電燈:用電作能源的人造照明用具-中文百科頻道

定義

電燈diàndēng

[Electric lamp;Electric light] 用電作光能源的燈

電燈（Electric lamp），最初名稱為白熾燈（Incandescent light bulb）。人工光源之一。它是電流把燈絲加熱到白熾狀态後用。

發明曆史

1809年，英國皇家研究院教授漢弗萊·戴維爵士（法拉第的老師）用2000節電池和兩根炭棒，制成世界上第一盞弧光燈。但這種燈産生的光線太強，隻能安裝在街道或廣場上，普通家庭無法使用。無數科學家為此絞盡腦汁，想制造一種價廉物美、經久耐用的家用電燈。

燈泡是哥伯爾在1854年時發明的，哥伯爾是移民到美洲的一名德國鐘表匠，他也是悲劇發明家名單中的一員，因為這些人都不懂得将他們的發明公諸于世。愛迪生同志就完全不同啦，在哥伯爾之後大約20年，他才發明了一顆類似的燈泡，而在1860年就做了一顆燈泡、一直改良到1878年至善至美的史旺，至少稍後還成為愛迪生的事業搭檔，反之，哥伯爾直到過世前夕，他與愛迪生的對壘才獲得法律上的承認，後者旋即從哥伯爾貧困的遺孀手上買下哥伯爾的專利權。

1879年10月21日，美國發明家愛迪生通過長期的反複試驗，終于點燃了世界上第一盞有實用價值的電燈。燈是人類征服黑夜的一大見證。從此，這位發明家的名字，就象他改造的電燈一樣，走入了千家萬戶。他，就是被後人贊譽為“發明大王”的愛迪生，為人類帶來了持久的光明。

1847年2月11日，愛迪生誕生于美國俄亥俄州的米蘭鎮。他是鐵路工人的孩子，小學未讀完就辍學，在火車上以賣報度日。其發明創造了電燈、留聲機、電影攝影機等1000多種成果，為人類做出了重大的貢獻。愛迪生12歲時，便沉迷于科學實驗之中，經過自己孜孜不倦地自學和實驗，16歲那年，便發明了每小時拍發一個信号的自動電報機。後來，又接連發明了自動數票機，第一架實用打字機、二重與四重電報機，自動電話機和留聲機等。有了這些發明成果的愛迪生并不滿足。他對電器特别感興趣，自從法拉第發明電機後，愛迪生就決心制造電燈，為人類帶來光明。1878年9月，愛迪生決定向電力照明這個堡壘發起進攻。他翻閱了大量的有關電力照明的書籍，決心制造出價錢便宜，經久耐用，而且安全方便的電燈。

實驗工作陷入了低谷，愛迪生非常苦惱，一個寒冷的冬天，愛迪生在爐火旁閑坐，看着熾烈的炭火，口中不禁自言自語道：“炭、炭……。”可用木炭做的炭條已經試過，該怎麼辦呢？愛迪生感到渾身燥熱，順手把脖子上的圍巾扯下，看到這用棉紗織成的圍脖，愛迪生腦海突然萌發了一個念頭：對！棉紗的纖維比木材的好，能不能用這種材料？他急忙從圍巾上扯下一根棉紗，在爐火上烤了好長時間，棉紗變成了焦焦的炭。他小心地把這根炭絲裝進玻璃泡裡，一試驗，效果果然很好。愛迪生非常高興，緊接又制造很多棉紗做成的炭絲，連續進行了多次試驗。燈泡的壽命達到了13小時，又一下子延長到45小時。

大家紛紛向愛迪生祝賀，可愛迪生卻無絲毫高興的樣子，搖頭說道：“不行，還得找其它材料！”“怎麼，亮了45個小時還不行？”助手吃驚地問道。“不行！我希望它能亮1000個小時，最好是16000個小時！”愛迪生答道。大家知道，亮1000多個小時固然很好，可去找什麼材料合适呢？愛迪生這時心中已有數。他根據棉紗的性質，決定從植物纖維這方面去尋找新的材料。于是，馬拉松式的試驗又開始了。凡是植物方面的材料，隻要能找到，愛迪生都做了試驗，甚至連馬的鬃，人的頭發和胡子都拿來當燈絲試驗。最後，愛迪生選擇竹這種植物。他在試驗之前，先取出一片竹子，用顯微鏡一看，高興得跳了起來。于是，把炭化後的竹絲裝進玻璃泡，通上電後，這種竹絲燈泡竟連續不斷地亮了1200個小時！這下，愛迪生終于松了口氣，助手們紛紛向他祝賀，可他又認真地說道：“世界各地有很多竹子，其結構不盡相同，我們應認真挑選一下！”

