白熾燈作為光源的缺點
儘管所有的白熾燈都有其優點,但從帶有碳絲的真空燈到最後是填充鎢氣燈的所有白熾燈作為光源都有兩個重要的缺點:
- 低效率,即同功率下單位可見輻射效率低;
- 自然光(陽光和漫射日光)的能量光譜分佈存在很大差異,其特徵是短波可見輻射較差,長波佔優勢。
第一種情況使白熾燈的使用從經濟角度來看無利可圖,第二種情況導致物體顏色失真。這兩個缺點都是由相同的情況造成的:通過在較低的加熱溫度下加熱固體來獲得輻射。
由於鎢的熔點約為 3700 ° K,因此不可能校正白熾燈光譜中的能量分佈,因為它與太陽光譜中的分佈有顯著收斂。
但是,即使燈絲體的工作溫度略有升高,例如,從 2800°K 的色溫增加到 3000°K,也會導致燈管壽命顯著縮短(從大約 1000 小時減少到 100 小時),因為鎢蒸發過程的顯著加速。
這種蒸發主要導致塗有鎢的燈泡變黑,並因此導致燈發出的光損失並最終導致燈絲燃燒。
燈絲外殼的低工作溫度也是白熾燈光輸出低、效率低的原因。
氣體填充物的存在減少了鎢的蒸發,使得由於色溫升高而略微增加可見光譜中發射的能量的比例成為可能。使用螺旋燈絲並填充較重的氣體(氪氣、氙氣)可以稍微進一步增加落在可見區域的輻射部分,但測量結果僅為百分之幾。
最經濟的,即具有最高發光效率的光源將把所有輸入功率轉換成該波長的輻射。這種光源的發光效率,即它產生的光通量與相同輸入功率下最大可能通量的比值,等於1。事實證明,最大光輸出為 621 lm/W。
由此可以清楚地看出,白熾燈的光效將明顯低於表徵可見輻射的數字 (7.7 — 15 lm / W)。用燈的發光功率除以發光效率等於1的光源的發光功率,就可以得到相應的值。結果,真空燈的光效率為 1.24%,充氣燈的光效率為 2.5%。
改進白熾燈的一個根本方法是找到可以在比鎢絲高得多的溫度下工作的燈絲主體材料。
這將提高效率並改善其發射的色度。然而,對此類材料的探索並未取得成功,其結果是基於完全不同的將電能轉化為光的機制構建了具有更好光譜分佈的更經濟的光源。
白熾燈的另一個缺點:
儘管在經濟上具有優勢,但沒有一種氣體放電燈被證明能夠替代白熾燈用於照明,除了 熒光燈……原因是輻射的光譜成分不盡如人意,它完全扭曲了物體的顏色。
使用惰性氣體的高壓燈具有很高的發光效率。典型的例子是 鈉燈,它在所有氣體放電燈(包括熒光燈)中具有最高的發光效率。它的高效率是由於幾乎所有的輸入功率都轉化為可見輻射。鈉蒸氣中的放電在光譜的可見部分僅發出黃色;因此,當用鈉燈照明時,所有物體都會呈現出完全不自然的外觀。
所有不同的顏色範圍從黃色(白色)到黑色(不反射黃色光線的任何顏色的表面)。這種類型的照明對眼睛來說非常不愉快。
因此,從人眼特性的角度來看,氣體放電光源通過產生輻射(單個原子的激發)的方法,變成了包含在線性結構中的基本缺陷。光譜。
這個缺點不能通過直接使用放電作為光源來完全克服。當僅給該位功能時,找到了令人滿意的解決方案 磷光體的激發 (熒光燈)。
與白熾燈相比,熒光燈有一個不利的特性,即當以交流電運行時,光通量的波動很大。
其原因是與白熾燈燈絲的慣性相比,熒光粉發光的慣性要低得多,因此在任何電壓過零時,導致放電終止,熒光粉設法在相反方向的放電發生之前,它的亮度會損失很大一部分。事實證明,熒光燈光通量的這些波動超過了 10 - 20 倍。
通過打開兩個相鄰的熒光燈,使其中一個的電壓滯後第二個的電壓四分之一周期,可以大大減弱這種不良現象。這是通過在其中一盞燈的電路中包含一個電容器來實現的,該電容器會產生所需的相移。同時使用容器可以提高和 功率因數 整個安裝。
當以三個和四個燈的相移切換時,可以獲得更好的結果。使用三個燈,您還可以通過分三個階段打開它們來減少光通量的波動。
儘管存在上述許多缺陷,熒光燈由於其高效率而變得普遍,並且一度以緊湊型熒光燈設計的形式到處取代白熾燈。但這些燈的時代也結束了。
目前,LED光源主要應用於電器照明: