關于電燈的昨天、今天和明天

廖婧儀

【摘要】 電燈是人類征服黑夜的一大發明，自電燈發明以來，它大大推動了人類發展。而隨著社會的進步和科技的發展，電燈的種類越來越多，效能越來越好，節能能力越來越強，外形也越來越美觀。本文通過對三種具時代代表性的電燈：白熾燈、熒光燈、LED燈在各個方面上的對比和研究，得出電燈發展的規律和特點，研究發現LED燈在各個方面上都要比白熾燈、熒光燈更勝一籌，特別是節能功效十分顯著。

【關鍵詞】 白熾燈 熒光燈 LED燈 工作原理 效能 節能效果

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2015）04-089-02

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了解電燈的發展歷程能夠有利于我們從側面更加深入地體會社會的發展和進步。電燈在各個特點上的發展應該是越來越符合時代的需求，越來越能體現科技的進步。白熾燈、熒光燈、LED燈在外形、工作原理、主要結構和材料、發光效能、主要用途、節能效果上有何區別？本文對三種具時代代表性的電燈：白熾燈、熒光燈、LED燈在各個方面上進行對比和研究。

一、白熾燈

圖1 白熾燈結構圖

我們常見的白熾燈多為梨形結構，體積較小。燈絲通電加熱達到白熾狀態，利用熱輻射發出可見光。普通的白熾燈主要由玻殼、燈絲、導線、感柱、燈頭組成。（見右上圖）。玻殼的材料是耐熱玻璃，耐熱性能較好，工作時最高溫度可達到100℃左右。燈絲是做成螺旋結構的鎢絲，熔點高、電阻率較大、強度好，是所有純金屬中制造白熾燈燈絲的最好材料。導線由內導線、杜美絲和外導線三部分組成，主要材料是銅絲和鍍鎳鐵絲。感柱是一個喇叭形的玻璃零件，連著玻殼，起到了固定金屬部件的作用。燈頭是連接燈座和接通電源的金屬件，用焊泥把它同玻殼粘貼在一起。

表1 PHILIPS三種普通不同功率的白熾燈比較

如表1所示，普通白熾燈的功率在25W-60W的范圍內，平均壽命一般為1000個小時左右。

二、熒光燈

常見的熒光燈多為直管型。傳統型熒光燈即低壓汞燈，是利用低氣壓的汞蒸氣在放電過程中輻射紫外線，從而使熒光粉發出可見光的原理發光。熒光燈電路由燈管、鎮流器、啟輝器以及電容器等部件組成（見圖2），各部件的結構和工作原理如下。

圖2 熒光燈組成電路

熒光燈管是一支玻璃管，內壁涂有一層熒光粉，不同的熒光粉可以發出不同的顏色。鎮流器是與熒光燈管相串聯的一個元件，鎮流器限制燈管的電流，產生足夠的自感電動勢，啟輝器是一個小型的輝光管，在小玻璃管內充有氖氣，并裝有兩個電極。電容器是一個為了改善線路功率因素的，在電源處并聯的一個大小適中的儀器。

普通熒光燈的功率一般在20W以下，光通量比較大。（見表2比較）。

表2 雷士照明幾種不同功率的普通熒光燈的比較

三、LED燈

LED，（LightEmittingDiode），即發光二極管，是一種固態的半導體器體，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED燈發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。

表3 PHILIPS幾種不同功率LED燈泡比較

四、三種燈比較分析

在發光效率方面，普通白熾燈光效為12-24流明/瓦，熒光燈為50-70流明/瓦，LED燈則可達到50-200流明/瓦。明顯是LED燈的發光效率要遠遠高于其他兩種燈。在白熾燈發光的時候，80%的電能會轉化為熱能，僅僅有20%的電能可以轉化為光能。

在用電量方面，LED一千小時僅耗幾度電，普通60W白熾燈十七小時耗1度電，普通10W節能燈一百小時耗1度電。所以LED燈的耗電量明顯更加少。

在使用壽命方面，白熾燈、熒光燈、是采用電子光場輻射發光，燈絲發光易燒，熱沉積、光衰減等特點，而采用LED燈體積小，重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高強機械沖擊和震動，不易破碎，平均壽命達10萬小時，LED燈具使用壽命可達5-10年，可以大大降低燈具的維護費用避免經常換燈之苦。

從發展前景看，近年來許多科技行業的人員都在研究LED技術，LED燈形式多樣，節能效果最好，未來一定會有更加高水平的利用，另一方面，由于白熾燈的耗電量大，壽命短，性能遠低于新一代的新型光源，為了節能環保，保護環境，白熾燈已被一些綠色光源所代替，被要求漸漸退出市場，一些國家已禁止生產和銷售白熾燈。

五、結論

本文通過研究，分別了解了白熾燈、熒光燈、LED燈的基本構造，各種燈都進行了不同功率下的比較，研究得出，在三種燈里面，白熾燈在各個方面明顯占劣勢，發光效率及環保效能均比較差，而熒光燈比較于白熾燈由于發光原理不同，在發光效率方面要進步很多，但是環保效能還有待提高，而LED燈在外形、發光效能、節能效果上明顯比白熾燈與熒光燈更占優勢。廣泛使用LED燈能夠減少很多環境污染。如今只要能夠逐步解決LED燈在價格、材質上的各種問題，白熾燈和熒光燈就會逐步被淘汰，LED燈將稱霸照明世界。

（指導老師：廖偉開）