电灯的发展史

灯 身边的事物 灯的发展史 前10号 火开始了人类照明领域的第一次革命 而爱迪生发明的白炽灯被公认为第二次照明领域的革命 而被称之为LED的半导体照明 无疑将引领人类照明领域第三次革命 中国有车胤囊萤夜读的传说 萤火虫的身体尾部有一个发光器 发光细胞中的主要物质是虫荧光素和荧光酶 虫荧光素是产生光能的来源 荧光酶则是催化剂 虫荧光素转换能量的效率很高 其中只有约2 10 的能量浪费在热能上 其余能量都用来发光 因此萤火虫的发光可以称为一种 冷光 物理学家认为这是非常理想的灯光 一直到1879年10月21日 在美国新泽西州的一间积满灰尘的实验室里 爱迪生把很细的碳化纤维丝封在一个玻璃泡里面 利用真空泵把玻璃泡里的空气抽走 再稳定地供给电压 使灯丝变成一个很稳定的明亮光源 电力照明的时代从此降临 虽白炽灯泡后来经过改良以适应特殊需求 因此可再细分为普通用照明灯 高压和低压电灯 卤素灯 红外线灯等种类 但是大致而言 白炽灯泡若要作为大型房间或大范围的空间照明器材 还无法满足人类的需求 但百余年来 电灯的发明一直在人类科学史上占有很重要的地位 荧光灯可以说是室内照明非常重要的发明 现在全世界的夜间室内照明绝大多数都是采用荧光灯 荧光灯管比起传统的灯泡来 具有使用寿命长 发光效率较高 光照面积大 可调整成不同光色等几项优点 荧光灯的使用 满足了人类绝大多数场合的需求 虽然各式各样的电灯仍陆续在开发中 然而截至20世纪为止 依旧无法发展出比日光灯更符合人类需求的发明 荧光灯虽然有许多的优点 但最大的一个缺点就是荧光灯管非常消耗电力 绝大多数的电能都消耗在热能上 此外 灯管中的汞存在污染环境的问题 因此 寻求新的照明光源一直是科学家和企业界的任务 在20世纪后期开始发展的发光二极管给未来照明带来曙光 1996年 日本日亚化学公司在GaN蓝光发光二极管的基础上 开发出以蓝光LED激发钇铝石榴石荧光粉而产生黄色荧光 所产生的黄色荧光进而与蓝光混合产生白光 蓝光LED配合YAG荧光粉 开启了LED迈入照明市场的序幕 白光发光二极管的主要构造包含底部的二极管 涂在二极管或灯罩上的荧光粉 以及隔绝外界的灯罩 当底部的二极管 通常是半导体材料 接受电能的激发后 产生电子与电洞对 当电子与电洞再结合的时候 二极管便发出第一发射光 紫外光或蓝光 这第一发射光可以被荧光粉吸收并转换成第二发射光 可见光波长范围 当没有被荧光粉吸收的第一发射光和荧光粉所发射出来的第二发射光混合以后 便得到白光 利用不同荧光粉的搭配 发光二极管也可如日光灯管般具有偏冷色系或暖色系的不同光色 此外 经过多年的研究与发展 发现利用高效率的紫外光发光二极管作为发射光源 是未来白光发光二极管成为照明装置的不二选择 因此 如何发展高效率的紫外光发光二极管 以及适合于紫外光用的各色荧光粉 是现今大家所努力的目标 随着目前LED技术的进步 白光LED的应用也逐渐开展 包括指示灯 携带式手电筒 液晶屏幕背光板 汽车仪表及内装灯等 而业界更相信 未来10年内 白光发光二极管将普遍应用在照明上 成为21世纪人类照明的曙光 在电灯问世以前 人们普遍使用的照明工具是煤油灯或煤气灯 这种灯因燃烧煤油或煤气 因此 有浓烈的黑烟和刺鼻的臭味 并且要经常添加燃料 擦洗灯罩 因而很不方便 更严重的是 这种灯很容易引起火灾 酿成大祸 多少年来 很多科学家想尽办法 想发明一种既安全又方便的电灯 19世纪初 英国一位化学家用2000节电池和两根炭棒 制成世界上第一盏弧光灯 但这种光线太强 只能安装在街道或广场上 普通家庭无法使用 无数科学家为此绞尽脑汁 想制造一种价廉物美 经久耐用的家用电灯 这一天终于来到了 1879年10月21日 一位美国发明家通过长期的反复试验 终于点燃了世界上第一盏有实用价值的电灯 从此 这位发明家的名字 就象他发明的电灯一样 走入了千家万户 他 就是被后人赞誉为 发明大王 的爱迪生 灯泡 灯的首次使用已很难确切地考证了 不过 电灯的问世却有据可查 世界上第一盏犁口般大小的电灯由美国科学家托马斯 阿尔瓦 托马斯瓦 爱迪生于1879年10月21日试制成功 在研制过程中 