基本介紹
- 中文名：節能燈與白熾燈
- 外文名：Energy-saving lamps and incandescent lamps
- 拼音：jienengdeng yu baizhideng
- 節能燈別稱：省電燈泡、電子燈泡
- 性質：照明設備
- 白熾燈優點：光色和集光性優秀，產量大
節能燈,概述,發明歷史,白熾燈,發明過程,結構,套用限制,主要目標,措施,國外禁用,選用安裝,選用指南,施工安裝,區別,
節能燈
概述
概述節能燈，又稱為省電燈泡、電子燈泡、緊湊型螢光燈及一體式螢光燈，是指將螢光燈與鎮流器（安定器）組合成一個整體的照明設備。
發明歷史
20世紀70年代誕生於荷蘭的飛利浦公司，正式名字應該是稀土三基色緊湊型螢光燈，只是因為光源在達到同樣光能輸出的前提下，只需耗費普通白熾燈用電量的1/5至1/4，從而可以節約大量的照明電能和費用，因此被稱為節能燈。
白熾燈
英文名:incandescent lamp
用途和要求的白熾燈，其結構和部件不盡相同。白熾燈的光效雖低，但光色和集光性能好，是產量最大，白熾燈將燈絲通電加熱到白熾狀態，利用熱輻射發出可見光的電光源。自1879年，美國的T.A.愛迪生製成了碳化纖維（即碳絲）白熾燈以來，經人們對燈絲材料、燈絲結構、充填氣體的不斷改進，白熾燈的發光效率也相應提高。1959年，美國在白熾燈的基礎上發展了體積和衰光極小的鹵鎢燈。白熾燈的發展趨勢主要是研製節能型燈泡。不同套用最廣泛的電光源。
發明過程
在美國1845年的一份專利檔案中，辛辛那提的斯塔爾提出可以在真空泡內使用碳絲。英國的斯旺按照這種思路，用一條條碳化紙作燈絲，企圖使電流通過它來發光，但是，因當時抽真空的技術還很差，燈泡中的殘餘空氣，使得燈絲很快燒斷。因此，這種燈的壽命相當短，僅有個把小時，不具有實用價值。1878年，真空泵的出現，使斯旺有條件再度開展對白熾燈的研究。1879年1月，他發明的白熾燈當眾試驗成功，並獲得好評。
1879年，愛迪生也開始投入對電燈的研究，他認為 ，延長白熾燈壽命的關鍵是提高燈泡的真空度和採用耗電少，發光強、且價格便宜耐熱材料作燈絲，愛迪生先後試用了1600多種耐熱材料，結果都不理想，1879年10月21日同，他採用在採用碳化棉線作燈絲，把它放入玻璃球內，再啟動氣機將球內抽成真空。結果，碳化棉燈絲髮出的光明亮而穩定，足足亮了10多個小時。就這樣，碳化棉絲白熾燈誕生了，愛迪生為此獲得了專利。
成功並未使愛迪生停步，他在繼續尋找比碳化棉更堅固耐用的耐熱材料。1880年，愛迪生又研製出碳化竹絲燈，使燈絲壽命大大提高，同年10月，愛迪生在新澤西州自行設廠，開始進行批量生產，這是世界最早的商品化白熾燈，英國的斯旺也於1881年在新堡郊外本威爾設廠。
白熾燈的發明，美國通常歸功於愛迪生，英國則歸功於斯旺。在英國，電燈發明百周年紀念於1978年10月舉行，而美國則於一年後的11月舉行。
兩位發明家的競爭十分激烈，專利糾紛幾乎不可避免，後來，兩人達成協定，合資組建了愛迪生──斯旺電燈公司，在英國生產白熾燈。
在所有用電的照明燈具中，白熾燈的效率是最低的，它所消耗的電能只有很小的部分，即12%－18%可轉化為光能，而其餘部分都以熱能的形式散失了。至於照明時間，這種電燈的使用壽命通常不會超過1000小時。在這一點上，鹵素燈就比一般的白熾燈要長很多。鹵素燈的外形一般都是一個細小的石英玻璃管，和白熾燈相比，其特殊性就在於鎢絲可以“自我再生”。實際上，在這種燈的燈絲和玻璃外殼中充有一些鹵族元素，如碘和溴。當燈絲髮熱時，鎢原子被蒸發向玻璃管壁方向移動。在它們接近玻璃管時，鎢蒸氣被“冷卻”到大約800℃並和鹵素原子結合在一起，形成鹵化鎢（碘化鎢、溴化鎢）。鹵化鎢向玻璃管中央移動，又落到被腐蝕的燈絲上。因為鹵化鎢很不穩定，遇熱後就會分解成鹵素蒸氣和鎢，這樣鎢又在燈絲上沉積下來，彌補了被蒸發的部分。如此循環，燈絲的使用壽命就會延長很多。所以，鹵素燈的燈絲就可以做的相對較小，燈體也很小巧。鹵素燈一般用在需要光線集中照射的地方，比如用於寫字檯或居室局部的照明。
