小问题大道理
日期：2008-5-3 15:30:38 来源：本站整理
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日常生活中用的灯泡是大家都熟悉的。可是这其中有很多小知识也是平常熟视无睹的。灯泡的“泡”字。灯泡和水是不沾边的。可偏偏用了一个三点水旁，你说奇怪不奇怪。为何不用“炮”、“光包”。既然大家都这样用，我们也就这样写。现在来说说白炽灯泡的阻值问题。白炽灯泡的阻值在平常不装上通电时，我们用万用表量其阻值，几乎量不出阻值。我们不防实际找个灯泡量一下。现在问题就来了，没有阻值的话，一通电不就烧了吗？可是灯泡偏偏不烧。
我们以40W灯泡为例来说。40W的灯泡接入220V照明线路中。根据公式R=U2/P算出电阻是1210Ω。电流是I=U/R=220/1210=0.18A。可实际测量灯泡电阻为100Ω左右。这样算出电流为I=U/R=220/100=2.2A。2.2A与0.18A相比12倍之多。这还不把灯泡烧坏吗？可灯泡偏偏没有烧坏。并且亮得很好。这是怎么回事呢？
这就是金属材料的一个特性：导体的电阻与导体的温度有关，一般金属材料的电阻是随温度的升高而增加，但电解液导体是随温度的升高而降低。考虑温度影响时的电阻，应为：R2=R1｛1+α（t2－t1）｝其中α——导体材料的电阻温度系数，即温度每增加1℃时，导体电阻的变化值与原电阻值的比值；
R1——温度为t1时的电阻值，Ω；
R2——温度升高到t2时的导体的电阻，Ω。
所以说灯泡是不会烧坏的，就是因为灯泡通电后电阻急速上升到正常值。还有就是要选钨丝，因为钨的熔点很高，所以，爱迪生经过上万次实验，选定了钨作为白炽灯的灯丝。 但是，即使这样，钨在高温下，也会与空气中的氧气发生反应，即被氧化，减少了钨丝的使用寿命。所以，后来的灯泡都被抽成真空的。但是后来人们发现，往被抽成真空的灯泡中加入稀有气体氦气则会更延长灯泡的寿命。 灯泡内是有少量氦气的。而且只有少量氦气。
现在人们不光利用金属的这种特性做灯泡来用，而且利用它的这种特性进行电机温升的测量。我们平常用电阻法测量电机的温升就是利用了金属的电阻随温度的升高而变大这一原理。并且有好多厂家还制成了温升测试仪。半自动和自动测试的都有。还有软件使用起来更方便。可见从灯泡里面我们也能学到好多现代知识，只要你是有心人。下面是从网上找到的。附录后面，以供大家深学，共同提高。
燈泡靠著加熱內部的燈絲（燃點高的鎢絲），使其達到高溫（約 2500℃）。
藉由 熱輻射 而產生可見光。 當物體的溫度低於 400℃時，所輻射出的電磁波大多為人的眼睛所無法偵測的紅外線。高於400℃時 在暗室內人眼可以感受微弱的亮光。當溫度逐漸增高時， 不僅可見光的強度會增強，顏色也會由暗紅（500℃）轉澄，轉 黃 而至 白光。在 1700℃時會輻射出類似蠟燭的橘紅色光。若溫度達 5800℃則能產生如太陽一般的光線。
物體 熱輻射會產生各種不同頻率（波長）的電磁波。
如上圖依照波長由長而短，有 AM 收音機（數百公尺），短波(short wave)，VHF/UHF 及 FM（公尺）等無線電波。微波(microwave)，紅外線（Infrared light)，可見光， 紫外光(Ultraviolet)，X-射線，以及 Gamma射線。人眼所能觀測到的可見光，只是電磁波譜內的極小段。 燈泡燈絲所發出來的熱輻射主要在 紅外線，可見光以及紫外光的小範圍內。 卻恰好包含著對人眼所能觀測的可見光。
物體 熱輻射所發出的電磁波 不同波長（或頻率）的強度分佈，我們稱為頻譜。
熱輻射頻譜 與 溫度及表面的性質有關（吸收與輻射電磁波的能力），
對於 鎢絲而言，射入表面的電磁波 幾乎百分之百會被吸收。（吸收與輻射係數為 1）
因此 其熱輻射 接近 頻譜只與溫度有關的黑體輻射。
上圖是三種不同溫度的黑體所輻射出的頻譜圖。可以發現 燈泡並不是一種很有效率的發光裝置。 大部份的熱輻射都在紅外線（熱）的部份，約僅有 5% 的能量屬於可見光的範圍。 只有當溫度超過 5000℃時，才會有大部份的能量在可見光範圍內。 因為 燈絲溫度較太陽光低，因此紅黃部份頻率光線較強。本世紀的照明改良都在如何提高發光效率與 頻譜的改進。
黑體輻射（單位時間單位波長所輻射能量密度）頻譜所遵循的公式
3000K 4000K 5000K6000K 7000K 8000K 的黑體輻射能譜
