。

表2 雷士照明幾種不同功率的普通熒光燈的比較

三、LED燈

LED，（LightEmittingDiode），即發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器體，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結(jié)。當電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED燈發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

表3 PHILIPS幾種不同功率LED燈泡比較

四、三種燈比較分析

在發(fā)光效率方面，普通白熾燈光效為12-24流明/瓦，熒光燈為50-70流明/瓦，LED燈則可達到50-200流明/瓦。明顯是LED燈的發(fā)光效率要遠遠高于其他兩種燈。在白熾燈發(fā)光的時候，80%的電能會轉(zhuǎn)化為熱能，僅僅有20%的電能可以轉(zhuǎn)化為光能。

在用電量方面，LED一千小時僅耗幾度電，普通60W白熾燈十七小時耗1度電，普通10W節(jié)能燈一百小時耗1度電。所以LED燈的耗電量明顯更加少。

在使用壽命方面，白熾燈、熒光燈、是采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒，熱沉積、光衰減等特點，而采用LED燈體積小，重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強機械沖擊和震動，不易破碎，平均壽命達10萬小時，LED燈具使用壽命可達5-10年，可以大大降低燈具的維護費用避免經(jīng)常換燈之苦。

從發(fā)展前景看，近年來許多科技行業(yè)的人員都在研究LED技術(shù)，LED燈形式多樣，節(jié)能效果最好，未來一定會有更加高水平的利用，另一方面，由于白熾燈的耗電量大，壽命短，性能遠低于新一代的新型光源，為了節(jié)能環(huán)保，保護環(huán)境，白熾燈已被一些綠色光源所代替，被要求漸漸退出市場，一些國家已禁止生產(chǎn)和銷售白熾燈。

五、結(jié)論

本文通過研究，分別了解了白熾燈、熒光燈、LED燈的基本構(gòu)造，各種燈都進行了不同功率下的比較，研究得出，在三種燈里面，白熾燈在各個方面明顯占劣勢，發(fā)光效率及環(huán)保效能均比較差，而熒光燈比較于白熾燈由于發(fā)光原理不同，在發(fā)光效率方面要進步很多，但是環(huán)保效能還有待提高，而LED燈在外形、發(fā)光效能、節(jié)能效果上明顯比白熾燈與熒光燈更占優(yōu)勢。廣泛使用LED燈能夠減少很多環(huán)境污染。如今只要能夠逐步解決LED燈在價格、材質(zhì)上的各種問題，白熾燈和熒光燈就會逐步被淘汰，LED燈將稱霸照明世界。

（指導(dǎo)老師：廖偉開）