澳大利亞政府推出了一項逐步採用節能螢光照明設備，以減少溫室氣體排放的計畫，從2010年開始將禁止使用白熾燈泡。
這是世界上第一個打算淘汰白熾燈泡的計畫。為了節能，為了環保，白熾燈泡將要壽終正寢了！
據介紹，緊湊型螢光燈售價約是白熾燈泡的10倍，但壽命是後者的6倍，而且同等亮度的產品，螢光燈耗電量不足白熾燈泡的四分之一。隨著新產品的不斷出現，新型光源也不斷誕生，譬如LED發光二極體，是一種半導體固體發光器件，被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節能、環保、壽命長、體積小等特點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上；電光功率轉換接近100%，相同照明效果比傳統光源節能80%以上。
人類使用白熾燈泡已有128年的歷史了。提起白熾燈泡，人們必然會聯想起愛迪生。實際上早在愛迪生之前，英國電技工程師斯旺(j.Swan)從40年代末即開始進行電燈的研究。經過近30年的努力，斯旺最終找到了適於做燈絲的碳絲。1878年12月18日，斯旺試製成功了第一隻白熾電泡。此後不久，他還在紐卡斯爾化學協會上展示過他的碳絲燈泡。而當他的有關白熾電燈的實驗報導在美國發表之後，也曾給愛迪生以直接的幫助。與愛迪生不同的是，斯旺在發明白熾電燈後，直到1880年才去申請專利；直到1881年才正式投產。而在燈泡投產之後，他未能像愛迪生那樣建立相應的發電站和輸電網。這樣就使得愛迪生後來居上，成了人們公認的白熾電燈的發明家。
在愛迪生研製白熾燈泡燈絲材料的過程中，曾試驗過棉線、木材的細條、稻草、紗紙、線、馬尼拉麻繩、馬鬃、釣魚線、麻栗、硬橡皮、栓木、藤條、玉蜀黍纖維，甚至人的鬍鬚、頭髮。
在1879年10月21日的傍晚，愛迪生和助手們成功地把炭精絲裝進了燈泡。一個德國籍的玻璃專家按照愛迪生的吩咐，把燈泡里的空氣抽到只剩下一個大氣壓的百萬分之一，封上了口，愛迪生接通電流，他們日夜盼望的情景終於出現在眼前：燈泡發出了金色的亮光！在連續使用了45個小時以後，這盞電燈的燈絲才被燒斷，這是人類第一盞有廣泛實用價值的電燈。後來人們就把這一天定為電燈發明日。之後愛迪生還一直致力於白熾燈的改進，為了提高燈泡的質量，延長燈泡的壽命，愛迪生想盡一切辦法尋找適合制燈絲的材料。到1880年5月初，他試驗過的植物纖維材料共約6000種。在很長的一段時間裡，愛迪生派遣了很多人前往世界各地尋找適合於製作燈絲的竹子。直至1908年的9年間，日本竹一直是供應碳絲的主要原料。
愛迪生髮明的白熾燈泡為人類的文明做出了巨大的貢獻，但為了節能，為了環保，只能讓它退出歷史舞台！
補充：白熾燈有一個其他大部分類型發光產品不具備的優點，即適合頻繁啟動的場合。
白熾燈的詳細原理
這是一隻普通的白熾燈，主要由玻殼、燈絲、導線、感柱、燈頭等組成。
玻殼做成圓球形，製作材料是耐熱玻璃，它把燈絲和空氣隔離，既能透光，又起保護作用。白熾燈工作的時候，玻殼的溫度最高可達100℃左右。
燈絲是用比頭髮絲還細得多的鎢絲，做成螺旋形。看起來燈絲很短，其實把這種極細的螺旋形的鎢絲拉成一條直線，這條直線竟有1米多長。
