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如何令灯泡更耐用?

  1. 为什么灯泡的钨丝通常在刚开灯时烧断,而不是在亮灯很久灯丝最热时烧断?

     

     

  2. 为什么灯丝在开灯时比在关灯时更常烧断?

     

     

  3. 是什么导致灯泡内部变黑?

     

     

  4. 为什么选用钨作为灯丝的物料?

     

     

  5. 为什么有些时候灯泡烧坏时会有火花或电弧光?

     

     

  6. 卤素灯是如何运作的?

     

     

  7. 什么灯较省电—普通灯泡或卤素灯?

     

   撰文:李本滢


  1. 为什么灯泡的钨丝通常在刚开灯时烧断,而不是在亮灯很久灯丝最热时烧断?

    主要原因是在开灯的一刻,通过灯丝的电流是最高的。

    让我们重温高中的科学知识。物质的电阻通常随温度上升。例如一般用来制造灯泡丝的钨,温度每上升一度,电阻便增大0.6%。灯亮时,灯丝温度超过摄氏2000度。即是说灯丝的电阻可从冷却时的几欧姆上升至白热时的数十欧姆。从数式 I=V/R( I 是电流、 V 是电压及 R 是电阻)可以看到,在特定的电压值 V(香港一般使用220电压),其起始电流是最强的,超过设定值的十倍。起始时的热能也是最高的(电功率 P = IV = V2/R),令灯丝受压。

    当灯泡用了一段时间后,部份灯丝不免会变得较幼。由于这部份的灯丝有较高的电阻,因此增温会较快(P = I2R),令情况更坏,而灯丝已经较幼的部份会变得更幼。

    图
    (图片来源: Wikipedia)

     

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  2. 为什么灯丝在开灯时比在关灯时更常烧断?

    关灯时,灯丝是在较热的环境下得以慢慢冷却。相反,灯丝在开灯时会急速增温。所以关灯时灯丝较少机会烧断。

    使用调光器可减少起始时通过灯丝的电流,从而减低灯丝在开灯时烧断的机会。

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  3. 是什么导致灯泡内部变黑?

    灯泡内部变黑是因为钨丝蒸发,然后沈降在灯泡玻璃内部。钨的气化亦导致灯丝使用后变幼。

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  4. 为什么选用钨作为灯丝的物料?

    使用钨是因为它有很高的熔点(超过摄氏3000度),即使在高温下仍然坚硬。此外,它比其它普通金属气化较少(它有很低的汽态压力)。

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  5. 为什么有些时候灯泡烧坏时会有火花或电弧光?

    火花或电弧光其实是灯丝已断开的两端出现放电情况,在短时间内有很大的电流通过,有时会造成保险丝烧掉或漏电断路器跳掣。

    轻轻敲击或摇动一下烧坏的灯泡,有机会使断开的灯丝重新连接,让灯泡短暂延续寿命。

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  6. 卤素灯是如何运作的?

    普通灯泡内注入了惰性气体(如氩气或氪气)及氮气,以防止钨丝氧化。相反,卤素灯泡内藏碘(偶尔是溴),属于高化学反应的卤素系列。

    为什么选用高反应性的物料?卤素灯泡内的碘用不同的方法保存钨丝的寿命。它与气化的钨原子产生化学反应形成一种碘化钨的气体结合物。碘化钨会在灯泡内漂浮,直至碰到炽热的灯丝。高温令它分解成碘气及金属的钨,这样灯丝便能还原。由于这个循环作用的关系,卤素灯泡的寿命长达两倍。

    化学作用使电灯在高温下运作并发出明亮的白光。因此,灯泡的外壳是用石英制造,可承受高温。

    图
    (图片来源: Wikipedia)

     

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  7. 什么灯较省电—普通灯泡或卤素灯?

    卤素灯和普通灯泡一样,仅利用10至12%的能量发光(其余大部份能量变成热力),效率不及光管式悭电胆。

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参考:

  1. "What Einstein told his barber", R.L. Wolke, Dell Publishing, 2000.
  2. "New Scientist - Why don't penguins' feet freeze?", Profile Books, 2006.

 

最近修订日期: <2014年4月1日>