白炽灯

发展简史

　　1．初期的白炽灯

　　1820—1821年, G·德拉律次试制铂丝白炽灯, 1841 年英国人摩雷取得过铂丝白炽灯的个专利。但铂的价格昂贵、电阻率小，如要增大电阻就必须做得很长。另外铂丝的熔点低，还没有达到白炽就熔断了。所以，铂丝白炽灯并无实用价值。

　　于是，人们将灯丝材料转向价廉易得、熔点高的碳（无定形碳的熔点为 3652℃）。1838年，比利时若巴尔提出把碳块置于真空环境里通电使其发光的设想。英国的斯旺按照这种思路，用一条碳化纸作灯丝，企图使电流通过它来发光，但是，因当时抽真空的技术还很差，灯泡中的残余空气使得灯丝很快烧断。1848 年移居美国的德国人海因里希·格贝尔把碳化的竹子纤维置于长玻璃管内并抽空其内气体，接在伏打电池组上，制成碳丝白炽灯。但终因无大功率廉价电源及制造麻烦、寿命短而未得到推广，被人遗忘。俄国亚·尼·罗德金把碳条置于密封的玻璃瓶内，通电后靠碳本身的燃烧来消除其内的氧气，碳条剩余的部分就构成了这种碳条白炽灯的灯丝。这是一种巧妙的除气方法。1873 年7 月11日，曾用这种灯取代了几盏煤气路灯，照亮了彼得堡阿布拉日亨斯基广场附近的街道，因此他还获得过彼得堡科学院颁发的奖状。但这种灯因玻璃瓶密封不严，有空气进入而寿命不长，也未能推广使用。

　　此后，俄国人雅布洛奇科夫(Jablochkoff)发明的“电烛”问世。它的做法是用绝缘的熟石膏将两个炭极隔开。当“电烛”被点燃时，绝缘层就与炭棒同速燃烧发出白炽光。从本质上看，这种“电烛”也是一种电弧灯，只是稍省些电。雅布洛奇科夫“电烛”在 1877 年被用作巴黎的歌剧院门前大道的照明，和伦敦泰晤士河岸的部分照明，但是这种“电烛”不能持久，最长也只能用两个小时。

　　2．实用白炽灯的诞生

　　1878 年，真空泵的出现，使斯旺有条件再度开展对白炽灯的研究。1879 年 1 月，他发明的白炽灯试验成功，并获得好评。

　　托马斯*爱迪生是一个社会发明家，他二十一岁就获得了他的项专利——电传投票尼录器。1876 年春天，不满三十岁的爱迪生带着工人迁到新泽西州一个名叫门洛帕克的偏僻村庄，创办门洛帕克实验所时，已经是公认的“发明家”了。

　　早在十九世纪六十年代，英国沿海的灯塔已使用弧光灯。1876 年，在费城举行的美国建国百周年展览会上，三盏露天的弧光灯放射出令人目眩的白色光芒。在 1878 年的巴黎博览会上，明亮的电弧灯给西联电报公司的总顾问留下了极为深刻的印象，他一回美国就劝爱迪生探索电弧灯运用在商业上的可能性。爱迪生以前也曾有很短一段时间试验过利用电来照明，但当时他由于专心致力于搞留声机而暂时将那工作搁在一边罢了。

　　1878 年 9 月初，爱迪生访问康涅狄克州的华莱士(BillWallace)。当时，华莱士在爱迪生面前把他的“远距离发电机”连接起来，并且点亮了一盏弧光灯，由此激发了他发明电灯的欲望。1878 年 9 月，爱迪生开始投入对电灯的研究，门罗公园的研究所成了研究电灯的战场。爱迪生是总指挥，有 7 个经验丰富的人当助手。

　　个出面支持爱迪生的人，是西方联合公司的总律师格罗斯维诺 p洛雷，很快又得到了西方联合公司总裁诺尔文格林博士的支持，同时也得到黄金与股票行情电报公司的主要股东特雷西 R 爱迪生的支持以及与摩根(j．P．Morgan)合伙经营企业的埃吉斯托 p 法布里(EgistoP．Fabbri)的支持。经过磋商，成立了一家股份公司―――“爱迪生电灯公司”，以便为试验提供经济援助和申请专利。他们拿出 30 万元来支持爱迪生搞电灯发明，跟他合伙办电灯公司，但持有爱迪生在电灯、电力和电热等方面的一切发明专利，并有权将这些发明专利以颁发特许证的形式卖给他人。