托马斯 阿尔瓦 托马斯 阿尔瓦 爱迪生仔细分析了当时的煤气灯和弧光灯 他的主攻方向是寻找一种耐热材料 由电流把它烧到白热化程度而发出炽热的光却又不至于断裂或熔化 他偶然发现棉线在空气中一下子烧成灰烬 而碳棉线放入处理过的玻璃球内则发出了炽光 很遗憾 光亮只维持了几分钟就消失了 他错误地放弃了这项试验 转而试用铯 镍 铂 白金 铂铱合金等1 600种不同的耐热材料 收获都甚微 托马斯 阿尔瓦 托马斯 阿尔瓦 爱迪生重新回到了碳的研究上 那年10月 他试验了一段长20厘米 直径为0 15厘米的碳棒 其耐热力达到5 5小时 他又不断改进着碳化方法和抽气处理 1879年10月21日那天 他把1根直径为0 025厘米碳化了的棉线用作灯丝 发出的光度明亮 稳定 它以4烛光的照明度 1小时 2小时 足足亮了45个小时 经过1年多的努力 数千次的试验 人们盼望已久的电灯终于诞生了 同年11月 托马斯 阿尔瓦 托马斯 阿尔瓦 爱迪生改用碳化了的卡纸大大改进电灯寿命后 生产商就迫不及待地把它投入生产 1880年除夕 3 000人走上纽约街头观赏这一新发明 成功并未使托马斯 阿尔瓦 atarget blankhref view 37912 htm 斯瓦 爱迪生停步 第二年 他制造出能连续亮上1 200个小时的毛竹丝灯 直到1904年 奥地利人发明了比毛竹丝灯强3倍的钨丝灯 前者才被取代 钨丝灯从1907年起一直沿用至今 节能灯是白炽灯的进步 众所周知 白炽灯是爱迪生的重要发明 这个重要的发明使人类从此告别了黑暗 迎来了光明 但是白炽灯太耗电了 它大概只有不到十分之一的能量才变成了光能 其它都是热能白白的被浪费掉了 所以人们都在想办法要用新的光源来替代白炽灯 节能灯就应运而生了 由于它相比而言便宜又好制作 所以就得到了大量的应用 有逐步取代白炽灯的趋势 节能灯的两极是普通的钨丝 钨丝通电发热后 就能发射出电子 在灯管两侧加上比较高的电压 形成电场 这些电子就会在灯管里被加速 形成有一定速度和能量的电子流 灯管是被抽成真空的 里面充有汞 就是我们称为的水银 在灯管通电发热的情况下 这些水银从液态蒸发就变成了气态 形成游离状态的汞原子 电子流中的电子以一定速度打在汞原子上 使汞原子受到激发 变成激发状态的电离子 称为发生了阶跃 激发状态的汞过了很短的时间就自发地回落到原来的状态 同时释放出紫外线光 紫外线光不能用来照明 于是我们在灯管的内壁涂了一些荧光物质 在紫外线光的轰击下 荧光物质受到激发以后 就能发出比较自然的光线 可用于我们照明 市面上较常见的节能灯管有一般的普通灯管及渐为主流的三基色灯管 和白炽灯泡相比都有省电的优点 所不同的是普通灯管的显色性偏低 而三基色的灯管则呈现出自然的阳光色 并且在显色性及光效率上都更胜过一般的普通灯管 从上面我们就可以知道 汞在节能灯管中是起中介作用的 没有汞节能灯就不会发光 每支灯管里的汞是很少的 据查 一支管径为36毫米的粗管径荧光灯含汞量在25 45毫克 一支管径为26毫米的细管径荧光灯含汞量为20毫克 一支管径为10毫米的紧凑型荧光灯含汞量为10毫克 汞在常温下呈液态 是一种易流动的银白色液态金属 汞在荧光灯管里作为气体放电介质而存在 不但提高了灯的光效 而且丰富了光源的种类 所以目前的节能灯光源都含有汞 由于汞的沸点很低 在常温下即可蒸发 废弃的荧光灯管破碎后 立即向周围散发汞蒸气 瞬时可使周围空气中的汞浓度达到每立方米10 20毫克 国家规定的汞在空气中的最高允许浓度为每立方米0 01毫克 它还可以随着空气而流动 一旦进入人体的汞超过某一阈值 就会破坏人的中枢神经系统 造成对身体的极大危害 汞进入人体后很难被排除 笔者工厂的工人有十多年没有接触汞了 但现在检查身体汞的含量仍然很高 而且随时都还在打排汞针 所以笔者对节能灯有种本能的恐惧 其实含汞照明灯在使用过程中一般没有什么污染 污染主要是报废后电光源被随意丢弃 破裂造成汞扩散到空气中 危害人体健康 污染环境 由于回收困难和回收价值太低 加之它还有许多的其它弊病 所以唯一的办法就是淘汰它 灯的种类 一 白炽灯 1 