灯是人类征服黑夜的一大发明。19世纪前人们用油灯、蜡烛等来照明,只有发电机的诞生,才使人类拥有各色各样的电灯使世界大放光明,把黑夜变为白昼。白炽灯是我们日常生活中常见的照明器材,也是当今世界上主要的照明工具之一。白炽灯的应用包含了力、热、光、电等方面的知识。你对它了解吗?
问1:白炽灯是谁发明的?
答:发明大王爱迪生于1879年发明的。
问2:白炽灯利用什么原理制成的?
答:利用电流的热效应原理制成的。白炽灯工作时,将电能转化为内能和光能。
问3:制造白炽灯的材料可以分为哪两类?
答:导体和绝缘体。属于导体的有:铁螺扣套、锡块、钨丝、金属支架;属于绝缘体的有:玻璃隔离层、玻璃支柱、玻璃泡。
问4:白炽灯的灯丝是用什么材料做的?它为什么会发光?能用其他材料做灯丝吗?
答:白炽灯的灯丝是用熔点高的钨做的。当电流通过时,灯丝温度达2500℃以上,灯丝发热到白炽状态,发出明亮的光,其他金属的熔点低于灯丝发光时的温度,易熔化,所以,不能用其他金属代替钨丝做灯丝。
问5:常见白炽灯有哪几种?
答:常用的白炽灯泡有螺丝口和卡口两种。螺丝口灯泡的灯丝两头各焊接一根金属丝,这两根金属丝分别焊在灯泡尾部中心的金属块和螺旋上。卡口灯泡中焊接在灯丝两头的两根金属丝,都从灯泡尾部伸出,分别用锡焊住。
问6:用久的灯泡灯壁为什么发黑?
答:这是灯丝升华后又凝华在灯壁上造成的。
问7:普通家用白炽灯为何制成鸭梨形?
答:电灯泡的灯丝是用金属钨制成的。通电后,灯丝发热,温度高达2500℃以上。金属钨在高温下升华,一部分金属钨的微粒便从灯丝表面跑出来,附着在灯泡内壁上。时间一长,灯泡就会变黑,降低亮度,影响照明。
科学家们根据气体对流是自下而上的特点,在灯泡内充有少量惰性气体,并把灯泡做成梨形。这样,灯泡内的惰性气体对流时,金属钨蒸发时的黑色微粒大部分被气体卷到上方,凝结沉积在灯泡的颈部,便可保持玻璃透明,使灯泡亮度不受影响。
问8:电灯的玻璃泡为什么厚度均匀,而且很薄?
答:这是为了防止玻璃泡内外受热不均匀热膨胀胀破玻璃泡。
问9:灯泡的铁螺扣套为什么有花纹?
答:为了增大灯口螺套和灯头之间的摩擦。
问10:在铁螺扣套与灯丝连线之间的玻璃隔离层起什么作用?
答:绝缘。
问11:灯泡内为什么要抽成真空或充入一些惰性气体?
答:因为真空和惰性气体是热的不良导体,可以隔热,还可以防止灯丝在高温下氧化。充入一些惰性气体,还可以减少钨丝升华。
问12:真空的灯泡摔碎时会很响,这是为什么呢?
答:我们先来看马德堡半球实验中的一段话:把两个直径三十多厘米的空心铜半球紧贴在一起,用抽气机抽出球内的空气,然后用两队马向相反的方向拉两个半球,“连16匹马(拼命挣扎着)都不能把它们拉开,或者只有费了很大的劲才能拉开它们,当马用尽了全力把两个半球最后拉开的时候,还发出了很大的响声,像放炮一样。”像放炮一样的响声是怎么发出的呢?这是由于两半球内部是真空(或接近真空),球里面气体的压强很小,远小于球外面的大气压强,当球被拉开的时候,半球周围的空气就会填充真空部分的空间,使空气振动,从而发出很大的响声。
同样的道理,当真空的灯泡落在地上摔碎的瞬间,由于灯泡内部气体的压强远小于灯泡外的大气压强,灯泡周围的空气填充真空部分发生碰撞而发出很大的响声。
问13:白炽灯的灯丝为何绕成螺旋状?
答:这主要是为了通电时减少灯丝的热损失,以提高灯丝温度和发光效率。
问14:你能凭外观来判断灯泡的功率吗?
答:能。灯丝越粗,电阻越小,额定电压相同时,灯泡的额定功率越大;灯丝越细,电阻越大,灯泡的额定功率越小。
问15:为什么用久的白炽灯通常要比相同规格的新白炽灯暗些?
答:这是因为灯丝发生升华而变细,从而使灯电阻变大,通过灯丝的电流变小,当电压不变时,实际功率变小。
问16:为什么夏天在家里打开大功率的空调等用电器时,室内的灯光变暗?
答:这是因为家庭电路中总功率增大时,干路电流增强,从而使干路上分担的电压增大,此时灯两端的电压变小,它的实际功率变小的缘故。
问17:灯丝断后又搭接上,为什么更亮了?