助手深為愛迪生精益求精的科學态度所感動，紛紛自告奮勇到各地去考察。經過比較，在日本出産的一種竹子最為合适，便大量從日本進口這種竹子。與此同時，愛迪生又開設電廠，架設電線。過了不久，美國人民便用上這種價廉物美，經久耐用的竹絲燈泡。竹絲燈用了好多年。直到1906年，愛迪生又改用鎢絲來做，使燈泡的質量又得到提高，一直沿用到今天。

電燈是19世紀末最著名的一項發明，也是愛迪生對人類最輝煌的貢獻。人們對愛迪生作出高度的評價：希臘神話中說，普羅米修斯給人類偷來了天火；而愛迪生卻把光明帶給了人類。愛迪生之後又發明了高功率的發電機，絕緣電線，分流電路等。愛迪生對于電燈的發明，推廣和應用中起到了巨大的貢獻。

發明争議

一般認為電燈是由美國人托馬斯·阿爾瓦·愛迪生發明的。但是，另一美國人亨利·戈培爾比愛迪生早數十年已發明了使用相同原理和物料、而且可靠的電燈泡，而在愛迪生之前很多其它人亦對電燈的發明作出了不少貢獻。1801年，英國一名化學家戴維将鉑絲通電發光。他在1810年亦發明了電燭，利用兩根碳棒之間的電弧照明。1854年亨利·戈培爾使用一根炭化的竹絲，放在真空的玻璃瓶下通電發光。他的發明今天看來是首個有實際效用的白熾燈。他當時試驗的燈泡已可維持400小時，但是并沒有及時申請設計專利。

1850年，英國人約瑟夫·威爾森·斯旺（Joseph Wilson Swan）開始研究電燈。1878年，他以真空下用碳絲通電的燈泡得到英國的專利，并開始在英國建立公司，在各家庭安裝電燈。

1874年，加拿大的兩名電氣技師申請了一項電燈專利。他們在玻璃泡之下充入氦氣，以通電的碳杆發光。但是他們無足夠财力繼發展這發明，于是在1875年把專利賣給愛迪生。

愛迪生購下專利後，嘗試改良使用的燈絲。1879年他改以碳絲造燈泡，成功維持13個小時。到了1880年，他造出的炭化竹絲燈泡曾成功在實驗室維持1200小時。但是在英國，斯旺控告愛迪生侵犯專利，并且獲得勝訴。愛迪生在英國的電燈公司被迫讓斯旺加入為合夥人。但後來斯旺把他的權益及專利都賣給了愛迪生。在美國，愛迪生的專利亦被挑戰。美國專利局曾判決他的發明已有前科，屬于無效。最後經過多年的官司，愛迪生才取得碳絲白熾燈的專利權。

工作原理

電燈是将電能轉化為光能，以提供照明的設備，其工作原理是：電流通過燈絲（鎢絲，熔點達3000多攝氏度）時産生熱量，螺旋狀的燈絲不斷将熱量聚集，使得燈絲的溫度達2000攝氏度以上，燈絲在處于白熾狀态時，就象燒紅了的鐵能發光一樣而發出光來。燈絲的溫度越高，發出的光就越亮。故稱之為白熾燈。