　　爱迪生重新用“炭”进行试验，原料是纤维或其他纸张。他在这些纸的表面涂上灯墨和沥青的混合物，再卷成毛衣针状，然后进行炭化处理。再把这种材料制作的灯丝连在线路上，它们在真空中发光，不过只能持续一、两个小时。爱迪生试验了 50 多种炭化纸，包括木制炭丝以及笤帚苗炭丝等等，都没有取得突破性进展。于是爱迪生将目光转向电阻要高、散热慢的铝和铂等金属，1878 年10月 5日，爱迪生提出了一份关于铂丝电灯的专利申请，专利号码是 214636。这种灯泡当时被称作“燃烧器”。灯丝之间再加一支金属棒。当灯丝热度接近铂丝的熔点时，金属棒便膨胀造成短路，灯泡温度降低，铂丝冷却的同时金属棒也冷却下来，于是电流再次通过。

　　爱迪生先后试用了包括各种金属、石墨、木材、稻草、亚麻、竹子等在内的 1600 多种耐热材料，最终认为延长白炽灯寿命的关键是提高灯泡的真空度和采用耗电少、发光强的耐热材料作灯丝。只要灯丝的价格足够便宜，“大家就会欢迎它的” 。1879 年秋，他采纳了助手阿普顿的建议，花巨资从英国买回一台德国斯普林格在 1865 年发明的那种以其姓氏命名的抽气机。利用这一先进的抽气机，他将灯泡内的空气抽到约 1Pa，后又抽到 0.1Pa 的高真空。他还在英国史璜的碳灯丝实验报告的启发下，指示其助手白契勒在密封 U 形坩锅内将棉线碳化，作白炽灯的灯丝。

　　爱迪生从一开始就认为炭丝是最理想的灯丝材料，当初放弃这种材料，是因为以前的真空度不够，炭丝熔化过速。现在，他又回到了炭丝的试验上，再次用各式各样的线、纤维和类似的物质作灯丝材料。这样，1879 年 10 月 21 日，终于在新泽西州门罗公园内，他的实验室里制成一盏持续点亮 45 小时才烧毁的碳化棉线作灯丝制成的灯泡，这种灯于 1880 年12 月 7 日被授予专利，标志着世界上盏白炽电灯就这样诞生了。接着，他将这种灯公开展出，曾照亮过他实验室所在地新泽西州洛帕克的主要街道。虽然这种灯离实用还有很远的距离，但后来人们仍将 1879 年 10 月21 日定为白炽灯的诞生日。

　　斯旺和爱迪生两位发明家的竞争十分激烈，专利纠纷几乎不可避免，后来，二个达成协议，合资组建了爱迪生－斯旺电灯公司，在英国生产白炽灯。白炽灯的发明，美国通常归功于爱迪生，英国则归功于斯旺。在英国，电灯发明一百周年纪念于 1978 年10 月举行，而美国则于一年后的 11 月举行。

　　由于这个竞争者的崛起，全世界的煤气公司的股票都严重地受到打击。纽约《导报》上刊载了一段来自伦敦的电文：“自爱迪生宣布其电灯分布之发明后，煤气股票一落千丈，竟暴跌票价 12%。伦敦注册煤气公司的股票竟跌落了 500 万以至 1000 万元。英国议院被这事弄得一筹莫展，只得召集会议，重新研究发光的整个问题。”

　　后来，爱迪生又发明了一种“金化法”，即将粗制的碳丝用汽油蒸气处理，使碳丝表面因碳氢化合物的分解而形成紧密的石墨层后，便变得更加均匀光滑，大大提高了碳丝的寿命。

　　成功并未使爱迪生停步，他继续寻找比碳化棉更坚固耐用的耐热材料。1880 年春天，他成功地用竹丝烧成的炭丝作为灯丝，使白炽电灯亮的时间延长到 1200 小时，这是只可以实用的白炽电灯。这种白炽灯和后来正式成功的电灯大致相同，只是发光的物质有些不同罢了。

　　1831 年，法拉第关于电磁感应的发现为制造发电机提供了科学依据。在惠斯通、威尔德、西门子、格拉姆、帕契诺蒂、阿尔特涅克等前期工作基础上，爱迪生于 1880 年已制出可为 1500 盏16 烛光灯泡供电的大型直流发电机，成功解决了电源问题。此后爱迪生又发明了配电盘、熔断器（保险丝）、旋转开关、螺口灯头、灯座、各种插座、计量用电量的电表。

　　他还采用了他以前的助手舒克尔的将白炽灯并联联接的主张，以便一只开关控制一盏灯，一灯出故障不致影响另外的灯。1882 年秋，他在纽约帕尔街（意译为“珍珠街”）建立了个发电厂，用六台直流发电机，其中的一台功率为 125马力，正式向 59 家用户的 300盏白炽灯供电。这是世界上个大型商用照明供电系统。从此，光明的使者来到了人间，白炽开始为千家万户带来新的生活。因此，爱迪生不仅发明了白炽灯泡，而已为整个社会组织了一种新的电力照明系统。

