백열등은 필라멘트를 백열 상태로 가열하고 열 방사를 통해 가시광선을 방출하는 전기 광원입니다. 1879 부터 미국의 T.A. 에디슨은 탄소섬유 백열등을 만들었다. 필라멘트 재료, 필라멘트 구조 및 충전 가스가 지속적으로 개선됨에 따라 백열등의 발광 효율도 그에 따라 향상되었습니다. 1959 년 미국은 백열등을 기초로 긍정적이고 작고 조정 가능한 텅스텐 할로겐 램프를 개발했다. 백열등의 발전 추세는 주로 에너지 절약형 전구를 개발하는 것이다. 용도와 요구 사항에 따라 백열등에 따라 구조와 부품도 다르다. 백열등 광효율은 낮지만 광색과 집광 성능이 좋다. 그것은 생산량이 가장 많고 가장 널리 사용되는 전기 광원이다.
19 세기 후반에 사람들은 백열 전구를 시험 제작하여 진공에서 전류로 필라멘트를 가열하기 시작했다. 1879 년 미국의 T.A. 에디슨은 탄소섬유 백열등을 제조해 처음으로 전기 광원을 가정으로 보냈다. 1907 년, A. Justin 은 브러시를 발명하여 텅스텐 백열등을 만들었다. 얼마 지나지 않아 미국의 I 롱뮤어는 나선형 텅스텐을 발명하고 유리 거품에 불활성 가스 질소를 채워 텅스텐 증발을 억제했다. 19 15 에서 아르곤-질소 혼합물로 채워진다. 19 12 년, 전등사와 기체의 접촉면을 최소화하기 위해 일본 미우라준이는 단일 나선에서 이중 나선으로 텅스텐 와이어를 발전시켜 발광 효율을 크게 높였다. 1935 년 프랑스의 A. 클로드는 크립톤과 크세논으로 전구를 채워 발광 효율을 더욱 높였다. 65438 년부터 0959 년까지 미국은 백열등을 기초로 부피가 가장 작고 광감쇠가 가장 적은 텅스텐 할로겐 램프를 개발했다. 백열등의 발전사는 전구 발광 효율을 높이는 역사다. 백열등의 생산 효율도 빠르게 높아졌다. 1980 년대 일반 백열등 고속 생산 라인 생산량은 시간당 8000 건에 달했으며 컴퓨터를 사용하여 품질 관리를 수행했습니다.
일반적으로 전등의 발명자는 위대한 발명가 에디슨으로 여겨진다. 사실 이 방면의 실험 연구는 에디슨 이전에 시작되었다.
미국 1845 의 특허 문서에서 신시내티의 스타르는 탄소를 진공 거품에 사용할 수 있다고 제안했다. 이 생각에 따르면 영국의 스완은 탄화 쪽지를 필라멘트로 사용하여 전류를 통과시켜 빛을 발하려고 했다. 그러나 당시 진공추출 기술이 여전히 좋지 않았기 때문에 전구 안에 남아 있는 공기가 필라멘트를 빨리 태웠다. 그래서 이 램프의 수명은 상당히 짧아서 한 시간밖에 안 되어 실용적 가치가 없다. 1878 년 진공 펌프의 출현으로 스완은 백열등에 대한 연구를 다시 벌였다. 1879 65438+ 10 월 그가 발명한 백열등 공개 테스트에 성공하여 호평을 받았다.
1879 년에 에디슨도 전등을 연구하기 시작했다. 그는 백열등의 수명을 연장하는 관건은 전구의 진공도를 높이고 저전력, 발광이 강하고 가격이 낮은 내열 소재를 필라멘트로 사용하는 것이라고 생각한다. 에디슨은 연이어 1600 여종의 내열재를 시도했지만 결과가 좋지 않았다. 1879 10+265438+. 그 결과 탄화면선에서 나오는 빛은 밝고 안정적이며 10 시간 이상 지속됩니다. 이런 식으로 탄화 면사 백열등이 탄생했고 에디슨은 이를 위해 특허를 얻었다.
성공은 에디슨을 막지 못했다. 그는 탄소면보다 더 견고하고 내구성이 뛰어난 내열 재료를 계속 찾고 있다. 1880 년에 에디슨은 탄화죽사등을 개발하여 필라멘트 수명을 크게 연장시켰다. 같은 해 10 년에 에디슨은 뉴저지에 자체 공장을 설립하여 대규모 생산을 시작했다. 이것은 세계 최초의 상업화된 백열등이며, 영국의 Swann 도 18 1 년 뉴캐슬 교외의 Benwell 에 공장을 설치했다.
백열등의 발명은 일반적으로 미국의 에디슨과 영국의 스완의 공로로 여겨진다. 영국에서는 전등 발명 100 주년이 1978+00 년에 열렸고 미국에서는 1 년 뒤인 1 10 년에 열렸다.
두 발명가 간의 경쟁은 매우 치열하여 특허 분쟁은 거의 불가피하다. 이후 두 사람은 합작 기업인 에디슨 스완 전기회사를 설립하고 영국에서 백열등을 생산하기로 합의했다.