從能量的轉換角度看，電燈發光時，大量的電能将轉化為熱能，隻有極少一部分可以轉化為有用的光能。

電燈發出的光是全色光，但各種色光的成份比例是由發光物質（鎢）以及溫度決定的。比例不平衡就導緻了光的顔色的偏色，所以在電燈下物體的顔色不夠真實。（即顯色性不高）

發黑原因

在電燈内發亮的是鎢絲，鎢絲可以在很高的溫度下保持穩定而不會融化，而是直接

升華

成氣體，等關燈後，溫度下降，鎢氣又重新凝華成固體覆在了燈泡内壁上，因為鎢是黑色固體，所以電燈用久了以後，鎢在燈内壁反複累集，燈泡就會變黑了。

電燈是有壽命的，一般發黑後，壽命也就不長了，黑色的燈泡會影響照明質量，而且也不美觀，所以用時間太長發黑的燈泡不如盡快換掉，尤其是顯眼位置，需要良好照明的地方要盡早的換，以免燈泡突然壞掉而沒有備用燈泡，影響的正常的照明和生活，造成各種不便。

電燈的壽命跟燈絲的溫度有關，因為溫度越高，燈絲就越容易升華（鎢直接變成鎢氣），當鎢絲升華到比較細瘦時，通電後就很容易燒斷，從而結束了燈的壽命。所以，電燈的功率（瓦數）越大，壽命就越短。

效能比較

大部分電燈會把消耗能量中的90%轉化成無用的熱能，隻少于10%的能量會成為光。相比之下，螢光燈（Fluorescent lamp，亦稱光管）的效率高很多，接近40%，所産生的熱隻是相同亮度的電燈的六分一。故此很多地方，特别是夏天需要空氣調節的商場、大樓都會使用螢光燈照明以節省電力。小型的螢光燈（節能燈泡）把螢光燈及啟動電子結合，使用标準電燈泡的接口，用以替代普通電燈泡。例如一個26瓦的節能燈泡，發出的亮度為11瓦，熱量為15瓦。發出相同亮度11瓦的電燈泡耗電多四倍，達100瓦；放出熱量多六倍，達90瓦。

是鹵素燈了。鹵素和鎢利用溫差在燈泡内部進行分解與合成的循環，以延長燈絲壽命。但是石英玻璃并不能像普通玻璃那樣隔離紫外光。所以，如果你長時間暴露在它的紫外光照射下，皮膚會變成古銅色。

種類及用途

照明電光源一般分為白熾燈、氣體放電燈和其他電光源三大類，在綠色照明工程中，可根據具體情況，選擇各種

光源。

（

鹵鎢燈

（tungsten halogen lamp）

填充氣體内含有部分鹵族元素或鹵化物的充氣白熾燈。具有普通照明白熾燈的全部特點，光效和壽命比普通照明白熾燈提高一倍以上，且體積小。

用途：會議室、展覽展示廳、客廳、商業照明、影視舞台、儀器儀表、汽車、飛機以及其它特殊照明。

氣體

(discharge lamp)

1.低氣壓放電燈( low pressure (vapor) discharge lamp) 熒光燈(fluorescent lamp）

熒光燈

（俗稱日光燈）

特點：光效高、壽命長、光色好。

熒光燈有直管型、環型、緊湊型等，是應用範圍十分廣泛的節能照明光源。

用直管型熒光燈取代白熾燈，節電70~90%，壽命長5~10倍；

對直管型熒光燈進行升級換代，節電15~50%；

用緊湊型熒光燈取代白熾燈，節電70~80%，壽命長5~10倍；

氣體放電燈

(high intensity discharge lamp-HID)

