电光源原理 第二章.白炽灯.ppt

第二章 白炽灯 一、热辐射的性质 维恩公式,但实验发现在低频波段与实测结果不符，经典物理学理论再次暴露瑕疵。 瑞利－金斯公式可以较好地符合黑体辐射在低频波段的实验结果，但在高频的紫外波段却与实验结果大相径庭 普朗克公式，经鲁本斯实验验证完全正确，很好地解决了前人的黑体辐射理论与实验结果的矛盾。 辐射体的发光效率 讨论： 1. T=6500K时，η最高；T进一步提高， η下降。 2. 实际辐射体，虽然它在任何波长的绝对辐射功率总是小于同温下黑体的辐射，但由于辐射的选择性，其光效可以大于黑体。 所以，选择在高温下，在可见光区域有高选择辐射的材料作灯丝，可提高η。 螺口灯头 白炽灯的应用 普通白炽灯: 适用于需要调光、要求显色性高、迅速点燃、频繁开关及需要避免对测试设备产生高频干扰的地方和屏蔽室等。因体积较小，并可制成各种功率的规格，同时易于控 光、没有附件、光色宜人等，故特别适于艺术照明和装饰照明。小功率投光灯还适用于橱窗展示照明和美术馆陈列照明等。适用于事故照明。因白炽灯光效低，寿命 短、电能消耗大、维护费用高，使用时间长的工厂车间照明不宜采用。 * * 电光源原理—白炽灯 第二章 白炽灯 主要内容: 二、白炽灯的结构和材料 三、真空白炽灯中的基本物理现象 四、充气白炽灯中的基本物理现象 五、白炽灯的运用特性 六、白炽灯的发展动向 一、热辐射的定义和表现（温度辐射） 定义：因温度而产生的辐射 任何绝对温度大于0度的物体，都会产生热辐射； 1.黑体的定义： 黑体是一种物体，能够在任何温度下将辐射到它表面上的任何波长的能量全部吸收。 2-1 热辐射的性质 讨论：1）T↑——→MλB↑ 2）T↑——→λmax(峰值波长)向短波方 向移动 3）T低时——→红外为主， 随T上升， 可见光部分增加 斯忒藩——玻尔兹曼定律:辐射能正比与温度的四次方 维恩位移定律 λm· T=b 2-1 2.2 白炽灯的结构与材料 2-2 灯丝：钨丝, 发光体 芯柱：支撑部件 导丝：内导丝，封接丝，保险丝，外导丝 实心玻梗， 喇叭管， 排气管 玻壳 清光型, 钠钙玻璃 也有磨沙型，乳白型，彩泡型，镜面 起保护钨丝作用 灯头：螺口式，插口式 填充气体 减少钨的蒸发率 惰性气体(Ar , N2) 消气剂: 磷 2-2 白炽灯的结构与材料 2-2 灯丝 1. 对白炽辐射体（灯丝）的要求 1.熔点高 2.蒸发率V小 环境气氛 灯丝的结构 影响V的因素 Tf 自身的性质 3.可见辐射选择性好 4.机械强度高，易加工 5.有适当的电阻率 2-2 最合适的材料： 钨 真空白炽灯光效与寿命的矛盾（温度） 基本矛盾 T↑——→η↑（Me∝T4） T↑——→Vap↑——→H↓ ∴ Tf=2300~2600K H=1*103hrs η=8~10lm/W 2-3 气体稳定层 在炽热的灯丝附近，气体变得非常粘滞，几乎可以看成是不流动的；而在泡壁附近的区域里，由于气体温度较低、粘滞度小，气体强烈对流。 因此，可以认为，紧贴灯丝周围存在着一层厚度的稳定气体层（称为郎缪尔层）直径为b。） 2-4充气白炽灯中的基本物理现象 充气对抑制钨蒸发的作用 在充气灯中钨的损失主要是由于在稳定层内钨的浓度扩散。 由于充气的存在阻碍了钨的扩散，使充气灯泡中钨的蒸发率减小为真空中的1/500。 2-4 b 充气的矛盾---光效、寿命和热损失 讨论：影响Pc的因素 1）充气气体的种类：考虑热损失和抑制钨蒸发，分子量大的效果好，但要考虑成本和放电的影响，一般充氩-氮 2）充气压力 -------考虑热导和承压 ，室温下一个大气压 3）灯丝螺旋长度 -----短灯丝热损失小，所以双螺旋 2-4 灯丝的临界损耗 G=灯丝烧毁时损失的质量Mk与灯丝原有总质量M之比， 即G= （Mk/ M）*100% 真空灯10% 充气灯1% 2-4 对于充氩—氮混合气的白炽灯，每厘米长度灯丝的气体热损失Pc`约为4W。对于电压为220V的灯泡，螺丝长度必须大于2cm，否则两根导丝之间有放电的危险。因此，充气灯泡的最小