兩條導線表面上很簡單，實際上由內導線、杜美絲和外導線三部分組成。內導線用來導電和固定燈絲，用銅絲或鍍鎳鐵絲製做；中間一段很短的紅色金屬絲叫杜美絲，要求它同玻璃密切結合而不漏氣；外導線是銅絲，任務就是連線燈頭用以通電。
一個喇叭形的玻璃零件就是感柱，它連著玻殼，起著固定金屬部件的作用。其中的排氣管用來把玻殼裡的空氣抽走，然後將下端燒焊密封，燈就不漏氣了。
燈頭是連線燈座和接通電源的金屬件，用焊泥把它同玻殼粘結在一起。
這裡特別需要講講燈絲，因為電燈正是要靠它來發光的。
同炭絲一樣，白熾燈里的鎢絲也害怕空氣。如果玻殼裡充滿空氣，那么通電以後，鎢絲溫度升高到2000℃以上，空氣就會對它毫不留情地發動襲擊，使它很快被燒斷，同時生成一種黃白色的三氧化鎢，附著在玻殼內壁和燈內部件上。
要是玻殼裡殘留的空氣比較少，那么上面講的過程就會進行得慢一些，鎢跟空氣中的氧化合生成一薄層藍色的三氧化二鎢和氧化鎢的混合物。
這些都是空氣玩的把戲——空氣里的氧氣使高溫的鎢絲氧化了。
所以鎢絲燈泡要抽成真空，把空氣統統清除出去。
有時怕抽氣機抽不乾淨，還要在燈泡的感柱上塗一點紅磷。紅磷受熱會變成白磷，白磷很容易同氧氣反應，生成固態的五氧化二磷，把氧氣“吃掉”，這樣，玻殼裡殘留的氧氣也被消除了。
但是，這樣做還沒有解決全部問題。白熾燈用久了玻殼會變黑，再過一段時間會燒斷，你知道這是為什麼？
長時間的高溫使鎢絲表面的鎢原子像水蒸汽一樣不斷地蒸發擴散，然後一層又一層地沉積到玻殼的內表面上，使玻殼慢慢黑化，越來越不透明。 確實，鎢絲比起炭絲來，在真空里的蒸發速度要慢得多。但是，當白熾燈點亮溫度升得很高的時候，鎢的蒸發仍然十分嚴重。
鎢的蒸發也使鎢絲越來越細，最後燒斷。
燈絲工作溫度越高，鎢的蒸發越快，白熾燈的使用壽命就越短。
有沒有辦法使燈絲在真空條件下減少蒸發和延長使用壽命呢？
辦法只有降低溫度，降低燈絲溫度可以達到延年益壽的目的。鎢絲工作溫度高達2700℃時，燈泡點亮不到1個小時就熄滅；鎢絲工作溫度下降到1700℃，使用壽命可以延長到1000個小時以上。
可是，這並不是個好辦法。降低鎢絲的工作溫度，也就是降低它的白熾程度，會使白熾燈的發光效率降低，遠不如溫度高時那么明亮。
於是，問題就這樣明明白白地擺在了人們的面前：要想白熾燈更多地發光，就得提高燈絲的工作溫度；要想減少鎢絲的蒸發以延長燈的壽命，又得降低它的一體溫”。這是矛盾的。
我們的要求是既有高的發光效率，又能減少鎢絲蒸發。
經過多年的研究，人們注意到，當燈泡里充有空氣的時候，雖然燈絲很快會被氧化，但是鎢的蒸發卻變慢了。
原因其實很簡單：空氣是由多種成分組成的，使鎢氧化的只是占空氣總量1/5的氧氣；至於其餘的大約占4/5的氮氣，它不僅沒有參與對鎢的破壞作用，相反地還幹了好事——阻礙鎢分子的運動，降低鎢的蒸發速度。
人們於是給鎢絲找到了一位保衛它的好朋友——氮氣。氮氣就在空氣里，而且占了空氣的大多數，真可謂“踏破鐵鞋無覓處，得來全不費工夫”。
過去我們為了保證白熾燈延年益壽，不得不把玻殼中的空氣抽走，抽得越乾淨越好，為了同樣的目的，我們卻要做相反的工作，即把氣體——當然是不會跟鎢發生化學反應的氣體充到玻殼裡去。
氮氣是個懶惰的傢伙，好自個兒東遊西逛，跟誰也不愛打交道。它在很多地方派不上用場，可在白熾燈里卻可一顯身手。
如果燈泡里是真空的，那么當鎢絲接通電源，溫度升高后，鎢的分子就會“蠢蠢欲動”，大量地脫離燈絲，“如入無人之境”，到處亂跑，直到碰在玻殼壁上被吸著時為止。
玻殼裡一旦充進了氮氣，白熾的燈絲周圍就會形成一薄層穩定的氣體保護層，就像一道活的“籬笆”。每一個氮氣分子都是一名勇敢的戰士，守衛在鎢絲的附近，對那些企圖脫離集體四處亂竄的鎢分子毫不客氣，狠狠地頂撞回去，叫它們重返工作崗位，繼續為光明服務。這樣一來，鎢絲的蒸發速度就慢得多了。