高強度氣體放電燈有：熒光高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈。

高壓汞燈

特點：壽命長、成本相對較低。

用途：道路照明、室内外工業照明、商業照明。

高壓鈉燈

特點：壽命長、光效高、透霧性強。

用途：道路照明、泛光照明、廣場照明、工業照明等。

鹵化物燈

特點：壽命長、光效高、顯色性好。

用途：工業照明、城市亮化工程照明、商業照明、體育場館照明以及道路照明等。

陶瓷金屬燈

特點：性能優于一般金鹵燈。

用途：商場、櫥窗、重點展示及商業街道照明。

低壓鈉燈

特點：發光效率特高、壽命長、光通維持率高、透霧性強，但顯色性差。

用途：隧道、港口、碼頭、礦場等照明。

高頻無極燈

（electrodeless lamp）

特點：超長壽命（40000~80000小時）、節能、無電極、瞬間啟動和再啟動、無頻閃、顯色性好。

用途：公共建築、商店、隧道、步行街、高杆路燈、保安和安全照明及其他室外照明。

鹵素燈泡

鹵素燈（Halogen lamp），亦稱鎢鹵燈泡，是白熾燈的一種。原理是在燈泡内注入碘或溴等鹵素氣體。在高溫下，蒸發的鎢絲與鹵素進行化學作用，蒸發的鎢會重新凝固在鎢絲上，形成平衡的循環，避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素燈泡比白熾燈更長壽。此外，鹵素燈泡亦能以比一般白熾燈更高的溫度運作，它們的亮度及效率亦更高。不過在這溫度下，普通玻璃可能會軟化。因此鹵素燈泡需要采用熔點更高的石英玻璃。而由于石英玻璃不能阻隔紫外線，故此鹵素燈泡通常都而需要另外使用紫外線濾鏡。鹵素燈泡上的水晶玻璃如果有油，會造成玻璃上溫度不一，減低燈泡的壽命。因此換鹵素燈泡時要避免人手觸及燈泡的玻璃。

用途：汽車前燈，賓館/酒店大廳，展台照明。

LED燈

發光原理

50年前人們已經了解半導體材料可産生光線的基本知識，第一個商用二極管産生于1960年。LED是英文light emitting diode（發光二極管）的縮寫，它的基本結構是一塊電緻發光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然後四周用環氧樹脂密封，起到保護内部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。

LED結構

發光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱

為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電緻發光原理制作的二極管叫發光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀态時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顔色的光線，光的強弱與電流有關。

LED光源的特點

1.電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據産品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特别适用于公共場所。

2.效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%

3.适用性：很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且适合于易變的環境

4.穩定性：10萬小時，光衰為初始的50%

5.響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級

6.對環境污染：無有害金屬汞

7.顔色：改變電流可以變色，發光二極管方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和帶隙，實現紅黃綠籃橙多色發光。如小電流時為紅色的LED，随着電流的增加，可以依次變為橙色，黃色，最後為綠色

8.價格：LED的價格比較昂貴，較之于白熾燈，幾隻LED的價格就可以與一隻白熾燈的價格相當，而通常每組信号燈需由上300～500隻二極管構成。

LED顯示器

現代顯示屏使用LED做背光源的顯示技術。

無繩

美國麻省理工學院研究人員2007年6月10日進行了“無繩燈泡”的實驗。由索爾賈希克領導的研究小組利用兩個銅絲線圈充當共振器，一個線圈與電源相連，作為發射器；另一個與台燈相連，充當接收器。結果，他們成功地把一盞距發射器2.13米開外的60瓦電燈點亮。而且試驗顯示“無線電能傳輸”技術對人類無害，因為電磁場隻對能與之産生共振的物品有影響

新發明

重力電燈”依靠重力産生電力，其亮度相當于一個12瓦的日光燈，且使用壽命長。

來自美國弗吉尼亞州的克雷·毛爾頓，在弗吉尼亞科技大學獲得了碩士學位。他的研究課題是一種使用發光二極管制成的燈具，這種燈具被命名為“格拉維亞”，它事實上是一個高度略大于4英尺(約1.21米)、由丙烯酸材料做成的柱體。這種燈具的發光原理是：燈具上的重物在緩緩落下時帶動轉子旋轉，由旋轉産生的電能将給燈具通電并使其發光。

這種燈具的光通量為600至800流明(相當于一個12瓦日光燈的亮度)，持續時間為4小時。要打開燈具，操作者隻需将燈上的重物從底端移到頂部，将其放進頂部的凹槽裡。讓重物緩緩下降，隻需幾秒鐘，這種發光二極管燈具即被點亮。

克雷·毛爾頓說，操作這種燈當然要比按開關麻煩，但仍可接受，而且更顯有趣，這就好比給一款古典的鐘表上弦或悠然自得地沖上一杯可口的咖啡。毛爾頓估計，格拉維亞燈具的使用壽命可以達到200年以上。這種名為“格拉維亞”的燈具已經申請并獲得了專利。