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，超过设置值的十倍。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。它与气化的钨原子生成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.