현대 텅스텐 백열등은 미국 발명가 코리지가 1908 년 시험 제작에 성공했다. 발광체는 금속 텅스텐으로 만든 필라멘트이다. 이 재료의 가장 가치 있는 특징은 용융점이 높다는 것이다. 즉 고온에서도 고체를 유지할 수 있다는 것이다. 사실, 불을 붙인 백열등의 필라멘트 온도는 3000 C 에 달한다. 바로 열등사가 빛의 방사선을 발생시켜서 전등이 밝은 빛을 발하기 때문이다. 일부 텅스텐 원자는 고온에서 기체로 증발하여 전구의 유리 표면에 퇴적해 전구를 검게 하기 때문에 백열등은 모두' 대복똥' 으로 만들어 퇴적된 텅스텐 원자를 더 큰 표면으로 확산시키는 것이다. 그렇지 않으면 전구가 짧은 시간 안에 검게 변합니다. 필라멘트가 끊임없이 승화되기 때문에, 결국 끊어질 때까지 점점 가늘어지고, 이때 전구 한 개의 수명이 끝난다.
백열등은 모든 전기 조명 기구 중 효율이 가장 낮으며, 소비되는 전력은 극히 일부에 불과합니다. 즉 12%- 18% 는 빛 에너지로 변환될 수 있고 나머지는 모두 열 에너지로 손실됩니다. 조명 시간의 경우, 이 전등의 수명은 보통 1000 시간을 초과하지 않는다. 이 점에서 할로겐 램프는 일반 백열등보다 훨씬 길다. 할로겐 램프는 보통 작은 응시 유리관이다. 백열등에 비해 할로겐 램프의 특수성은 텅스텐 실크가' 자체 재생' 할 수 있다는 데 있다. 사실, 이 램프의 전구와 유리 껍데기에는 요오드나 브롬과 같은 할로겐 원소가 가득 차 있습니다. 등사가 가열되면 텅스텐 원자가 증발하여 유리관 벽으로 이동한다. 그들이 유리관에 접근했을 때, 텅스텐 증기는 약 800 C 로 "냉각" 되어 할로겐 원자와 결합하여 할로겐화 텅스텐 (요오드화 텅스텐, 브롬화 텅스텐) 을 형성한다. 할로겐화텅스텐은 유리관의 중심으로 이동하여 부식된 등잔에 떨어진다. 할로겐화텅스텐이 불안정하기 때문에 열을 받으면 할로겐 증기와 텅스텐으로 분해되어 텅스텐이 필라멘트에 퇴적되어 증발된 부분을 보완한다. 이 주기는 필라멘트의 수명을 연장시킬 것이다. 따라서 할로겐 램프의 필라멘트는 비교적 작게 만들 수 있으며, 램프 본체도 매우 촘촘하다. 할로겐 램프는 일반적으로 책상이나 거실의 로컬 조명과 같이 스포트라이트가 필요한 곳에 사용됩니다.
최근 오스트레일리아 정부는 점차 에너지 효율이 높은 형광 조명 설비를 채택하여 온실가스 배출을 줄이는 계획을 내놓았고, 백열 전구는 20 10 부터 사용이 금지된다.
백열 전구를 제거하는 세계 최초의 계획입니다. 에너지 절약과 환경 보호를 위해 백열 전구는 죽을 것이다!
소형 형광등의 가격은 백열 전구의 약 10 배이지만 수명은 후자의 6 배에 달합니다. 같은 밝기의 제품은 형광등의 전력 소비량이 백열 전구의 4 분의 1 미만이라고 합니다. 신제품이 끊임없이 등장하면서 새로운 광원도 끊임없이 탄생하고 있다. 예를 들어 LED 는 4 세대 조명 또는 녹색 광원이라고 하는 반도체 고체 발광 장치입니다. 에너지 절약, 환경 보호, 긴 수명, 작은 부피의 특징을 가지고 있다. 수명이 60000 ~ 65438+ 만 시간으로 기존 광원의 10 배 이상입니다. 전광 전력 변환은 100% 에 가깝고, 같은 광효율은 기존 광원보다 80% 이상 절약된다.
백열 전구는 이미 128 년 동안 사용되었다. 백열등을 언급하면 사람들은 에디슨을 생각할 수밖에 없다. 사실, 에디슨 이전에 영국의 전기 기술자 J. 스완은 일찍이 1940 년대 말부터 전등을 연구하기 시작했다. 거의 30 년간의 노력 끝에 백조는 마침내 필라멘트를 만들기에 적합한 탄소를 찾았다. 1878 18 년 2 월 18, 백조 시험 첫 백열 전구가 성공했다. 그 후 얼마 지나지 않아 그는 뉴캐슬 화학협회에서 그의 탄소 전구를 선보였다. 백열등에 대한 그의 실험 보고서가 미국에서 발표될 때 에디슨에게 직접적인 도움을 주었다. 에디슨과는 달리 스완은 백열등을 발명한 뒤 1880 까지 특허를 내지 않았다. 188 1 이 본격적으로 생산될 때까지. 전구가 생산에 들어간 후 그는 에디슨처럼 상응하는 발전소와 송전망을 짓지 못했다. 이런 식으로 에디슨은 나중에 거주하여 공인된 백열등 발명자가 되었다.
