燈泡發(fā)光的科學(xué)原理是什么
燈泡發(fā)光是生活中常見的事情，但是有很多的人都不知道燈泡是怎么發(fā)光的。下面是百分網(wǎng)小編為你精心推薦燈泡發(fā)光的科學(xué)原理，希望對您有所幫助。
燈泡發(fā)光科學(xué)原理
燈中放電管的汞蒸汽在低壓狀態(tài)(小于102Pa)下產(chǎn)生氣體發(fā)出紫外光，紫外光照射外玻殼的熒光粉發(fā)出照明光。
用鎢絲用電加熱發(fā)光,用耐高溫石英玻璃做燈管,在中充了少量鹵素元素,以增光效和保護燈絲.
與1原理相同,只不過放電管中汞蒸汽壓力更高,光效因此更高，相應(yīng)還有超高壓汞燈。
在放電管中充增了金屬鈉,將鈉加熱變成鈉蒸汽,而且氣壓很高.光效很高,鈉蒸汽通電發(fā)光，但光色泛黃，技術(shù)上叫做顯色性差。也有低壓鈉燈,光效非常高，顯色性不好，國內(nèi)不常用。用這種設(shè)計工藝，在放電管中充加其他稀有金屬如銦、鎵或其他稀有金屬，可做成高亮度的各種單色彩色燈。
用一種發(fā)光效率較高的三基色熒光粉做的熒光燈,類同于過去的日光燈,都是用汞加熱變成蒸汽致使熒光粉發(fā)光,只是熒光粉材料不同,因發(fā)光效率高,故稱節(jié)能燈。這種燈通常功率不會做得很大，適用室內(nèi)居住照明。
在玻璃管中充填了惰性氣體,也加了少量金屬汞,根據(jù)惰性氣體材料不同,能發(fā)不同彩色的光,兩端有電極,不需加熱,直接用高壓電沖擊起亮。發(fā)光效率不是太高，但玻管較細(xì)，可彎曲成形，是一種傳統(tǒng)的廣告燈。
燈泡發(fā)光原理
燈絲上有電流通過，實際上自由電子的定向移動，使得燈絲中的電子、原子核等微粒的平均速度加快，能量增加。
微觀的角度，可能有電子從基態(tài)跳到激發(fā)態(tài)，或從能量較少的激發(fā)態(tài)跳遷到能量較多的激發(fā)態(tài)，電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，使得電燈燈絲的溫度升高。
溫度高到一定程度，一般要在1000攝氏度左右，就能發(fā)光。開始是紅外線，溫度高到一定程度，就能發(fā)出可見光。
微觀的角度，可能有電子從激發(fā)態(tài)跳到基態(tài)，或從能量較多的激發(fā)態(tài)跳遷到能量較少的激發(fā)態(tài)。放出能量。這里電能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能和光能。
燈泡會發(fā)光的原因
簡單來說，白熾燈里面的燈絲是鎢絲，其主要成分是鎢。當(dāng)鎢絲通電時，由于鎢絲的電阻式電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，將鎢絲加熱，溫度升高，一般金屬加熱到一定程度后就會發(fā)光(鐵受熱變紅也是發(fā)光)，就是內(nèi)能有轉(zhuǎn)化成光能。這就是白熾燈發(fā)光原理最簡單理解。 為什么選鎢絲，那時人們長久以來經(jīng)驗的結(jié)果。
當(dāng)愛迪生發(fā)明電燈的時候，傳說他試驗了包括植物纖維、動物毛發(fā)和人的頭發(fā)在內(nèi)的一千多種(也有說兩千多種)材料，很多不適合作燈絲。主要原因是內(nèi)阻小，或者熔點低，或者亮度不合適等等。最后愛迪生選擇的并不是今天我們廣泛采用的鎢絲。具體是什么，我忘了。后來人們經(jīng)過多次改進才選擇了鎢作燈絲。 鎢絲發(fā)光跟核裂變或者核聚變一點關(guān)系都沒有。這個過程中除了鎢絲被加熱，部分省化成整齊外并未發(fā)生什么變化。
LED燈泡的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理
50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個商用二極管產(chǎn)生于1960年。
LED是英文lightemittingdiode(發(fā)光二極管)的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。
發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。
PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。