普通白炽灯即一般常用的白炽灯泡特点 显色性好 Ra 100 开灯即亮 可连续调光 结构简单 价格低廉 但寿命短 光效低 用途 居室 客厅 大堂 客房 商店 餐厅 走道 会议室 庭院 运用方式 台灯 顶灯 壁灯 床头灯 走廊灯 三 荧光灯 俗称日光灯 特点 光效高 寿命长 光色好 荧光灯有直管型 环型 紧凑型等 是应用范围十分广泛的节能照明光源 用直管型荧光灯取代白炽灯 节电70 90 寿命长5 10倍 对直管型荧光灯进行升级换代 节电15 50 用紧凑型荧光灯取代白炽灯 节电70 80 寿命长5 10倍 2 低压钠灯 lowpressuresodium vapor lamp 特点 发光效率特高 寿命长 光通维持率高 透雾性强 但显色性差 用途 隧道 港口 码头 矿场等照明 四 高强度气体放电灯 highintensitydischargelamp HID 高强度气体放电灯有 荧光高压汞灯 高压钠灯和金属卤化物灯 1 荧光高压汞灯特点 寿命长 成本相对较低 用途 道路照明 室内外工业照明 商业照明 2 高压钠灯特点 寿命长 光效高 透雾性强 用途 道路照明 泛光照明 广场照明 工业照明等 3 金属卤化物灯特点 寿命长 光效高 显色性好 用途 工业照明 城市亮化工程照明 商业照明 体育场馆照明以及道路照明等 4 陶瓷金属卤化物灯特点 性能优于一般金卤灯 用途 商场 橱窗 重点展示及商业街道照明 五 高频无极灯 electrodelesslamp 特点 超长寿命 40000 80000小时 节能 无电极 瞬间启动和再启动 无频闪 显色性好 用途 公共建筑 商店 隧道 步行街 高杆路灯 保安和安全照明及其他室外照明 6 卤素灯泡卤素灯泡 Halogenlamp 亦称钨卤灯泡 是白炽灯的一种 原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体 在高温下 蒸发的钨丝与卤素进行化学作用 蒸发的钨会重新凝固在钨丝上 形成平衡的循环 避免钨丝过早断裂 因此卤素灯泡比白炽灯更长寿 此外 卤素灯泡亦能以比一般白炽灯更高的温度运作 它们的亮度及效率亦更高 不过在这温度下 普通玻璃可能会软化 因此卤素灯泡需要采用熔点更高的石英玻璃 而由于石英玻璃不能阻隔紫外线 故此卤素灯泡通常都而需要另外使用紫外线滤镜 卤素灯泡上的水晶玻璃如果有油 会造成玻璃上温度不一 减低灯泡的寿命 因此换卤素灯泡时要避免人手触及灯泡的玻璃 中国的电灯 中国的第一盏电灯出现在清光绪五年四月初八 1879年5月28日 当时上海公共租界工部局电气工程师毕晓浦 J D Bishop 在乍浦路一幢仓库里 以10马力 7 46千瓦 蒸汽机为动力 带动自激式直流发电机发电 点燃碳极弧光灯 全国第一盏电灯问世 光绪八年 1882年 英国人立德尔 R W Little 招股成立上海电气公司 亦称上海电光公司 在大马路31号A 今南京东路190号 创办上海第一座发电厂 同时 在电厂的转角围墙内竖起第一盏弧光灯杆 并沿外滩到虹口招商局码头立杆架线 串接15盏灯 清光绪八年六月十二日 1882年7月26日 下午7时 电厂开始供电 夜幕下 弧光灯一齐发光 炫人眼目 吸引成百上千的人聚集围观 第二天 上海中外报纸都作了电灯发光的报道 这家电厂 在全国是第一家 比全球率先使用弧光灯的法国巴黎火车站电厂晚7年 比日本东京电灯公司早5年 标志着中国电力工业从上海起步 随后 上海的民族电力工业亦开始崛起 清光绪二十三年 1897年 清政府上海南市马路工程善后局在十六铺老太平码头创建供30盏路灯照明的南市电灯厂 于次年除夕 1898年1月21日 建成 并于当晚试灯 上海县令黄爱棠率官员亲临观看 清光绪三十二年 1906年 地方名绅李平书等集银6万余两 将经营困难的官办南市电灯厂接归商办 改名上海内地电灯公司 移厂于紫霞殿 翌年七月 1907年8月 建成发电 设备容量650千瓦 后逐步发展 到清宣统三年 1911年 供电灯数已增至7000余盏 清宣统三年九月初六 1911年10月27日 李平书奉两江总督之命而创办的闸北水电公司在广肇山庄北首 今铁路上海站 落成