电光源原理 第二章.白炽灯

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白炽灯的光效虽然比较低， 寿命短，但由于它使用极其方 便，辐射光谱是连续的，显色 性好，因此到目前为止仍是应 用最广的一种光源。
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1．高色温白炽灯 ——主要用与摄影和放映电影以及电视和舞台照明。 Tc≥3200K η=30 H=50~100hrs
2．普通照明灯 ——一般照明 η=10~20 Tc=2600~3000K H≥1*103hrs
显然，对220V小功率白炽灯不宜充气， 25W以下的白炽灯只能是真空，否则热损失 占输入的主要部分，得不偿失。
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结论
1．充气可抑制蒸发 2．充气引起热损耗
3．充入分子量大的气体可更好抑制蒸 发和减小热耗，但氙太贵，氪有辐射、 易放电，一般用氩-氮。 4．采用螺旋灯丝可使Pc下降
5．采用螺旋灯丝可增加寿命（机械 强度增大了）
灯的光效较差 :10流明/瓦 平均寿命较短( 1000 hrs) 产生大量的热 灯寿命易受电压波动影响 存在不够明亮的可能
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白炽灯的应用
普通白炽灯: 适用于需要调光、要求显色性高、迅 速点燃、频繁开关及需要避免对测试设备产生高 频干扰的地方和屏蔽室等。因体积较小，并可制 成各种功率的规格，同时易于控 光、没有附件、
玻壳 清光型, 钠钙玻璃 也有磨沙型，乳白型，彩泡型，镜面 起保护钨丝作用
灯头：螺口式，插口式 填充气体
减少钨的蒸发率
惰性气体(Ar , N2)
消气剂: 磷
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螺口灯头
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灯丝
1. 对白炽辐射体（灯丝）的要求
Tf
1.熔点高
自身的性质
2.蒸发率V小
影响V的因素 环境气氛
3.可见辐射选择性好
光色宜人等，故特别适于艺术照明和装饰照明。 小功率投光灯还适用于橱窗展示照明和美术馆陈 列照明等。适用于事故照明。因白炽灯光效低， 寿命 短、电能消耗大、维护费用高，使用时间长
的工厂车间照明不宜采用。
2-6白炽灯的发展方向
一、探索新的灯丝材料
——更高的熔点，有更好的辐 射选择性
二、改善灯丝材料的结构，以及使 周围的介质环境更理想化！
讨论：1）T↑——→MλB↑ 2）T↑——→λmax(峰值波长)向短波方 向移动 3）T低时——→红外为主， 随T上升， 可见光部分增加
斯忒藩——玻尔兹曼定律:辐射能正比与温度的 四次方
维恩位移定律 λm· T=b
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辐射体的发光效率
讨论： 1. T=6500K时，η最高；T进一步提高， η下降。 2. 实际辐射体，虽然它在任何波长的绝对辐
1.黑体的定义： 黑体是一种物体，能够在任何温度下将
辐射到它表面上的任何波长的能量全部吸收。
维恩公式,但实验发现在低频波段与实测结果不符，经典 物理学理论再次暴露瑕疵。
瑞利－金斯公式可以较好地符合黑体辐射在低频波段的 实验结果，但在高频的紫外波段却与实验结果大相径 庭
普朗克公式，经鲁本斯实验验证完全正确，很好地解决 了前人的黑体辐射理论与实验结果的矛盾。
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充气的矛盾---光效、寿命和热损失
讨论：影响Pc的因素
1）充气气体的种类：考虑热损失和抑制钨蒸发，分 子量大的效果好，但要考虑成本和放电的影响，一 般充氩-氮
2）充气压力
-------考虑热导和承压 ，室温下一
个大气压
3）灯丝螺旋长度 -----短灯丝热损失小，所以双螺旋
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灯丝的临界损耗
1．小型化 2．反射型 3．涂红外反射层
本节小结:
一、热辐射的主要性质有哪些？
二、白炽灯的结构和材料如何选择？
三、 白炽灯光效和寿命的矛盾如何产生？充 气后对这两方面产生怎样的影响？
射功率总是小于同温下黑体的辐射，但由 于辐射的选择性，其光效可以大于黑体。
所以，选择在高温下，在可见光区域有高选 择辐射的材料作灯丝，可提高η。
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2.2 白炽灯的结构与材料
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白炽灯的结构与材料
灯丝：钨丝, 发光体
芯柱：支撑部件 导丝：内导丝，封接丝，保险丝，外导丝 实心玻梗， 喇叭管， 排气管
G=灯丝烧毁时损失的质量Mk与灯丝 原有总质量M之比，
即G= （Mk/ M）*100% 真空灯10% 充气灯1%
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对于充氩—氮混合气的白炽灯，每厘米长 度灯丝的气体热损失Pc`约为4W。对于电压为 220V的灯泡，螺丝长度必须大于2cm，否则两 根导丝之间有放电的危险。因此，充气灯泡的 最小热损失值为8W左右。
电光源原理—白炽灯
第二章 白炽灯
第二章 白炽灯
主要内容: 一、热辐射的性质 二、白炽灯的结构和材料
三、真空白炽灯中的基本物理现象 四、充气白炽灯中的基本物理现象 五、白炽灯的运用特性 六、白炽灯的发展动向
2-1 热辐射的性质
一、热辐射的定义和表现（温度辐射）
定义：因温度而产生的辐射
任何绝对温度大于0度的物体，都会产生热辐射；
气体强烈对流。
因此，可以认为，紧贴灯
丝周围存在着一层厚度的稳
定气体层（称为郎缪尔层）
直径为b。）
b ln
b
C(
η
)
2 3
(
Tf
-Tw)
-1 3
df
ρ
Tw
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充气对抑制钨蒸发的作用
在充气灯中钨的损失主要是由于在稳 定层内钨的浓度扩散。
b
由于充气的存 在阻碍了钨的 扩散，使充气 灯泡中钨的蒸 发率减小为真 空中的1/500。
3．红外线灯 ——用于红外加热干燥、温室保温和医疗保健等。 η≤10 Tc≤2500K H≥1*103hrs
ห้องสมุดไป่ตู้
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白炽灯的燃点条件
看灯丝附近泡壳形状 ‘‘瘦子” 竖着点 “胖子”横点
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白炽灯主要特性：
安装工作较为容易简单 无需辅助电气元件 初期投入较少 显色性较好 Ra = 100 产生暖色调光环境 Tc= 2800K
灯丝的结构
4.机械强度高，易加工
5.有适当的电阻率
最合适的材料： 钨
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真空白炽灯光效与寿命的矛盾（温度） 基本矛盾 T↑——→η↑（Me∝T4）
T↑——→Vap↑——→H↓
∴ Tf=2300~2600K H=1*103hrs η=8~10lm/W
2-4充气白炽灯中的基本物理现象
气体稳定层
在炽热的灯丝附近，气体变得 非常粘滞，几乎可以看成是不流 动的；而在泡壁附近的区域里， 由于气体温度较低、粘滞度小，