关于电灯的昨天、今天和明天

廖婧仪

【摘要】 电灯是人类征服黑夜的一大发明，自电灯发明以来，它大大推动了人类发展。而随着社会的进步和科技的发展，电灯的种类越来越多，效能越来越好，节能能力越来越强，外形也越来越美观。本文通过对三种具时代代表性的电灯：白炽灯、荧光灯、LED灯在各个方面上的对比和研究，得出电灯发展的规律和特点，研究发现LED灯在各个方面上都要比白炽灯、荧光灯更胜一筹，特别是节能功效十分显著。

【关键词】 白炽灯 荧光灯 LED灯 工作原理 效能 节能效果

【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2015）04-089-02

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了解电灯的发展历程能够有利于我们从侧面更加深入地体会社会的发展和进步。电灯在各个特点上的发展应该是越来越符合时代的需求，越来越能体现科技的进步。白炽灯、荧光灯、LED灯在外形、工作原理、主要结构和材料、发光效能、主要用途、节能效果上有何区别？本文对三种具时代代表性的电灯：白炽灯、荧光灯、LED灯在各个方面上进行对比和研究。

一、白炽灯

图1 白炽灯结构图

我们常见的白炽灯多为梨形结构，体积较小。灯丝通电加热达到白炽状态，利用热辐射发出可见光。普通的白炽灯主要由玻壳、灯丝、导线、感柱、灯头组成。（见右上图）。玻壳的材料是耐热玻璃，耐热性能较好，工作时最高温度可达到100℃左右。灯丝是做成螺旋结构的钨丝，熔点高、电阻率较大、强度好，是所有纯金属中制造白炽灯灯丝的最好材料。导线由内导线、杜美丝和外导线三部分组成，主要材料是铜丝和镀镍铁丝。感柱是一个喇叭形的玻璃零件，连着玻壳，起到了固定金属部件的作用。灯头是连接灯座和接通电源的金属件，用焊泥把它同玻壳粘贴在一起。

表1 PHILIPS三种普通不同功率的白炽灯比较

如表1所示，普通白炽灯的功率在25W-60W的范围内，平均寿命一般为1000个小时左右。

二、荧光灯

常见的荧光灯多为直管型。传统型荧光灯即低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光。荧光灯电路由灯管、镇流器、启辉器以及电容器等部件组成（见图2），各部件的结构和工作原理如下。

图2 荧光灯组成电路

荧光灯管是一支玻璃管，内壁涂有一层荧光粉，不同的荧光粉可以发出不同的颜色。镇流器是与荧光灯管相串联的一个元件，镇流器限制灯管的电流，产生足够的自感电动势，启辉器是一个小型的辉光管，在小玻璃管内充有氖气，并装有两个电极。电容器是一个为了改善线路功率因素的，在电源处并联的一个大小适中的仪器。

普通荧光灯的功率一般在20W以下，光通量比较大。（见表2比较）。

表2 雷士照明几种不同功率的普通荧光灯的比较

三、LED灯

LED，（LightEmittingDiode），即发光二极管，是一种固态的半导体器体，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

表3 PHILIPS几种不同功率LED灯泡比较

四、三种灯比较分析

在发光效率方面，普通白炽灯光效为12-24流明/瓦，荧光灯为50-70流明/瓦，LED灯则可达到50-200流明/瓦。明显是LED灯的发光效率要远远高于其他两种灯。在白炽灯发光的时候，80%的电能会转化为热能，仅仅有20%的电能可以转化为光能。

在用电量方面，LED一千小时仅耗几度电，普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电。所以LED灯的耗电量明显更加少。

在使用寿命方面，白炽灯、荧光灯、是采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧，热沉积、光衰减等特点，而采用LED灯体积小，重量轻，环氧树脂封装，可承受高强机械冲击和震动，不易破碎，平均寿命达10万小时，LED灯具使用寿命可达5-10年，可以大大降低灯具的维护费用避免经常换灯之苦。

从发展前景看，近年来许多科技行业的人员都在研究LED技术，LED灯形式多样，节能效果最好，未来一定会有更加高水平的利用，另一方面，由于白炽灯的耗电量大，寿命短，性能远低于新一代的新型光源，为了节能环保，保护环境，白炽灯已被一些绿色光源所代替，被要求渐渐退出市场，一些国家已禁止生产和销售白炽灯。

五、结论

本文通过研究，分别了解了白炽灯、荧光灯、LED灯的基本构造，各种灯都进行了不同功率下的比较，研究得出，在三种灯里面，白炽灯在各个方面明显占劣势，发光效率及环保效能均比较差，而荧光灯比较于白炽灯由于发光原理不同，在发光效率方面要进步很多，但是环保效能还有待提高，而LED灯在外形、发光效能、节能效果上明显比白炽灯与荧光灯更占优势。广泛使用LED灯能够减少很多环境污染。如今只要能够逐步解决LED灯在价格、材质上的各种问题，白炽灯和荧光灯就会逐步被淘汰，LED灯将称霸照明世界。

（指导老师：廖伟开）