白炽灯发光原理(为什么电灯会发光)

科普|为什么白炽灯的灯丝容易烧坏？

我还记得小时候节能灯不普及，家家户户都用白炽灯。当时白炽灯不仅仅是灯，也是我们的专属娱乐。灯一亮，家里的孩子就冲过去开灯，说要开灯。事实上，他们想玩拉绳。那时候的小拉绳对我们来说更像是一种仪式；但是在给我们带来快乐的同时，与拉绳相连的白炽灯却很容易坏掉，为什么这个白炽灯就这么容易坏呢？

灯丝由钨制成，钨是一种典型的难熔金属，熔点高达3410摄氏度。但作为灯丝，为了良好的显色性和色温，工作温度通常高达3000K。在这个温度下，钨的升华是不可忽视的。灯丝上的钨会升华成蒸汽，升华的钨蒸汽会凝结在温度相对较低的玻壳上。注意的话会发现白炽灯泡的玻璃用久了会变黑。事实上，凝结的钨在玻璃上蒸发了。

在不断升华的作用下，灯丝会逐渐变薄，但由于灯丝本身的制造工艺，各处的厚度均匀性无法得到保证。这样一来，越薄越密的零件，工作温度会越高，升华效果越明显，形成正反馈——。越热的地方越薄，越热。如果继续下去，总会有一个地方太弱，承受不了光照时的热冲击，在热应力下会拉开，很快变薄融化，然后才断裂。

简而言之，就是热升华造成的灯丝变细.

这就是白炽灯的命运。有什么办法可以延年益寿？是的，为了延长白炽灯的寿命，人们发明了卤素灯，一种新型的白炽灯。一般白炽灯都是充氮气或者抽真空。卤素灯是用卤素元素填充的，最常见的有碘(碘钨灯)和溴(溴钨灯)。它们的作用是什么？

卤素灯和其他白炽灯最大的区别是卤素灯的玻璃外壳里充满了一些卤素气体(通常是碘或溴)。它的工作原理是灯丝加热时，钨原子蒸发，向玻璃管壁移动。当接近玻璃管壁时，钨蒸气被冷却到800左右，与卤原子结合形成卤化钨(碘化钨或溴化钨)。

卤化钨继续向玻璃管中心移动，并返回到氧化灯丝。由于卤化钨是一种非常不稳定的化合物，加热后会再次分解成卤素蒸汽和钨，使钨沉积在灯丝上，以弥补蒸发的部分。通过这种再生循环，灯丝的使用寿命大大延长(几乎是白炽灯的四倍)，同时，由于灯丝可以在更高的温度下工作，因此获得了更高的亮度、更高的色温和更高的发光效率。

卤钨灯的基本发光原理和白炽灯一样，都是热辐射源。区别在于卤钨灯内充有特殊的工作气体，其成分为95%的混合气体(二溴甲烷和氪)和5%的高纯氮气，在卤素灯泡内建立卤钨灯循环。

具体过程是灯丝中的钨挥发后，会向更低的温度移动，然后在管壁与Br2结合生成Br2在较高的温度下，WBr2会再次分解，生成的w会返回灯丝，Br会返回工作气体，这就是卤化钨循环的全过程。通过这样的卤化钨循环，灯丝上的钨不会逐渐挥发，灯丝会因“热点”效应而烧坏，也不会因灯泡外壳上的钨沉积而变黑，从而大大延长其使用寿命。

1.卤素灯的功能是建立一个可逆的化学反应，钨从灯丝蒸发。

2.在普通白炽灯中，这主要沉积在钨灯泡中。卤素循环使灯泡保持清洁，并在整个寿命期间保持几乎恒定的光输出。

3.在中等温度下，汽化的钨与卤素反应，卤化钨左右移动，充入惰性气体。在一段时间内，它将达到一个更高的温度区域，在那里它离解，释放钨和卤素，并重复这个过程。

4.对于这种反应，为了操作，整体球的温度必须高于传统白炽灯的温度。灯泡必须由熔融石英(应时)或高熔点玻璃(如铝硅酸盐玻璃)制成。

也就是说，这些卤素元素不断地将升华的钨带回灯丝，持续1秒钟。

而且炉丝和灯丝不是一回事，材料性能和工作条件也不是一回事，不要混淆。灯丝工作在3000K左右为色温，材质为钨或碳，而炉丝工作只是为了加热，所以工作温度一般要低很多，没有保护气体。以HRE铁铬铝合金电炉丝为例，工作温度不会超过1400摄氏度。

电炉丝主要有两种：铁铬铝合金和镍合金。另外特殊需要用钨丝钼丝(主要是高温炉丝)。

其中，铁铬铝合金为铁素体基体，在高温下工作时会转变为奥氏体，长时间工作会造成显微组织过度发展，晶体粗大，性能脆性大。再冷却后，相变后内部会积聚大量内应力。再加热时，薄件在热应力和电磁力的作用下容易断裂(没错，这里要考虑电磁力)。

为什么炉丝需要考虑电磁力呢？

虽然导线的电感与电阻相比很小，但是电炉特别是大功率电炉中导线的电流和长度都很大，线圈的数量远远大于灯丝的数量，足以产生通电时不可忽略的张力。这种张力串联在整条线上，不会被平均。此外，应该注意的是，在温度到居里点之前铁铬铝炉丝是铁磁性的,电磁力将成倍增加。再加上热震和材料脆化，会在最脆弱的地方断裂。