白熾燈
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白熾燈泡，E27螺旋型燈頭
白熾燈泡，B22釘頭
愛迪生的燈泡草圖
白炽灯（熾，注音ㄔˋ，拼音chì）[1]，俗名鎢絲灯，是一種透過通電，利用電阻把幼細絲線（現代通常為鎢絲）加熱至白熾，用來發光的燈。白熾燈燈泡外圍由玻璃製造，把燈絲保持在真空，或低壓的惰性氣體（如卤素灯）之下，作用是防止燈絲在高溫之下氧化。
目录
1 歷史
2 構造
3 种类
3.1 接口类型
3.2 拋物面鍍鋁反射燈
3.3 鹵素燈泡
4 燈芯
5 优缺点
5.1 缺点
5.2 优点
6 参见
7 参考文獻
歷史
美國人亨利·戈培爾傳說比愛迪生早數十年已發明了相同原理和物料，而且可靠的電燈泡，而在愛迪生之前很多其他人亦對電燈的發明作出了不少貢獻。但根據一篇於2007年發表的研究結果，這傳說不足為信。[2]
1801年，英國化學家戴維將鉑絲通電發光。他亦在1810年發明了電燭，利用兩根碳棒之間的電弧照明。1854年亨利·戈培爾使用一根炭化的竹絲，放在真空的玻璃瓶下通電發光。他的發明今天看來是首個有實際效用的白熾燈。他當時試驗的燈泡已可維持400小時，但是並沒有即時申請設計專利。[3]
1850年，英國人約瑟夫·威爾森·斯旺開始研究電燈。1878年，他以真空下用碳絲通電的燈泡得到英國的專利，並開始在英國建立公司，在各家庭安裝電燈。
1874年，加拿大的兩名電氣技師申請了一項電燈專利。他們在玻璃泡之下充入氮氣，以通電的碳桿發光。但是他們無足夠財力繼續發展這發明，於是在1875年把專利賣給愛迪生。
愛迪生購下專利後，嘗試改良使用的燈絲。1879年他改以碳絲造燈泡，成功維持13個小時。到了1880年，他造出的炭化竹絲燈泡曾成功在實驗室維持1200小時。但是在英國，斯旺控告愛迪生侵犯專利，並且獲得勝訴。愛迪生在英國的電燈公司被迫讓斯旺加入為合夥人。但後來斯旺把他的權益及專利都賣了給愛迪生。在美國，愛迪生的專利亦被挑戰。美國專利局曾判決他的發明已有前科，屬於無效。最後經過多年的官司，愛迪生才取得碳絲白熾燈的專利權。
匈牙利化學家約斯特(Sándor Just)跟克羅埃西亞發明家哈那曼(Franjo Hanaman)發現比起碳燈絲, 使用鎢當作燈絲能夠使燈泡更亮並且壽命更長, 他們兩人在1904年獲得了匈牙利的專利(No. 34541), 並且匈牙利的通斯朗公司開始在許多歐洲國家銷售鎢絲燈泡。之後在1906年，通用电气發明一種製造電燈鎢絲的方法。最終廉價製造鎢絲的方法得到解決，鎢絲電燈泡被使用至今。[4]
鎢絲燈的最大問題是燈絲的升华。因為鎢絲上細微的電阻差別造成溫度不一，在電阻較大的地方，溫度升得較高，鎢絲亦升华得較快，於是造成鎢絲變细，電阻進一步增大的循環；最終令鎢絲燒斷。後來發現以惰性氣體代替真空可以減慢鎢絲的升华。今天多數的鎢絲燈內都是注入氮、氬或氪氣。
現代的白熾燈一般壽命為2,000小時左右。
構造
白熾燈構造圖
- 白熾燈外形輪廓。
- 低壓惰性氣體。
- 燈絲，鎢絲。
- 細金屬線（連接至燈頭尖端）
- 細金屬線（連接至銅片）
- 支撐金屬線
- 支撐棒
- 細金屬線
- 銅片
- 絕緣體
- 燈頭尖端
种类
接口类型
拋物面鍍鋁反射燈
鹵素燈泡
紫外線濾鏡下的鹵素燈泡
鹵素燈泡，亦稱鎢鹵燈泡，是白熾燈的一種。原理是在燈泡內注入碘或溴等鹵素氣體。在高溫下，蒸發的鎢絲與鹵素進行化學作用，蒸發的鎢會重新凝固在鎢絲上，形成平衡的循環，避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素燈泡比白熾燈更長壽。此外，鹵素燈泡亦能以比一般白熾燈更高的溫度運作，它們的亮度及效率亦更高。不過在這溫度下，普通玻璃可能會軟化。因此鹵素燈泡需要採用熔點更高的熔凝石英或硬的玻璃。而由於石英玻璃不能阻隔紫外線，故此鹵素燈泡通常都而需要另外使用紫外線濾鏡。
鹵素燈泡上的水晶玻璃如果有油，會造成玻璃上溫度不一，減低燈泡的壽命。因此換鹵素燈泡時要避免人手觸及燈泡的玻璃。如果手指摸到應以消毒酒精清潔。
燈芯
200瓦白熾燈的燈芯
電燈芯指的是通過電流或燃燒時，發出光芒的金屬纖維，通常是用鎢來作為燈絲轉換電能為光能，和真空管元件轉換電能為熱能之用。而白熾燈是由亞歷山大·洛地均（Alexander Lodygin，於1874年）與約瑟夫·威爾森·斯旺（Joseph Wilson Swan，於1878年）所發展。
最早發展成功的燈芯是由來自竹子的碳所製成，後來由鎢取代。