結果是出現了充氮氣的白熾燈泡。
1913年，蘭米爾首次往玻殼裡充進氮氣，這是繼燈絲由炭絲改鎢絲後白熾燈的又一重要革新。直到目前為止，充氣仍然是抑制鎢絲蒸發的基本措施。
不過，有一點要注意，因為氧氣或水蒸汽都會在鎢絲工作時跟它起氧化反應，所以對充氣的含氧量和含水量都有極嚴格的要求，不然的話，燈泡的壽命就會大大地縮短。
充氣使鎢絲的蒸發速度變慢，同樣的使用期限可以使燈絲在更高的溫度下工作，所以充氣燈泡的發光效率比真空燈泡要高。一般來說，充氣燈泡的發光效率要比真空燈泡高出1/3以上。
簡史 19世紀後半葉，人們開始試製用電流加熱真空中燈絲的白熾電燈泡。1879年，美國的T.A.愛迪生製成了碳化纖維（即碳絲）白熾燈，率先將電光源送入家庭。1907年，A.賈斯脫髮明拉制鎢絲，製成鎢絲白熾燈。隨後不久，美國的I.朗繆爾發明螺旋鎢絲，並在玻殼內充入惰性氣體氮,以抑制鎢絲的蒸發;1915年發展到充入氬氮混合氣。1912年，日本的三浦順一為使燈絲和氣體的接觸面儘量減小,將鎢絲從單螺旋發展成雙螺旋,發光效率有很大提高。1935年，法國的A.克洛德在燈泡內充入氪氣、氙氣，進一步提高了發光效率。1959年，美國在白熾燈的基礎上發展了體積和光衰極小的鹵鎢燈。白熾燈的發展史是提高燈泡發光效率的歷史。
白熾燈生產的效率也提高得很快。80年代，普通白熾燈高速生產線的產量已達8000隻/小時,並已採用計算機進行質量控制。
結構
不同用途和要求的白熾燈，其結構和部件不盡相同。普通白熾燈泡（見圖普通白熾燈結構）的主要部件是玻殼和燈絲。
套用限制
中國綠色照明工程的宗旨是推動節約能源、保護環境和提高照明質量，以適應和服務於我國社會進步和現代化進程。
主要目標
· 推廣套用高效照明產品；
· 推進照明節電，實現照明節電10%的目標，預期到2010年照明節電累計1032億kW·h；
· 通過節電，減少溫室氣體排放，到2010年累計減排二氧化碳4130萬噸碳；
· 提高高效照明產品的質量和水平，擴大生產能力和出口量；
· 提高公眾節能環保意識，更清楚了解高效照明系統的好處。
措施
其措施之一是嚴格限制低光效的普通白熾燈套用：這已成為全世界各國節能減排的共同要求。
一般應使用螢光燈，主要是自鎮流螢光燈代替白熾燈；在一些開關頻繁、要求調光、有特殊裝飾要求的場所，以及商場重點照明等，宜選用鹵素燈。
限制白熾燈套用，當前重點是賓館和家庭兩類場所：對賓館主要靠設計師、裝飾工程師和建設單位共同努力，增強節能觀念和責任來解決；對家庭主要靠政府運用價格政策引導。
國外禁用
國家和地區 白熾燈預計禁用（禁售）時間 情況介紹
澳大利亞2009年停止生產，最晚在2010年逐步禁止使用傳統的白熾燈。 澳大利亞是世界上第一個計畫全面禁止使用傳統白熾燈的國家。澳大利亞政府20日宣布一項計畫，將最晚在2010年開始逐步禁止使用傳統的白熾燈，代之以更加節能的日光燈等節能燈具。這是澳大利亞倡議的減排溫室氣體以阻止全球氣候變暖的措施之一。
加拿大2012年前禁用白熾燈 加拿大自然資源部部長加里.倫恩2007年4月25日宣布，加拿大定於2012年開始禁止銷售白熾燈。加拿大是繼澳洲後第二個宣布將禁用白熾燈的國家。
台灣規劃2010年開始執行白熾燈禁產政策，2012年全面禁產。 經濟部能源局昨日在行政院產業科技策略會議中宣布，2013年起已逐步推動傳統白熾燈退出公家機關、飯店、醫院甚至一般住家，預訂三年後逐步停產，最遲在二○一二年，耗電較多的傳統白熾燈就將全面停產、禁用。
日本 到2012年止，停止製造銷售高能耗白熾燈 日本政府日前宣布截至2012年，日本將全面禁止使用白熾燈。專家預計，該禁令將使螢光燈、緊湊型螢光燈的使用數量大幅增加，並最終隨著LED效率的提高以及成本的降低，增加LED照明的需求。