上圖是一個黑體在不同溫度時所輻射出在可見光範圍內光線的顏色。燈絲的加熱是靠 帶電粒子在燈絲內流動時，將電能藉由碰撞轉換為燈絲的熱能。燈絲的溫度會逐漸升高直到 輸入的熱能 與 燈絲的熱輻射功率 相等時，達到熱平衡。 最早期的燈絲，是採用 碳(carbon)與白金(platinum)。 碳原本是最有希望的材料。1879年 愛迪生 曾經試用碳燈絲 且 使用了 數百小時。 雖然『碳』有極高的熔點（3550℃），但是卻有著低的 『昇華』溫度。 在低溫時直接由固體昇華為氣態。因此很容易消耗，使用壽命短。 而且必須完全隔絕空氣（會在空氣內燃燒）。 目前幾乎都是使用 熔點為 （3410℃）的鎢絲，優點是低於熔點時其『昇華』的速率較低。因此可以加熱到較 『碳絲』更高的溫度。
鎢絲一樣會在空氣中燃燒，因此需要燈泡抽成真空。 為了使 更多的電能能夠轉換成 熱能，必須要增加『鎢絲』的電阻，因此 想方法 使其 增長且變細。如右圖 60瓦特的鎢絲 直徑約 25 微米（25μm ，約頭髮直徑的 1/4) 長度約 2 公尺（沒錯），纏繞成僅 2公分長的細圈。為了減少最後燈絲直線長度， 通常燈絲都是先繞成直徑0.25mm（釐米）的圈圈，再繞成螺旋狀的燈絲。（由於製造不易，直到 1937年才成功製成） 為了避免燈絲的昇華，燈泡內注入了惰性氣體。這些氣體主要為 氬氣（argon) 並且不包含 氧氣。藉由碰撞使部份氣化的鎢原子 能夠重回燈絲。 雖然惰性氣體增加了燈絲的使用壽命，但是也付出了一些代價。原本真空的燈泡內 由於惰性氣體的存在 增加了熱的傳導與對流， 帶走了能量，於是降低了平衡的溫度。昇華的鎢氣 於惰性氣體內形成微弱的粒子也藉由 對流在燈泡內表面形成黑點。 由於氪氣是較不良的熱傳導體， 灌充 氪氣 的燈泡 比一般灌 氬氣的燈泡 有更高的效率發光，但是氪氣僅佔大氣中 百萬分之一的含量，因此製作成本高出較多。為了增加燈泡的使用壽命，可以加長 鎢絲的長度。讓熱能分佈在更長的空間內， 於是會降低燈絲的溫度，自然減低昇華的情形，也就延長了 燈泡的壽命。 可是 因為溫度也降低了，因此產生可見光的發光效率也降低了。 燈泡變得較暗，需要較高功率的燈泡才能產生相同的亮度。 雖然 增加了燈泡的使用壽命 省了點錢，但是所浪費的電能是否值得，就值得考量。 因此 長壽命燈泡通常使用在 不易更換 燈泡的場所 較划算。 若是使得燈絲的長度更長，其溫度溫度更低，甚至只發出暗紅的微弱燈光， 卻仍然可明顯的感受所發出的熱（紅外線）。 另外對於早期照相使用的閃光燈，為了要能產生更接近於太陽光的頻譜，於是縮短其燈絲長度，使其在更高的溫度下工作，因此其工作壽命也就縮短為數小時。 （燈絲內加入的氣體，使得所產生的頻譜相當於約4500℃黑體的頻譜--高於燈絲溫度）較高溫的頻譜對於彩色照相有重要的影響， 一般燈泡會顯示過多紅色部份的影像（為什麼呢？）。滷素燈則可產生較高溫的頻譜，卻不至於像閃光燈般的短壽命。
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日常生活中用的灯泡是大家都熟悉的。可是这其中有很多小知识也是平常熟视无睹的。灯泡的“泡”字。灯泡和水是不沾边的。可偏偏用了一个三点水旁，你说奇怪不奇怪。为何不用“炮”、“光包”。既然大家都这样用，我们也就这样写。现在来说说白炽灯泡的阻值问题。白炽灯泡的阻值在平常不装上通电时，我们用万用表量其阻值，几乎量不出阻值。我们不防实际找个灯泡量一下。现在问题就来了，没有阻值的话，一通电不就烧了吗？可是灯泡偏偏不烧。
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我们以40W灯泡为例来说。40W的灯泡接入220V照明线路中。根据公式R=U2/P算出电阻是1210Ω。电流是I=U/R=220/1210=0.18A。可实际测量灯泡电阻为100Ω左右。这样算出电流为I=U/R=220/100=2.2A。2.2A与0.18A相比12倍之多。这还不把灯泡烧坏吗？可灯泡偏偏没有烧坏。并且亮得很好。这是怎么回事呢？
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这就是金属材料的一个特性：导体的电阻与导体的温度有关，一般金属材料的电阻是随温度的升高而增加，但电解液导体是随温度的升高而降低。考虑温度影响时的电阻，应为：R2=R1｛1+α（t2－t1）｝其中α——导体材料的电阻温度系数，即温度每增加1℃时，导体电阻的变化值与原电阻值的比值；