答:白炽灯的灯丝断了,搭上继续使用时,灯丝长度变短,电阻变小,灯泡两端电压不变,灯泡的实际功率变大,亮度变亮。由于此时灯的实际功率大于额定功率,因而灯丝过热更易熔断。
问18:当打开或闭合电灯时为什么收音机中会传来“喀喀”的杂声?
答:这杂声就是电路通断时发出的电磁波被收音机接收到而产生的。
问19:白炽灯的寿命有多长?
答:白炽灯寿命的终止主要是灯丝断裂。所以白炽灯的寿命主要取决于灯丝的寿命。白炽灯工作时,灯丝在高温下不断蒸发,截面逐渐变小,到一定程度就出现断裂。工作温度越高,灯丝蒸发得越快,寿命就越短。降低灯丝工作温度,能使灯丝的蒸发速度显著降低,所以可大大延长灯丝的寿命。但是灯丝工作温度降低后,发光效率就会明显降低。因此,生产厂家在权衡了寿命和光效之后,确定了一个适当的灯丝工作温度,在这个温度下工作,白炽灯的灯丝平均寿命为1000小时左右。
问20:灯泡断丝有哪些原因?
答:断丝的直接原因是高温时灯丝烧断。由于多种原因,白炽灯工作时整个灯丝的温度不可能完全均匀,处处相同。当某处的温度过高时,该处的灯丝(称作热点)因温度较高、蒸发较快。经过一定时间后,热点截面变得较小而电阻增大,随之温度更高,蒸发更快。如此循环下去,过不了多长时间,热点处的灯丝就会烧断而成为断点,结果造成灯泡寿命终止。质量合格的灯泡在额定电压下工作时,有的灯泡寿命短的在500小时以内,长的还可达1500小时以上。
热点突出是正常断丝的根本原因,要延长白炽灯的寿命,关键是延缓灯丝的热点突出之前热点发展的速度。有一点很清楚,断丝不是电动力破坏所致。断丝完全是热损坏。要使灯丝在瞬间烧毁,灯丝温度必须比正常工作温度高出许多才行。开灯的冲击电流虽然很大,但毕竟是冷态的瞬间电流,一旦灯丝温度达到正常工作温度时它就消失了。就是说,瞬间大电流是出现在灯丝高温工作之前。所以白炽灯的开灯电流冲击不是断丝的主要原因。至于很多白炽灯的断丝发生在开灯瞬间,则只是一种表面现象罢了。这些在开灯瞬间烧毁的灯泡,其灯丝的热点已经突出,寿命已临近终期,即使是在正常状态下,也用不了多少时间灯丝热点处就会断裂。
对于用户来说,真正能延缓灯丝热点发展的办法,就是通过降低灯泡的工作电压来降低灯丝工作温度,使灯丝的蒸发速度降低,从而有效延长灯丝的寿命。在电压偏高的情况下,这种办法不仅有效而且必要。如有些地方,夜间照明线路电压达到240伏,此时白炽灯的平均寿命将只有300小时左右。如能将电压降低为200伏,则新灯泡的平均寿命可延长到3600小时左右。不过随着灯泡工作电压降低,灯的亮度也随之降低到正常时的70%左右或更低。
问21:有新型高效节能白炽灯吗?
答:白炽灯的主要功能是产生可见光,用于照明,但白炽灯总能量中仅有15%左右产生可见光,75%的能量产生红外线辐射出去。新型高效节能白炽灯是在白炽灯的玻壳内,镀敷红外反射膜,使红外线反射回灯后提高灯丝温度的节能新产品。具有明显的节能效果,节能可达60%。
问22:我们家常用的照明光源是白炽灯和日光灯,看书学习为什么最好选择白炽灯?
答:我们只要把白炽灯(普通灯泡)与日光灯粗略比较一下,就不难得出结论。
白炽灯:发出的是黄色光,光线柔和,对眼睛的刺激较小、适应性强。只要在适宜亮度的白炽灯下看书学习,眼睛就不易疲劳。
日光灯:发出的是蓝光和白光,而缺少红色光波段,光谱不全,光谱能量分布是不连续的强光谱线,对眼睛的生理机能影响较大。此外,还有以下一些特点:(1)灯光闪烁(每秒出现50次以上明暗变化),使眼睛极易疲劳;(2)日光灯随着使用时间的积累,亮度会逐渐下降(使用后期只为初用时的50%),亮度下降后容易使眼睛疲劳,视力逐渐减退;(3)在相同亮度下日光灯所发出的光谱比白炽灯强得多,眼睛受此刺激会产生不适。
综上所述可见,看书学习使用白炽灯较有利于保护眼睛。这里有必要强调的是,日光灯存在的缺点,很不利于儿童、青少年视觉生理机能的正常发育,若长期使用极容易导致近视或近视程度加深,因此最好使用白炽灯。
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