白熾燈、滷素燈、氙氣燈,這些燈到底有什麼區別與聯繫?

2020-12-05 意想不到的化學

白熾燈

白熾燈是一種熱輻射光源,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。但白熾燈具有顯色性好、光譜連續、使用方便等優點,因而仍被廣泛應用。

一隻點亮的白熾燈的燈絲溫度高達3000℃。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。因為在高溫下一些鎢原子會蒸發成氣體,並在燈泡的玻璃表面上沉積,使燈泡變黑,所以白熾燈都被造成「大腹便便」的外形,這是為了使沉積下來的鎢原子能在一個比較大的表面上彌散開。

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。原因是空氣裡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,玻殼裡殘留的氧氣也被消除了。

但是白熾燈用久了玻殼會變黑,再過一段時間會燒斷,因為鎢絲比起炭絲來,在真空裡的升華速度要快得多。當白熾燈點亮溫度升得很高的時候,鎢的升華仍然十分嚴重。長時間的高溫使鎢絲表面的鎢原子升華擴散,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,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升華的越快,白熾燈的使用壽命就越短。

滷素燈

滷素燈泡,簡稱為滷素泡或者滷素燈,又稱為鎢滷燈泡、石英燈泡,是白熾燈的一個變種。

原理是在燈泡內注入碘或溴等滷素氣體,在高溫下,升華的鎢絲與滷素進行化學作用,冷卻後的鎢會重新凝固在鎢絲上,形成平衡的循環,避免鎢絲過早斷裂。因此滷素燈泡比白熾燈更長壽。

滷鎢燈的基本發光原理和白熾燈相同,都是熱輻射光源。不同的地方在於滷鎢燈裡面充入了特殊的工作氣體,其成分是95%的混合氣(二溴甲烷和氪氣)以及5%的高純氮,這些氣體在燈泡內建立了滷鎢循環。具體過程是燈絲中的鎢揮發出來後,會向溫度較低的地方移動,然後在管壁處和Br2結合生成WBr2;而在溫度較高處,WBr2又會分解,生成的W會回到燈絲上,Br回到工作氣體中,這就是整個滷鎢循環的過程。

通過這樣的滷鎢循環,燈絲上的鎢不會逐漸揮發,由於「熱點」效應而使燈絲燒斷,也不會因為鎢在燈泡殼上沉積而發黑,其壽命得到大大延長。

氙氣燈

氙氣燈是指內部充滿包括氙氣在內的惰性氣體混合體,沒有滷素燈所具有的燈絲的高壓氣體放電燈,簡稱HID氙氣燈,可稱為金屬滷化物燈或氙氣燈,分為汽車用氙氣燈和戶外照明用氙氣燈。

氙氣燈,在汽車燈領域也叫HID氣體放電式頭燈。是用包裹在石英管內的高壓氙氣替代傳統的鎢絲,提供更高色溫、更聚集的照明。 由於氙燈是採用高壓電流激活氙氣而形成的一束電弧光,可在兩電極之間持續放電發光。普通汽車鎢絲燈泡的功率達到55瓦,而氙燈僅需35瓦,降低近1半。氙氣燈可明顯減輕車輛電力系統的負擔。

汽車氙氣燈的色溫在4000K—6000K之間,遠遠高於普通車大燈燈泡。它亮度高,4300K的氙氣燈的光色為白色偏黃,由於色溫較低,視覺效果偏黃光線的穿透力強於高色溫的燈,可以提高夜間和大霧天氣的行車安全性。

其最早應用於航空運輸上。市面上應用比較廣泛的氙氣燈有兩個類目,一個是汽車照明,一個是摩託照明。但被大批量使用到汽車上則是十多年以來的事情,它由海拉公司在90年代初開發而來。氙氣燈由於技術含量較高,所以在價格上比普通的滷素燈和白熾燈都貴。

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