电灯泡的起源及制造过程

56.光明使者——电灯泡

电灯泡的诞生

1801年，英国化学家戴维将铂丝通电发光。1810年，他又发明了电烛，利用两根碳棒之间的电弧照明。1854年亨利·戈培尔使用一根碳化的竹丝，放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时，但是并没有及时申请设计专利。

1850年，英国人约瑟夫·威尔森·斯旺开始研究电灯。1878年，他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利，并开始在英国建立公司，在各家庭安装电灯。

1874年，加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氮气，以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继续发展这项发明，于是在1875年把专利卖给爱迪生。

爱迪生买下专利后，尝试改良使用的灯丝。1879年他改以碳丝造灯泡，成功维持13个小时。到了1880年，他造出的碳化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。但是在英国，斯旺控告爱迪生侵犯专利，并且胜诉。爱迪生在英国的电灯公司被迫让斯旺加入。但后来斯旺把他的权益及专利都卖给爱迪生。在美国，爱迪生的专利亦被挑战。美国专利局曾判决他的发明已有人申请专利，属于无效。最后经过多年的官司，爱迪生才取得碳丝白炽灯的专利权。

爱迪生的最大发现是使用钨代替碳作为灯丝。之后在1906年，通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决，钨丝电灯泡被使用至今。

电灯泡的最大问题是灯丝的升华。因为钨丝上细微的电阻差别造成温度不一，在电阻较大的地方，温度升得较高，钨丝亦升华得较快，于是造成钨丝变细，电阻进一步增大的循环；最终令钨丝烧断。后来发现以惰性气体代替真空可以减慢钨丝的升华。今天多数的电灯泡内都是注入氮、氩或氪气。现代的白炽灯一般寿命为1，000小时左右。

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重力电灯：“重力电灯”依靠重力产生电力，其亮度相当于一个12瓦的日光灯，且使用寿命长。

来自美国弗吉尼亚州的克雷·毛尔顿，在弗吉尼亚科技大学获得了硕士学位。他的研究课题是一种使用发光二极管制成的灯具，这种灯具被命名为“格拉维亚”，它事实上是一个高度略大于4英尺（约1.21米）、由丙烯酸材料做成的柱体。这种灯具的发光原理是：灯具上的重物在缓缓落下时带动转子旋转，由旋转产生的电能将给灯具通电并使其发光。

这种灯具的光通量为600至800流明（相当于一个12瓦日光灯的亮度），持续时间为4小时。要打开灯具，操作者只需将灯上的重物从底端移到顶部，将其放进顶部的凹槽里。让重物缓缓下降，只需几秒钟，这种发光二极管灯具即被点亮。

克雷·毛尔顿说，操作这种电灯当然要比按开关麻烦，但仍可接受，而且更有趣，这就好比给一款古典的钟表上弦或悠然自得地冲上一杯可口的咖啡。毛尔顿估计，格拉维亚灯具的使用寿命可以达到200年以上。目前，这种名为“格拉维亚”的灯具已经申请并获得了专利。

高压放电灯：在发光管内的电极间施加电压，在起动用气体（氩气及氙气）内开始放电，此时产生放电弧光高温约数千度，添加物（金属）蒸发而产生气体，蒸发的气体与添加物原子内的电子相互碰撞，添加物的固有波长内会被激发而发光，例如水银会发出青色的光，钠会发出橘色的光，铊会发出绿色的光。总之发光管内封入添加物的种类，依其添加物组合的成分，决定光灯泡之发光、演色性及效率等特性。

主要的灯泡添加物如下所述：水银灯，封入水银灯及氩气，靠水银发光，产生青白色的光。高压钠光灯，封入钠、水银及氙气，钠所生的光为橘色。复金属灯，封入钠（橘色）、铊（绿色）、锢（青色）钪（白色）等金属卤化物及水银和氙气，由封入金属发出的混合光，而得到白色光，由封入的金属组合变化，可发出的光及更好颜色性，更佳的效率。发光管，发光管是使用石英玻璃管（水银灯具复金属灯）及氧化铝陶瓷管（高压钠光灯），内部有一对钨电极，发光管内在抽成高真空后，封入氪气、氙气等发光用金属物质。外管，一般的外管使用硬质玻璃壳，内部抽成高真空后，封入氮气等惰性气体，也有环璃壳内部涂有白色的扩散膜（萤光体），将发光管放射的光扩散及防止刺眼。

外管主要功用如下：1.发光管的保护。2.发光管的保温。3.防止导线氧化。4.隔绝紫外线。

无绳电灯：美国麻省理工学院研究人员2007年6月10日进行了“无绳灯泡”的实验。由索尔贾希克领导的研究小组利用两个铜丝线圈充当共振器，一个线圈与电源相连，作为发射器；另一个与台灯相连，充当接收器。结果，他们成功地把一盏距发射器2.13米开外的60瓦电灯点亮。而且试验显示“无线电能传输”技术对人类无害，因为电磁场只对能与之产生共振的物品有影响。