玩轉白熾燈(物理考點)

白熾燈是一種熱輻射光源。正是由於熾熱的燈絲產生了光輻射，才使電燈發出了明亮的光芒。

能量的轉換效率很低，只有2%~ 4%的電能轉換為眼睛能夠感受到的光。

白熾燈具有顯色性好、光譜連續、價格便宜、使用方便等優點，因而仍被廣泛應用。

 白熾燈泡主要由燈絲、玻璃殼體、燈頭等幾部分組成。

  燈泡中的金屬材料容易導電，都是導體; 而玻璃殼體，燈頭的塑料部分是不容易導電的絕緣體。

        燈絲由電阻率大、熔點高的金屬鎢製成的。

       根據電流的熱效應原理(焦耳定律) 製成的。燈泡接.上額定電壓後，電流通過燈絲而被加熱到白熾狀態(2000C以上)，因而發熱發光。

       熱傳遞的方式有傳導、對流、輻射。白熾燈的燈絲產生的熱是通過輻射的方式向外 傳遞的。

       導體的電阻與導體的材料、橫截面積、長度和溫度有關。為提高燈絲的溫度，增大燈絲的熱輻射量，提高發光效率，白熾燈的額定功率越大，由R=U2/P可知R就越小，其他條件相同時，燈絲也就越粗。

        照明電路中的白熾燈，額定電壓都相同，根據公式P=U2/R可知道，燈絲粗而短，燈絲電阻小，額定功率大。

       白熾燈工作時，通過電流做功，將電能轉化為內能和光能

   為防止鎢在高溫下的氧化，燈泡都抽成真空；60W瓦以.上的燈泡充入氮、氬等氣體，可一定程度阻礙鎢在高溫下的升華。 

      在技術.上雖已採取了阻礙鎢在高溫下升華的措施，但事實上鎢還是能在高溫下升華，由固態直接升華為氣態。久而久之，燈絲就會變細直至「燒斷」。

       鎢絲升華，熱的鎢蒸氣遇冷的玻璃壁後又凝華為固態晶體附著在燈的內表面上，所以燈泡會發黑。同時，升華和凝華的結果使得燈絲變細，由公 式P=U2/R可分析得到，燈絲電阻變大，而燈兩端的電壓不變，所以燈的功率變小，亮度也會變暗。 

       導體的電阻與導體的材料、橫截面積、長度和溫度有關。一般金屬材料的電阻都隨溫度的升高而增大，燈絲鎢也具有同樣的性質。開燈的瞬間，燈絲溫度低，電阻小，所以燈絲易出現過熱而熔斷。工作一段時間後，燈絲溫度升高，阻值隨溫度的升高而增大，燈的電流和功率接近額定值，因而難損壞。
       例如:一隻「220V、40W"的白熾燈由公式R=U2/P計算得到的熱態電阻約1210歐，而不工作的冷態電阻實測值約90歐。

        斷絲的燈泡再搭上，燈絲的長度減小，電阻變小。工作電壓不變，因而工作電流、功率都增大，亮度比原來亮。當然，由於此時燈的實際功率大於額定功率,因而搭上燈絲過熱更易熔斷。

    PZ:普通照明的拼音縮寫;
   220V:額定(正常工作)電壓220伏特
   40W:額定電功率40瓦特

       一般情況下燈絲電阻指的是正常發光時的電阻，由公式:R=U2/P即是用額定電壓的平方除以額定功率即可。當然，用「伏安法」測電阻也是可以的。 由R=U/I可知，額定電壓| (電壓表測)與額定電流(電流表測)的比值就是電阻。注意：不同電壓電流下，燈絲亮度不同溫度不同，電阻本來就不同。所以「伏安法」測燈絲電阻不能求不同電壓下電阻的平均值。 

   實驗表明:燈泡亮度由實際功率決定。
   實際功率越大,燈泡越亮;實際功率越小，燈泡越暗。

       特別提醒一下，燈泡不是有電流就-定會發光，如果電流太小是不足以使燈泡發光的。

     一隻「220V、40W」的白熾燈L1與一隻「220V、100W」的白熾燈L2
由R=U2/P可知，R1=1210 歐，R2=484歐，R1>R2

①兩燈並聯在200V電壓下，誰更亮? .
    R1>R2，又因為並聯兩者電壓相同，由公 式P=U2/R可知，P2更大， 所以L2更亮。

②兩燈串聯在220V電壓下，誰更亮?
   R1>R2，又因為串聯兩者電流相同，由P=I2R可知，P1，所以L1更亮。

     ①如果忽略溫度對燈絲電阻的影響， 由P=U2 /R，電壓是原來的1/2，那麼實際電功率就是原來的1/4;
     ②考慮溫度對燈絲電阻的影響， 由P=U2/R，電壓是原來的1/2，因為溫度降低電阻變小，那麼實際電功率將大於原來的1/4;
     ③電壓為額定值的一半( 下圖B點)，此時實際功率為PB,電阻為RB;電流為額定值的一半(下圖C點)，此時實際功率為Pc,電阻為Rc;
     由圖可知為PB>Pc；  RB>Rc

       真空件都有一個抗大氣壓強的問題。白熾燈的裡面是真空，燈絲的熱和光要透過玻璃向外輻射，玻璃不能很厚，因此，薄的凸形的玻璃曲面可以大大增強抵抗大氣壓的能力。

       白熾燈、日光燈、節能燈與LED燈都是常用的照明燈:
       ①白熾燈，屬於熱輻射光源，在電流通過鎢絲髮熱發光的過程中，只有一小部分電能轉變為光能，大部分的電能轉化為熱能。因此，白熾燈又稱為「熱燈」，這種燈的特點是發光效率低、壽命短，但製造簡單、價格低，使用方便。

②日光燈，又叫做螢光燈，屬於氣體放電光源。工作時，電能轉化為紫外線，再由紫外線激發螢光粉發出光，因此又稱為「冷光」，它的最大特點是發光效率高，燈管壽命長。

③節能燈，又叫緊湊型螢光燈，它的工作原理和日光燈基本相同。具有光效高，節能效果明顯、壽命長、體積小，使用方便等優點。

④LED燈，又叫發光二極體，它是一種固態的半導體器件，可以直接把電轉化為光。體積小、耗電低、壽命長、無毒環保等諸多優點。

耗能:白熾燈>日光燈>節能燈>L .ED燈
亮度: LED燈>節能燈>日光燈白熾燈
壽命: LED燈>節能燈日光燈>白熾燈
價格: LED燈>節能燈>日光燈>白熾燈

       安裝白熾燈要注意燈泡不受外界幹擾，要美觀、實用、牢固、安全。
①導線的連接要規範合理。 

②開關要控制火線。
③螺絲口燈座的螺旋套只準接在零線.上。
④燈座中的兩條導線要彼此絕緣，打上保險扣。