电光源原理-第二章.白炽灯.ppt

,电光源原理白炽灯,第二章白炽灯,第二章白炽灯,一、热辐射的性质,主要内容:,二、白炽灯的结构和材料,三、真空白炽灯中的基本物理现象,四、充气白炽灯中的基本物理现象,五、白炽灯的运用特性,六、白炽灯的发展动向,一、热辐射的定义和表现（温度辐射）,定义：因温度而产生的辐射任何绝对温度大于0度的物体，都会产生热辐射；,1.黑体的定义：黑体是一种物体，能够在任何温度下将辐射到它表面上的任何波长的能量全部吸收。,2-1热辐射的性质,维恩公式,但实验发现在低频波段与实测结果不符，经典物理学理论再次暴露瑕疵。瑞利金斯公式可以较好地符合黑体辐射在低频波段的实验结果，但在高频的紫外波段却与实验结果大相径庭普朗克公式，经鲁本斯实验验证完全正确，很好地解决了前人的黑体辐射理论与实验结果的矛盾。,讨论：1）TMB2）Tmax(峰值波长)向短波方向移动3）T低时红外为主，随T上升，可见光部分增加,斯忒藩玻尔兹曼定律:辐射能正比与温度的四次方,维恩位移定律mT=b,辐射体的发光效率,讨论：1.T=6500K时，最高；T进一步提高，下降。2.实际辐射体，虽然它在任何波长的绝对辐射功率总是小于同温下黑体的辐射，但由于辐射的选择性，其光效可以大于黑体。所以，选择在高温下，在可见光区域有高选择辐射的材料作灯丝，可提高。,2-1,2.2白炽灯的结构与材料,2-2,灯丝：钨丝,发光体芯柱：支撑部件导丝：内导丝，封接丝，保险丝，外导丝实心玻梗，喇叭管，排气管玻壳清光型,钠钙玻璃也有磨沙型，乳白型，彩泡型，镜面起保护钨丝作用灯头：螺口式，插口式填充气体减少钨的蒸发率惰性气体(Ar,N2)消气剂:磷,2-2白炽灯的结构与材料,螺口灯头,2-2,灯丝1.对白炽辐射体（灯丝）的要求,1.熔点高,2.蒸发率V小,3.可见辐射选择性好,4.机械强度高，易加工,5.有适当的电阻率,2-2,最合适的材料：,钨,真空白炽灯光效与寿命的矛盾（温度）,基本矛盾,T（MeT4）,TVapH,Tf=23002600KH=1*103hrs=810lm/W,2-3,气体稳定层,在炽热的灯丝附近，气体变得非常粘滞，几乎可以看成是不流动的；而在泡壁附近的区域里，由于气体温度较低、粘滞度小，气体强烈对流。,因此，可以认为，紧贴灯丝周围存在着一层厚度的稳定气体层（称为郎缪尔层）直径为b。）,2-4充气白炽灯中的基本物理现象,充气对抑制钨蒸发的作用,在充气灯中钨的损失主要是由于在稳定层内钨的浓度扩散。,由于充气的存在阻碍了钨的扩散，使充气灯泡中钨的蒸发率减小为真空中的1/500。,2-4,充气的矛盾-光效、寿命和热损失,讨论：影响Pc的因素,1）充气气体的种类：考虑热损失和抑制钨蒸发，分子量大的效果好，但要考虑成本和放电的影响，一般充氩-氮2）充气压力-考虑热导和承压，室温下一个大气压3）灯丝螺旋长度-短灯丝热损失小，所以双螺旋,2-4,灯丝的临界损耗,G=灯丝烧毁时损失的质量Mk与灯丝原有总质量M之比，即G=（Mk/M）*100%真空灯10%充气灯1%,2-4,对于充氩氮混合气的白炽灯，每厘米长度灯丝的气体热损失Pc约为4W。对于电压为220V的灯泡，螺丝长度必须大于2cm，否则两根导丝之间有放电的危险。因此，充气灯泡的最小热损失值为8W左右。,显然，对220V小功率白炽灯不宜充气，25W以下的白炽灯只能是真空，否则热损失占输入的主要部分，得不偿失。,2-4,结论,1充气可抑制蒸发,2充气引起热损耗,3充入分子量大的气体可更好抑制蒸发和减小热耗，但氙太贵，氪有辐射、易放电，一般用氩-氮。,4采用螺旋灯丝可使Pc下降,5采用螺旋灯丝可增加寿命（机械强度增大了）,2-4,白炽灯的光效虽然比较低，寿命短，但由于它使用极其方便，辐射光谱是连续的，显色性好，因此到目前为止仍是应用最广的一种光源。,2-5,1高色温白炽灯,主要用与摄影和放映电影以及电视和舞台照明。,Tc3200K=30H=50100hrs,2普通照明灯,一般照明,=1020Tc=26003000KH1*103hrs,3红外线灯,用于红外加热干燥、温室保温和医疗保健等。,10Tc2500KH1*103hrs,2-5,白炽灯的燃点条件,看灯丝附近泡壳形状瘦子”竖着点“胖子”横点,2-5,白炽灯主要特性：,安装工作较为容易简单无需辅助电气元件初期投入较少显色性较好Ra=100产生暖色调光环境Tc=2800K,灯的光效较差:10流明/瓦平均寿命较短(1000hrs)产生大量的热灯寿命易受电压波动影响存在不够明亮的可能,2-5,白炽灯的应用,普通白炽灯:适用于需要调光、要求显色性高、迅速点燃、频繁开关及需要避免对测试设备产生高频干扰的地方和屏蔽室等。因体积较小，并可制成各种功率的规格，同时易于控光、没有附件、光色宜人等，故特别适于艺术照明和装饰照明。小功率投光灯还适用于橱窗展示照明和美术馆陈列照明等。适用于事故照明。因白炽灯光效低，寿命短、电能消耗大、维护费用高，使用时间长的工厂车间照明不宜采用。,2-5,一、探索新的灯丝材料,更高的熔点，有更好的辐射选择性,二、改善灯丝材料的结构，以及使周围的介质