电灯的工作原理与发明历史

电灯,即用电作能源的人造照明用具,能将电转化为光,大大推动了人类文明的进步。常见的电灯种类有白炽灯、荧光灯、LED灯等。
 
电灯的工作原理
电灯是将电能转化为光能,以提供照明的设备,出现于第二次工业革命,其工作原理是:
电流通过灯丝(钨丝,熔点达3000℃以上)时产生热量,螺旋状的灯丝不断将热量聚集,使得灯丝的温度达2000℃以上,灯丝在处于白炽状态时,就像烧红了的铁能发光一样而发出光来。灯丝的温度越高,发出的光就越亮。故称之为白炽灯,从能量的转换角度看,电灯发光时,大量的电能将转化为热能,只有极少一部分可以转化为有用的光能。电灯发出的光是全色光,但各种色光的成份比例是由发光物质(钨)以及温度决定的。比例不平衡就导致了光的颜色的偏色,所以在白炽灯下物体的颜色不够真实。
 
电灯的发明历史
最早实用的电灯是白炽灯,但早在白炽灯诞生之前,英国人汉弗莱·戴维用2000节电池和两根炭棒制成了弧光灯,但这种弧光灯亮度太强产热太多又不耐用,一般场所根本无法使用。
1854年,移民美国的德国钟表匠亨利·戈贝尔用一根放在真空玻璃瓶里的碳化竹丝,制成了首个有实际效用的电灯,持续亮了400个小时,不过他并没及时申请专利。1860年,英国人约瑟夫·斯旺也制成了碳丝电灯,但他未能获得使碳丝保持长时间工作的良好真空环境。直到1878年,英国的真空技术发展到合乎需要的程度,他才发明真空下用碳丝通电的灯泡,并且获得英国专利。斯旺自己的屋子是英国用电照明的第一所私人住宅。
1874年,加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利:在玻璃泡之下充入氮气,以通电的碳杆发光,但他们没有足够财力继续完善这项发明,于是在1875年把专利卖给了爱迪生。爱迪生购入专利后尝试改良灯丝,终于在1880年制造出能持续亮1200个小时的碳化竹丝灯。
不过,美国专利局判爱迪生的碳丝白炽灯发明落于人后,专利无效。打了多年的官司后,亨利·戈培尔赢得专利,最后爱迪生从戈培尔贫困的遗孀手上买下专利。在英国,斯旺控告爱迪生侵犯专利,后来他们在法庭之外和解,于1883年在英国建立一家联合公司。斯旺后来把他的股权及专利都卖给了爱迪生。
20世纪初,碳化灯丝被钨丝取代,钨丝白炽灯沿用至今。
1938年,荧光灯诞生。1998年白光LED灯诞生。