物理知識在白熾燈泡上的１１問

問題1：白熾燈泡有哪幾個部分組成?哪些是導體？哪些是絕緣體？

答：白熾燈泡主要由燈絲、玻璃殼體、燈頭等幾部分組成。燈泡中的金屬材料都是導體，而玻璃殼體，燈頭的塑料部分是絕緣體。

問題2：白熾燈泡是根據什么原理制成的?

答：白熾燈泡是根據電流的熱效應原理制成的。燈泡接上額定電壓后，電流通過燈絲而被加熱到白熾狀態(2 000℃以上)，因而發熱發光。白熾燈工作時，將電能轉化為內能和光能。

問題3：燈絲由什么材料制成?

答：燈絲是由電阻率大、熔點高的金屬鎢制成的。

問題4：選用鎢作為燈絲，技術上需克服什么問題?

答：鎢是一種金屬元素，易氧化，且溫度越高，氧化越快，為防止鎢在高溫下的氧化，燈泡都抽成真空。另外，鎢還能產生升華和凝華現象。60W以上的燈泡充入氮、氬等惰性氣體，可阻礙其在高溫下的升華。

問題5：燈絲的“熱”是怎樣向外傳遞的?

答：熱傳遞的方式有傳導、對流、輻射。白熾燈的燈絲產生的熱是通過輻射的方式向外傳遞的。為提高燈絲的溫度，增大燈絲的熱輻射量，提高發光效率，白熾燈的額定功率越大，燈絲繞成的螺旋也就越粗。

問題6：用久了的燈泡為什么會發黑變暗?

答：在技術上雖已采取了阻礙鎢在高溫下升華的措施，但事實上鎢還能在高溫下升華，由固態直接變為氣態。熱的鎢蒸氣遇冷后又凝華為固態晶體附在燈的內表面上，所以燈泡會發黑變暗。另外，升華和凝華的結果使得燈絲變細，由公式R=ρ l/S 可分析得到，燈絲電阻變大，而燈兩端的電壓不變，P＝U2/R ，所以燈的功率變小，亮度變暗。

問題7：為什么燈泡總是在開燈的瞬間容易損壞?

答：導體的電阻與導體的材料、橫截面積、長度和溫度有關。一般金屬電阻都隨溫度的升高而增大，燈絲鎢也同樣如此。開燈的瞬間，燈絲溫度低，電阻小，功率大，所以燈絲易出現過熱而熔斷。工作一段時間后，燈絲溫度升高，阻值隨溫度的升高而增大，燈的電流和功率接近額定值，因而不容易損壞。一只“220V、40W”的白熾燈由公式R=U2／P計算得到的熱態電阻是1 210Ω，而不工作的冷態電阻實測值約為100Ω。

問題8：斷絲的燈泡再搭上，為什么比原來亮，且更容易損壞?

答：斷絲的燈泡再搭上，燈絲的長度減小，電阻變小。工作電壓不變，因而工作電流、功率都增大，亮度比原來亮。由于此時燈的實際功率大于額定功率，因而燈絲過熱更易熔斷。

問題9：為什么白熾燈的外表面都是球形的曲面?

答：真空元件都有一個抗大氣壓強的問題。白熾燈的里面是真空，燈絲的熱和光要透過玻璃向外輻射，玻璃不能很厚，因此，薄的凸形的玻璃曲面可以大大增強抵抗大氣壓的能力。

問題10：根據燈絲的長短和粗細，如何比較額定電壓相同而額定功率不同的兩只白熾燈泡?

答：照明電路中的白熾燈，額定電壓都相同，根據公式P=U2/R和R=ρ l/S這兩個公式可知道，燈絲粗長度短，燈絲電阻小，額定功率大。

問題11：白熾燈和日光燈都是常用的照明燈，主要有什么區別?

答：白熾燈屬于熱輻射光源，在電流通過鎢絲發熱發光的過程中，只有一小部分電能轉變為光能，大部分的電能轉化為內能。因此，白熾燈又稱為“熱燈”，這種燈的特點是發光效率低、壽命短，但制造簡單、價格低，使用方便。

日光燈屬于氣體放電光源。工作時，電能轉化為紫外線，再由紫外線激發熒光粉發出光，因此又稱為“冷光”，它的最大特點是發光效率高，燈管壽命長。