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R1——温度为t1时的电阻值，Ω；
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R2——温度升高到t2时的导体的电阻，Ω。
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所以说灯泡是不会烧坏的，就是因为灯泡通电后电阻急速上升到正常值。还有就是要选钨丝，因为钨的熔点很高，所以，爱迪生经过上万次实验，选定了钨作为白炽灯的灯丝。 但是，即使这样，钨在高温下，也会与空气中的氧气发生反应，即被氧化，减少了钨丝的使用寿命。所以，后来的灯泡都被抽成真空的。但是后来人们发现，往被抽成真空的灯泡中加入稀有气体氦气则会更延长灯泡的寿命。 灯泡内是有少量氦气的。而且只有少量氦气。
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因此 其熱輻射 接近 頻譜只與溫度有關的黑體輻射。
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上圖是三種不同溫度的黑體所輻射出的頻譜圖。可以發現 燈泡並不是一種很有效率的發光裝置。 大部份的熱輻射都在紅外線（熱）的部份，約僅有 5% 的能量屬於可見光的範圍。 只有當溫度超過 5000℃時，才會有大部份的能量在可見光範圍內。 因為 燈絲溫度較太陽光低，因此紅黃部份頻率光線較強。本世紀的照明改良都在如何提高發光效率與 頻譜的改進。
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黑體輻射（單位時間單位波長所輻射能量密度）頻譜所遵循的公式
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鎢絲一樣會在空氣中燃燒，因此需要燈泡抽成真空。 為了使 更多的電能能夠轉換成 熱能，必須要增加『鎢絲』的電阻，因此 想方法 使其 增長且變細。如右圖 60瓦特的鎢絲 直徑約 25 微米（25μm ，約頭髮直徑的 1/4) 長度約 2 公尺（沒錯），纏繞成僅 2公分長的細圈。為了減少最後燈絲直線長度， 通常燈絲都是先繞成直徑0.25mm（釐米）的圈圈，再繞成螺旋狀的燈絲。（由於製造不易，直到 1937年才成功製成） 為了避免燈絲的昇華，燈泡內注入了惰性氣體。這些氣體主要為 氬氣（argon) 並且不包含 氧氣。藉由碰撞使部份氣化的鎢原子 能夠重回燈絲。 雖然惰性氣體增加了燈絲的使用壽命，但是也付出了一些代價。原本真空的燈泡內 由於惰性氣體的存在 增加了熱的傳導與對流， 帶走了能量，於是降低了平衡的溫度。昇華的鎢氣 於惰性氣體內形成微弱的粒子也藉由 對流在燈泡內表面形成黑點。 由於氪氣是較不良的熱傳導體， 灌充 氪氣 的燈泡 比一般灌 氬氣的燈泡 有更高的效率發光，但是氪氣僅佔大氣中 百萬分之一的含量，因此製作成本高出較多。為了增加燈泡的使用壽命，可以加長 鎢絲的長度。讓熱能分佈在更長的空間內， 於是會降低燈絲的溫度，自然減低昇華的情形，也就延長了 燈泡的壽命。 可是 因為溫度也降低了，因此產生可見光的發光效率也降低了。 燈泡變得較暗，需要較高功率的燈泡才能產生相同的亮度。 雖然 增加了燈泡的使用壽命 省了點錢，但是所浪費的電能是否值得，就值得考量。 因此 長壽命燈泡通常使用在 不易更換 燈泡的場所 較划算。 若是使得燈絲的長度更長，其溫度溫度更低，甚至只發出暗紅的微弱燈光， 卻仍然可明顯的感受所發出的熱（紅外線）。 另外對於早期照相使用的閃光燈，為了要能產生更接近於太陽光的頻譜，於是縮短其燈絲長度，使其在更高的溫度下工作，因此其工作壽命也就縮短為數小時。 （燈絲內加入的氣體，使得所產生的頻譜相當於約4500℃黑體的頻譜--高於燈絲溫度）較高溫的頻譜對於彩色照相有重要的影響， 一般燈泡會顯示過多紅色部份的影像（為什麼呢？）。滷素燈則可產生較高溫的頻譜，卻不至於像閃光燈般的短壽命。 本新闻共2页,当前在第1页1 2
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