灯通电后主要产生光辐射和热能,其原理基于热辐射发光,具体经过如下:
1.电流引发电阻发热
灯通电时,电流通过钨丝(灯丝),由于钨丝的电阻特性,电能转化为热能。根据焦耳定律,电阻材料在电流影响下会产生热量,使灯丝温度急剧升高至约2500℃–3000℃。此时,钨原子因高温剧烈振动,导致微观粒子碰撞并加速运动,进一步产生热效应。
2.高温导致热辐射发光
丝达到白炽情形(高温)时,会通过热辐射发出电磁波,其中包括可见光和红外线:
- 可见光:灯丝温度越高,发出的光色从红色逐渐变为白色(约3000K色温),形成连续光谱,显色性接近天然光。
- 红外线:约90%的电能转化为红外辐射(热能),仅有不到10%转化为可见光。
发光方式属于黑体辐射,光谱范围广但效率低。
3.伴随的物理现象
- 钨丝蒸发:高温下钨原子蒸发并沉积在灯泡内壁,导致玻璃逐渐变黑,灯丝变细直至断裂(寿命约1000小时)。
- 惰性气体影响:现代白炽灯内充氩气等惰性气体,通过碰撞减缓钨蒸发速度,延长寿命。
- 瞬时高电流冲击:开灯瞬间电流可达正常职业时的10倍,可能加速灯丝局部过热而烧断。
4.能量转化与缺陷
灯的能效极低,仅约2%-10%电能转化为可见光,其余以热能浪费。这也是其被荧光灯、LED灯取代的主要缘故。
灯通过电流加热钨丝至白炽情形发光,本质是热辐射,但其高能耗、低寿命的缺陷使其逐渐退出市场。如需进一步了解其替代技术(如卤素灯、LED灯),可参考相关光源的改进原理。