　　植物碳化纤维为灯丝的白炽灯仍有三大缺点：灯丝易折断，碳丝易耗蚀而短寿，发光强度和发光效率低下。科学家们的改进便针对着这三大缺点。

工作原理

　　白炽灯工作原理是：电流通过灯丝（钨丝，熔点达3000多摄氏度）时产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达2000摄氏度以上，灯丝在处于白炽状态时，就象烧红了的铁能发光一样而发出光来。灯丝的温度越高，发出的光就越亮。故称之为白炽灯。

特点

　　1、辐射光谱连续；

　　2、显色性好，近似Ra=100；

　　3、色温低，约在2500K-3200K（普通型号在2700K-2900K）；

　　4、光效低，约在9-34lm/W；

　　5、散热量大；

　　6、寿命短，约在1000h。

分类

　　白炽灯按用途可分为普通照明灯泡和专用照明灯泡。普通照明灯泡按其结构和外形又可分为无色（透明）灯泡、白色灯泡、乳白色灯泡、磨砂灯泡、彩色灯泡、单螺旋灯泡、双螺旋灯泡、球形灯泡、蘑菇形灯泡、摇曵形灯泡、反射型灯泡、螺口灯泡（灯头型号为E14、E27）、卡口（插口）灯泡（灯头型号为B14、B22）等等。专用照明灯泡有装饰灯泡、局部照明灯泡、道路机车灯泡、军用灯泡、照相摄相灯泡、红外线灯泡、无影灯泡、仪器灯泡、水下灯泡、指示灯泡、矿用灯泡、船用灯泡、飞机用灯泡、聚光灯泡、放映灯泡、励光灯泡、印刷灯泡、防爆灯泡、小型灯泡、超小型灯泡（微型灯泡、米泡）等等。光电参数和外形尺寸极其繁多。

应用

　　白炽灯的光效虽低,但光色和集光性能好,易于大量生产、成本低、使用方便。因此，它始终是产量、应用最广泛的电光源。除作普通照明灯外，还可作航空、车辆、船舶用灯，医疗卫生、仪器、信号指示灯，舞台、放映、照相用灯，红外线加热，矿用、农用、集鱼和测光标准灯等。车辆用灯中汽车和拖拉机灯泡用得最多，有的是双丝灯泡（远光、近光），也有与反光罩整体结合的，电源电压一般有6V和12V两种，光强从3烛光到50烛光。目前很多类型的白炽灯已向卤钨灯发展。

各国淘汰时间表

　　美国

　　2012年1月到2014年1月。大多数白炽灯泡将于2014年在美国市场上禁止销售。 2007能源独立和安全法案规定：从2012年1月到2014年1月间，美国要逐步淘汰40W、60W、75W及100W白炽灯泡，以节能灯泡取代替换。

　　澳大利亚

　　2009年停止生产，最晚在2010年逐步禁止使用传统的白炽灯。 澳大利亚是世界上个计划全面禁止使用传统白炽灯的国家。澳大利亚政府20日宣布一项计划，将最晚在2010年开始逐步禁止使用传统的白炽灯，代之以更加节能的日光灯等节能灯具。这是澳大利亚倡议的减排温室气体以阻止全球气候变暖的措施之一。

　　加拿大

　　2012年前禁用白炽灯 加拿大自然资源部部长加里.伦恩2007年4月25日宣布，加拿大定于2012年开始禁止销售白炽灯。加拿大是继澳洲后第二个宣布将禁用白炽灯的国家。

　　日本

　　到2012年止，停止制造销售高能耗白炽灯 日本政府日前宣布截至2012年，日本将全面禁止使用白炽灯。专家预计，该禁令将使荧光灯、紧凑型荧光灯的使用数量大幅增加，并最终随着LED效率的提高以及成本的降低，增加LED照明的需求。

　　中国

　　目前初步计划是，到2015年以后100瓦以上的白炽灯不再生产，2018年起国内基本不再使用白炽灯。为加快推进节能减排，逐步淘汰白炽灯，加快推广节能灯，国家发改委日前与联合国开发计划署（UNDP）、全球环境基金（GEF）合作共同开展“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯”项目，支持研究编制《中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯行动计划》。

　　欧盟各国

　　欧洲联盟2009年9月起禁止销售100瓦传统灯泡，2012年起禁用使用瓦数的传统灯泡。 欧盟将于2009年9月起禁止销售100瓦传统灯泡，2012起禁用所有瓦数的传统灯泡。英国首相布朗2007年上任后也宣布英国将一体遵行，改用省电日光灯。2008年，零售商开始停卖150瓦灯泡，2009年将停卖60瓦灯泡。目前，零售卖场就开始停止100瓦灯泡补货，自愿停售期到2012年结束，之后政府才颁惩罚规则。

　　韩国

　　2013年底前禁止使用白炽灯 南韩[第四次能源利用合理化基本计划]决定，将阶段性地调高光能源仅占5%，而热散发量高达95%的白炽灯的能耗标准，并在2013年底前予以淘汰。