燈泡的結(jié)構(gòu)
在燈泡發(fā)明之前，在太陽下山后想要照明一個地方可是一個費勁而危險的事情，要用蠟燭或者火把來照明，雖然當(dāng)時的油燈還算不錯，但它總是會留下煙灰。
在18世紀(jì)的中期電氣科學(xué)真正有了發(fā)展，當(dāng)時到處的發(fā)明家都大聲疾呼要發(fā)明一個實用的家庭照明的裝置。英國發(fā)明家斯萬和美國發(fā)明家愛迪生在1897年發(fā)明了電燈泡，在現(xiàn)代的電燈泡與當(dāng)年愛迪生發(fā)明的電燈泡沒有本質(zhì)上的改變只是多了一些部件。
光是能量的一種形式是由原子釋放出來的。它是由許多微小類似粒子的小團組成的，這些類似粒子的東西有能量和動量但沒有質(zhì)量。這些粒子叫做可見光子，是光的最基本單位。當(dāng)電子受到激發(fā)的時候原子就會釋放出可見光子。如果你已經(jīng)知道原子是如何工作的話，那你也就知道電子是圍著原子核走來走去的負(fù)極電荷粒子。原子的電子有著不同等級的能量，主要取決幾個因素，包括它們的速度和離原子核的距離。電子不同的能量等級占有不同的軌函數(shù)和軌道。通常來說，有著大能量的電子就會離原子核更遠(yuǎn)當(dāng)原子得到或失去能量的時候，是以電子移動表示變化。當(dāng)有某些東西將能量傳到原子的時候---以熱量為例子-電子可以暫時被推進到一個更高的軌道(遠(yuǎn)離原子核)。電子只是在這一軌道位置停留極短時間：幾乎馬上就被退回到原子核，到達(dá)它的原始軌道上。這時電子就以光子的形式放出額外的`能量。發(fā)光的波長取決于有多少能量被釋放出來，這也就取決于電子所在的軌道位置。因此，不同類的原子就會釋放出不同類的可見光子。換句話說就是光的顏色是由受激發(fā)的原子種類決定。
燈泡的結(jié)構(gòu)非常簡單。在它的底部有兩個金屬接觸點，是用來連接電的。金屬接觸點有兩條接觸到一個薄金屬燈絲的線。燈絲坐落在燈泡的中央，由一個玻璃支撐住的。線和燈絲都包在充滿惰性氣體的玻璃燈泡的里面，通常都是氬惰性氣體當(dāng)燈泡連上電源的時候，電流就會從其中一個接觸點流到另一個接觸點然后再流到線和燈絲。實心導(dǎo)體線電流中的大量自由電子從負(fù)極帶電區(qū)移動到正極帶電區(qū)。在振動原子的跳躍電子可能暫時被推到一個更高的能量位置。當(dāng)它們落回原始正常位置時候，電子就會以光子形式釋放出額外能量。金屬原子釋放大部分的紅外線可見光子，人們的眼睛是可以看見的。但如果它們被加熱到大約4000華氏溫度的時候燈泡就會發(fā)出大量的可見光。幾乎在所有的白熾燈泡都用到鎢，因為它是最理想的燈絲材料。金屬必須要加熱到極高的溫度才會發(fā)出有用可見光。實際上大多數(shù)金屬在達(dá)到這個溫度之前都會熔化了，而鎢絲卻有著不尋常的高熔化溫度。但鎢絲在這么高的溫度時會起火，如果在條件允許下，兩種化學(xué)物之間就會產(chǎn)生反應(yīng)而引起燃燒，燈泡里的燈絲是由一個密封，無氧空間覆蓋來防止燃燒。把燈泡里的空氣都吸出來創(chuàng)造一個接近真空的狀態(tài)--就是說里面沒有任何物質(zhì)。由于幾乎沒有任何氣體特物質(zhì)在里面，所以物質(zhì)就不會燃燒。這個方法存在一個問題就是鎢原子蒸發(fā)作用。在這么高的溫度里，在一個真空燈泡里，自由鎢原子以直線射出。隨著越來越多的原子蒸發(fā)，燈絲就開始衰變并且玻璃開始變黑。這大大減少了燈泡的壽命。
在現(xiàn)代燈泡里使用了惰性氣體通常是氬氣，這大大減少了鎢的這種損失。當(dāng)一個鎢原子蒸發(fā)，它就會和一個氬原子碰撞并且由于惰性氣體通常都不和其它元素反應(yīng)，所以就沒有了燃燒反應(yīng)。便宜和容易使用，燈泡已經(jīng)證明了一個巨大成功。燈泡仍然是室內(nèi)最受歡迎的照明選擇。但它最終還是會讓位給更先進的技術(shù)，因為不夠節(jié)能。白熾燈泡所發(fā)出的大多數(shù)能量都是帶熱紅外線可見光子方式發(fā)出--產(chǎn)生的光大約只有10%是可見光譜。這浪費了很多電力。暖光源，比如熒光燈和LED燈，它們并不浪費大理能量產(chǎn)生熱并且發(fā)出大部分可見光。因此，它們會慢慢地取代燈泡。】
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