电光源原理 第二章.白炽灯

1、电光源原理电光源原理白炽灯白炽灯第二章第二章 白炽灯白炽灯第二章第二章 白炽灯白炽灯一、热辐射的性质二、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）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定义：因温度而产生的辐射 任何绝对温度大于任何绝对温度大于0度的物体，都会产生热辐射；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

2、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）TMB 2）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 斯忒藩斯忒藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律:辐射能正比与温度的辐射能正比与温度的四次方四次方维恩位移定律维恩位移定律 m T=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

3、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。2-12.2 白炽灯的结构与材料2-2钨丝, 发光体w芯柱芯柱：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w玻壳玻壳清光型, 钠钙玻璃也有磨沙型，乳白型，彩泡型，镜面起保护钨丝作用w灯头灯头螺口式，插口式w填充气体填充气体n减少钨的蒸发率n惰性气体(Ar , N2)w消气剂: 磷2-2 白炽灯的结构与材料白炽灯的结构与材料螺口灯头螺口灯头2-2 灯丝灯丝1. 对白炽辐射体（灯丝）的要求对白炽辐射体（灯丝）的要求1.熔点高熔点高2.蒸发率蒸发率V小小 环境气氛灯丝的结构影响V的因素

4、 Tf 自身的性质3.可见辐射选择性好可见辐射选择性好4.机械强度高，易加工机械强度高，易加工5.有适当的电阻率有适当的电阻率2-2最合适的材料：钨真空真空白炽灯光效与寿命的矛盾（温度） 基本矛盾 T（MeT4） TVapH Tf=23002600K H=1*103hrs =810lm/W2-3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。）31-32)-f()C( lnTwTwTfdbb2-4充气白炽灯中的基本物理现象充气

5、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。2-4b充气的矛盾充气的矛盾-光效、寿命和热损失光效、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灯丝灯丝的的临界损耗临界损耗 G=灯丝烧毁时损失灯丝烧毁时损失的质量的质量Mk与与灯丝灯丝原有总质量原有总质量M之比，之比， 即

6、即G= （Mk/ M）*100%真空灯真空灯10%充气灯充气灯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

7、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。2-52-51高色温白炽灯高色温白炽灯 主要用与摄影和放映电影以及电视和舞台照明。主要用与摄影和放映电影以及电视和舞台照明。 Tc3200K =30 H=50100hrs2普通照明灯普通照明灯 一般照明一般照明=1020 Tc=26003000K H1*103hrs 3红外线灯红外线灯 用于红外加热干燥、温室保温和医疗保健等。用于红外加热干燥、温室保温和医疗保健等。 10 Tc2500K H1*103hrs2-52-5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2-52-5白炽

8、灯主要特性：白炽灯主要特性：w 安装工作较为容易简单安装工作较为容易简单w 无需辅助电气元件无需辅助电气元件 w 初期投入较少初期投入较少w 显色性较好显色性较好 Ra = 100w 产生暖色调光环境产生暖色调光环境w Tc= 2800Kw灯的光效较差灯的光效较差 :10流明流明/瓦瓦w平均寿命较短平均寿命较短( 1000 hrs)w产生大量的热产生大量的热w 灯寿命易受电压波动影响灯寿命易受电压波动影响w存在不够明亮的可能存在不够明亮的可能2-52-5白炽灯的应用白炽灯的应用n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。 2-52-5一、探索新的灯丝材料一、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，以及使二、改善灯丝材料的结构，以及使周围的介质环境更理想化！周围的介质环境更理想化！1小型化 2反射型 3涂红外反射层2-6白炽灯的发展方