灯泡的工作原理

灯泡的结构非常简单。在底部，它们有两个金属触点，连接到一个电电路。金属触点连接在两根硬线上，这两根硬线连接在一根薄金属上灯丝．灯丝位于灯泡的中间，由一个玻璃山．电线和灯丝被安置在一个玻璃灯泡，它是充满了惰性气体，例如氩．

当灯泡连接到电源时，灯泡就会发光电流通过电线和灯丝，从一个接点流向另一个接点。电流在固体导体中的质量运动自由电子(未与原子紧密结合的电子原子)从带负电荷的区域到带正电荷的区域。

当电子快速穿过灯丝时，它们不断地撞击组成灯丝的原子。每次撞击的能量振动一个原子，换句话说，电流加热原子向上。较薄的导体比较厚的导体更容易升温，因为它更能抵抗电子的运动。

振动原子中的束缚电子可能被暂时提升到一个更高的能级。当它们回落到正常水平时，电子以光子的形式释放额外的能量。金属原子主要释放红外光子是不可见的人类的眼睛．但如果它们被加热到足够高的水平——在灯泡的情况下，大约是4000华氏度(2200摄氏度)——它们会释放出大量的可见光．

灯泡里的灯丝是由很长很细的钨金属。在一个典型的60瓦灯泡中，钨丝长约6.5英尺(2米)，但只有百分之一英寸厚。钨被排列成一种双线圈为了把所有的东西都放在一个小空间里。也就是说，灯丝被缠绕成一个线圈，然后这个线圈被缠绕成一个更大的线圈。在一个60瓦的灯泡中，线圈不到一英寸长。

钨被用于几乎所有的白炽灯泡，因为它是一种理想的灯丝材料。在下一节中，我们将找出为什么会这样，我们将检查玻璃球和惰性气体的作用。

我们将在下一节中看看灯丝是由什么制成的。

正如我们在上一节中所看到的，金属必须被加热到极端温度才能发射出有用的可见光光．大多数金属实际上融化在达到如此极端的温度之前，振动会破坏刚性结构之间的结合原子这样物质就变成了液体。灯泡是用钨丝制造的，因为钨有异常高的熔化温度．

但钨将流行起来火在这样的高温下，如果条件合适的话。燃烧是由两种化学物质之间的反应引起的，当其中一种化学物质达到一定浓度时就会发生反应点火温度。在地球，燃烧通常是之间的反应氧气在大气中和一些加热的物质，但其他化学物质的组合也会燃烧。

灯泡中的灯丝被放置在一个密封的、无氧的室中以防止燃烧。在第一批灯泡中，所有的空气都被吸出灯泡来产生一个真空——一个没有物质的区域。由于没有任何气体物质存在(或几乎没有)，这种物质不能燃烧。

这种方法的问题是蒸发钨原子的。在如此极端的温度下，偶尔会有钨原子振动到足以与周围的原子分离，飞到空中。在真空灯泡中，游离的钨原子直线射出，聚集在玻璃内部。随着越来越多的原子蒸发，灯丝开始分解，玻璃开始变黑。这大大降低了灯泡的寿命。

在现代灯泡中，惰性气体，特别是氩，大大减少了钨的这种损失。当钨原子蒸发时，它很可能会与氩原子碰撞，并反弹回灯丝，在那里它将重新加入固体结构。由于惰性气体通常不与其他元素发生反应，因此这些元素不可能在燃烧反应中结合。

廉价、高效、易用的灯泡已被证明是巨大的成功。太阳下山后，它仍然是最受欢迎的室内采光和延长白天时间的方法。但种种迹象表明，它最终将让位于更先进的技术，因为它的效率并不高。

白炽灯的大部分能量以携带热的红外光光子的形式释放出来——产生的光中只有大约10%是可见光谱。这浪费了大量的电力。冷光源，例如荧光灯而且发光二极管在美国，它们不会浪费大量的能量来产生热量——它们发出的主要是可见光。出于这个原因，它们正在慢慢淘汰老式可靠的灯泡。

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