优缺点
缺点
由於白熾燈只有少於10%的能量會成為光。各光源的光效及使用開支比较如下：
白炽灯[5] | 卤素灯[6] | 节能灯[7] | LED[8] | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
售价 | $0.41 | $1.17 | $0.99 | $3.99 | ||
功率（瓦特） | 60 | 43 | 14 | 8.5 | ||
平均光通（流明） | 860 | 750 | 775[9] | 800 | ||
光效（流明/瓦特） | 14.3 | 17.4 | 55.4 | 94.1 | ||
色温（开尔文） | 2700 | 2920 | 2700 | 2700 | ||
演色性（CRI） | 100 | 100 | 82 | 80 | ||
寿命（小时） | 1,000 | 1,000 | 10,000 | 15,000 | ||
可用年数（每天6小时） | 0.46 | 0.46 | 4.6 | 6.8 | ||
20年电费（0.11美元/KWh） | $289 | $207 | $67 | $41 | ||
20年总开支 | $307 | $259 | $70 | $53 | ||
| （按白炽灯亮度比例折合） | $307 | $297 | $78 | $57 | ||
| 基于每日六小时用量计算（20年共43,800小时） | ||||||
許多地方已經開始淘汰白熾燈泡，以下是時間表：
| 白炽灯淘汰进度 | |
|---|---|
| 歐盟 | 2012年 |
| 愛爾蘭 | 2009年初 |
| 澳大利亞 | 2010年 |
| 阿根廷 | 2010年 |
| 義大利 | 2010年 |
| 法國 | 宣稱2010年但無進一步訊息 |
| 英國 | 零售商2011年不再販售 |
| 荷蘭 | 自願於2011年 |
| 中華民國 (台灣) | 2012年 |
| 日本 | 2012年1月[10] |
| 加拿大 | 2012年 |
| 美國 | 2014年 |
| 中華人民共和國 | 2012年-2017年逐步淘汰[11] |
| 香港 | 2015年[12] |
大部分白熾燈會把消耗能量中的90%轉化成無用的熱能，只少於10%的能量會成為光。相比之下，螢光燈的效率高很多，接近40%，所產生的熱只是相同亮度的白熾燈的六分一。故此很多地方，特別是夏天需要空氣調節的商場、大樓都會使用螢光燈照明以節省電力。小型的螢光燈（節能燈泡）把螢光燈及啟動電子結合，使用標準電燈泡的愛迪生螺旋接口，用以替代普通白熾燈泡。例如一個26瓦的節能燈泡，發出的亮度為11瓦，熱量為15瓦。發出相同亮度11瓦的白熾燈泡耗電多四倍，達100瓦；放出熱量多六倍，達90瓦。
很多家居內的電燈仍然是以普通白熾燈為主。鹵素燈泡近年亦變得較為流行，特別是光源需要集中的情況，例如家居的射燈，汽車車頭燈，經常會使用鹵素燈泡。良好的鹵素燈泡可以達到15%的效率。例如一個60瓦的鹵素燈泡，亮度可等同一個100瓦的普通燈泡。但是鹵素燈泡體積細小，運作時溫度非常高。在家居應用時需要特別防護，防止引起火災。
至於而戶外的街燈照明，以鈉燈最為常見。低壓鈉燈發出的是單調的橙色光線，但是它的效率卻非常高，比鎢絲燈高出約十五倍。高壓鈉燈效率稍低，但顏色較為豐富。
2000年代起，則以發光二極管及高強度氣體放電燈照明開始發展流行。前者的優點是非常長壽，現已陸續地用於交通燈、手電筒、汽車上之剎車燈及指揮燈之上。後者其實是多種技術的統稱(鈉燈亦屬於HID)。很多最新汽車使用的氙氣車頭燈（Xenon HID）、放映機使用的金屬鹵化物燈（Metal Halide），都是屬於HID。
| 型式 | 光源效率 （LM/W） | 平均壽命 （小時） | 特性 | 使用範圍 |
|---|---|---|---|---|
| 普通燈泡 Normal Incandescent | 8--20 | 1500-2000 | 安裝及使用容易，立即可以啟動，成本低 | 住宅之基本照明及裝飾性照明 |
| 反射燈泡 Reflector | 8--25 | 1500-2000 | 反射燈泡可以做聚光投射 | 反射燈泡可用於重點照明 |
| 一般鹵素燈和特殊儀器用鹵素燈 Halogen | 12–35 | 4000-10000以上 | 體積小，亮度高，光色較白，安裝易，壽命較普通燈光超長，释出紫外线较多，部分甚至会超过太阳，需選用帶有紫外線濾鏡的產品。 | 商業空間之重點照明， 不易更換或高階產品 |