美國 2012年1月到2014年1月。大多數白熾燈泡將於2014年在美國市場上禁止銷售。 2007能源獨立和安全法案規定：從2012年1月到2014年1月間，美國要逐步淘汰40W、60W、75W及100W白熾燈泡，以節能燈泡取代替換。
中國發改委預計10年內禁用（禁售）白熾燈 為加快推進節能減排，逐步淘汰白熾燈，加快推廣節能燈，國家發改委日前與聯合國開發計畫署（UNDP）、全球環境基金（GEF）合作共同開展“中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節能燈”項目，支持研究編制《中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節能燈行動計畫》。
韓國2013年底前禁止使用白熾燈 南韓[第四次能源利用合理化基本計畫]決定，將階段性地調高光能源僅占5%，而熱散發量高達95%的白熾燈的最低能耗標準，並在2013年底前予以淘汰。
為什麼在開電燈時最容易燒壞燈絲？
白熾燈泡內的燈絲，是用很細的鎢絲繞製成的。電燈正常工作時溫度達到2000℃以上，雖然還達不到鎢絲的熔點3370℃，但這樣的高溫卻可以使鎢絲表面的一部分原子蒸發出來。因此，燈泡用久後，玻璃泡會慢慢變黑，燈絲會慢慢變細，變得粗細不再那么均勻。由於導體的電阻與其橫截面積有關，細的地方單位長度的電阻比粗的地方單位長度電阻大，由知，細的地方發熱功率比粗的地方大，因此，越細的地方溫度就越高。發熱不均勻，不僅會使燈絲變形，而且還會使螺旋形的燈絲匝數的間距不均勻，從而導致發熱更加不均勻，匝數越密的地方，溫度越高。而對於大多數導體來說，電阻與溫度有關，溫度越高，電阻越大。
因此,,一般人認為: 電燈開啟前，燈絲是冷的，它的電阻很小；在開燈的一瞬間，通過燈絲的電流很大，約是正常發光時電流的十倍左右。因此，開燈的一瞬間，燈絲的發熱功率比正常發光時要大得多，這就有可能使變細、變密部分的燈絲溫度達到或超過鎢絲的熔點，致使燈絲被熔化。所以燈泡用久了，在開燈的時候，燈絲易從變細、變密的地方燒斷。
但問題在於:開啟瞬間的溫度還未升高,,為何燈絲反而容易斷? 其實這裡面還有一個重要原因:燈絲與引線支架的連線不牢,造成一定的接觸電阻,尤其在開燈瞬間其消耗的功率大幅增加,加上燈絲本身的熱量,就容易造成局部過熱而燒斷燈絲!
以上問題主要還是由於白熾燈生產技術的不足造成的,,相信如果能大幅度減少以上不足,造出更加燈絲直徑更加均勻,繞制螺距更加均勻,連線部分更加牢固的白熾燈,就可以進一步提高其壽命了!
選用安裝
選用指南
普通白熾燈: 適用於需要調光、要求顯色性高、迅速點燃、
頻繁開關及需要避免對測試設備產生高頻干擾的地方和屏
蔽室等。因體積較小，並可製成各種功率的規格，同時易
於控光、沒有附屬檔案、光色宜人等，故特別適於藝術照明和
裝飾照明。小功率投光燈還適用於櫥窗展示照明和美術館
陳列照明等。適用於事故照明。因白熾燈光效低，壽命短、
電能消耗大、維護費用高，使用時間長的工廠車間照明不
宜採用。
施工安裝
白熾燈適用於6～12m的懸掛高度。
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區別
白熾燈使用的是鎢絲，鎢絲電阻較大，通電時發光放熱，光是連續的，光譜是自然光，對視力保護有利，但是比較費電。
節能燈是燈管中的氣體通電後發出螢光，熱量很小，發出的光是有頻率的，光譜是單一光，對眼睛有害，護眼燈的頻率一般是200赫茲，對人眼害處不大，較為節能。