优点
傳統省電燈泡並不耐經常點滅及潮濕，對於需要經常點滅或潮濕的場所（例如：浴室、廁所、陽台），白熾燈較省電燈泡更為適合。白熾燈（包含鹵素燈）的光譜是連續而且平均的，擁有極佳演色性的優點；而螢光燈、LED是離散光譜，演色性低，低演色性光源不但會讓人覺得顏色不好看、對於健康及視力也有害。傳統燈泡還有可調光、耐點滅及無汞的優點。目前的解決方案如下：
- 採用鹵素燈：用鹵素燈取代白熾燈大約能減少30%的電力、且鹵素燈演色性及色溫與白熾燈幾乎相同，代表光線品質足以全面取代白熾燈，因此國際大廠有推出接頭與白熾燈一樣的鹵素燈。只是鹵素燈壽命的延長比價格的增加少。
- 改進白熾燈泡：可以將紅外線反射回燈絲、以減少能耗，目前已推出的產品可以節省30%的能耗[13]，研發中的產品則可以減少50%能耗；但這種燈泡的問題在無法降低整體成本。另外的方法則是利用雷射處理鎢絲，也可以節省相當能源[14]。
- 以CCFL省電燈泡取代傳統使用螢光燈的省電燈泡，可以大幅減少汞使用量；LED燈泡則是無汞、但LED目前有演色性差、不耐熱的問題。
- 高演色性省電燈泡：若能提高傳統螢光燈/燈泡的演色性，可以讓更多人願意淘汰白熾燈，但高演色性產品仍然不夠普及，而光線品質能完全取代白熾燈的螢光燈/CCFL/LED則在等待技術上的大突破。
- CCFL/LED：傳統省電燈泡並不耐經常點滅，對於需要經常點滅、又不嚴格要求演色性的場合，CCFL、LED技術的省電燈泡較為適合。
- 目前CCFL/螢光燈管/LED雖然可以調光、但大多不能使用傳統白熾燈的調光器、而且調光成本高。
演色性：光源除量以外亦有質的表現，光源的品質是由光源的色彩表現而定，也就是光源使物體呈現其本身色彩的能力，演色性的好坏取决于光源光谱强度分布。
参见
- 百年燈泡
- 太陽神卡特爾
参考文獻
^ 熾，注音ㄔˋ，教育部重編國語辭典修訂本[永久失效連結]
^ Hans-Christian Rohde: Die Göbel-Legende – Der Kampf um die Erfindung der Glühlampe. Zu Klampen, Springe 2007, ISBN 978-3-86674-006-8
^ Josephson, Matthew. Edison: a biography. McGraw Hill. 1959.
^ The History of Tungsram (PDF). （原始内容 (PDF)存档于30 May 2005）.
^ Philips 60-Watt Household Incandescent Light Bulb. Home Depot.
^ EcoSmart 60-Watt Equivalent Eco-Incandescent A19 Household Light Bulb (4-Pack). Home Depot. [5 March 2017].
^ EcoSmart 60W Equivalent Soft White (2700K) Twister CFL Light Bulb (4-pack). [20 January 2014].
^ EcoSmart 60W Equivalent Soft White A19 Energy Star and Dimmable LED Light Bulb (4-Pack). Home Depot. [12 March 2017].
^ Lightbulbs – LEDs and CFLs offer more choices and savings (PDF). ConsumerReports. 2011 [21 January 2014].
^ 白熾燈倒數計時 節能照明起飛 韓婷婷/台北/中央社 2011/11/26 15:33 互联网档案馆的存檔，存档日期2016-03-04.
^ 中国逐步淘汰白炽灯路线图 2011年第28号公告[永久失效連結]发改委公告 -> 2011年
^ 淘汰鎢絲燈泡 改善能源效益. Hong Kong's Information Services Department. [2017-03-27] （中文（香港））.
^ Halogená Energy Saver 互联网档案馆的存檔，存档日期2011-12-20.
^ Laser boosts light bulb efficiency
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