에디슨이 백열 전구 필라멘트 재료를 개발하는 과정에서 면실, 가는 목줄, 짚, 거즈지, 실, 마닐라 삼줄, 말모, 낚싯줄, 밤, 딱딱한 고무, 코르크, 등나무 줄기, 옥수수 섬유, 심지어 인간의 수염과 머리카락을 테스트했다.
1879, 10, 2 1 년 6 월 밤 에디슨과 그의 조수들은 탄소를 전구에 넣는 데 성공했다. 한 독일 유리 전문가가 에디슨의 지시에 따라 전구 안의 공기를 백만 분의 1 의 대기압으로 뽑아 밀봉하고 에디슨이 전류를 켰을 때, 그들이 밤낮으로 바라던 장면이 마침내 눈앞에 나타났다. 전구가 금빛을 내뿜었다! 45 시간 연속 사용 후, 이 전등의 전등은 불에 타서 끊어지는데, 이것은 광범위한 실용적 가치를 지닌 최초의 전등이다. 나중에 사람들은 이 날을 전등 발명일로 정했다. 이후 에디슨은 백열등 개선에 주력해 왔다. 전구의 품질을 높이고 전구의 수명을 늘리기 위해 에디슨은 필라멘트를 만들기에 적합한 재료를 찾기 위해 최선을 다했다. 5 월 초 1880 까지 그는 약 6000 종의 식물 섬유 재료를 시험했다. 오랫동안 에디슨은 전 세계에 많은 사람을 보내 등사로 사용하기에 적합한 대나무를 찾았다. 65438 년부터 0908 년까지 9 년 동안 일본 대나무는 줄곧 탄소섬유를 공급하는 주요 원료였다.
에디슨이 발명한 백열 전구는 인류 문명에 큰 기여를 했지만, 에너지 절약과 환경 보호를 위해 역사 무대에서 탈퇴할 수밖에 없었다!
보충: 백열등에는 다른 유형의 발광 제품이 대부분 가지고 있지 않은 장점이 있는데, 바로 자주 가동하는 경우에 적합하다.
이것은 주로 유리 껍질, 필라멘트, 전선, 유도 기둥, 램프 홀더 등으로 구성된 일반적인 백열등입니다.
유리 껍데기는 구형으로 만들어졌으며, 재료는 내열유리로, 등사와 공기를 분리하여 빛을 투과하고 보호 작용을 한다. 백열등이 작동할 때 유리 전구의 온도는100 C 정도에 달할 수 있다.
필라멘트는 머리카락보다 훨씬 가는 텅스텐 실크로 만들어져 나선형으로 만들어졌다. 필라멘트는 매우 짧아 보이지만, 사실 이 매우 가는 나선형 텅스텐은 1 미터를 초과하는 직선으로 당겨졌다.
이 두 선은 표면적으로는 매우 간단하지만 실제로는 내선, 도메즈, 외선의 세 부분으로 구성되어 있다. 내부 도체는 전기 전도와 고정 등사로, 동선이나 니켈 도금 철사로 만들어졌다. 중간에 짧은 붉은 선이 도메즈선이라고 하는데, 유리와 밀접하게 결합해서 바람이 새지 않도록 요구한다. 외부 도체는 구리선이고, 임무는 전등을 연결하고 전기를 켜는 것이다.
나팔 모양의 유리 부품은 유리 하우징에 연결된 감지 기둥으로 금속 부품을 고정하는 역할을 합니다. 배기관으로 유리 전구 안의 공기를 뽑아낸 후 아랫부분을 용접하여 밀봉하면 램프가 새지 않는다.
램프 헤드는 램프 헤드와 전원 공급 장치를 연결하는 금속 부품으로, 솔더 페이스트로 유리 하우징과 접착됩니다.
램프가 빛을 발하고 있기 때문에 여기서는 특히 필라멘트에 대해 말할 필요가 있다.
백열등의 텅스텐은 탄소와 마찬가지로 공기를 두려워한다. 유리 전구 안에 공기가 가득 차면, 전원을 켠 후 텅스텐 온도가 2000 C 이상으로 올라가면, 공기는 가차 없이 그것을 공격하여 빠르게 태워버리고, 동시에 황백색의 삼산화 텅스텐을 생성하여 유리 전구 내벽과 램프 내부에 부착한다.
유리 전구에 남아 있는 공기가 적으면 이 과정은 천천히 진행되며, 텅스텐은 공기 중의 산화작용과 결합하여 얇은 파란색 삼산화텅스텐과 산화텅스텐의 혼합물을 형성한다.
이것들은 모두 공기가 노는 수법이다. 공기 중의 산소가 고온의 텅스텐을 산화시켰다.
따라서 텅스텐 전구는 모든 공기를 제거하기 위해 진공을 뽑아야 한다.
때로는 공기 펌프가 깨끗하지 않을까 봐 전구의 감지기둥에 붉은 인을 조금 발라야 한다. 붉은 인은 열을 받으면 흰 인이 되고, 흰 인은 산소와 쉽게 반응하여 고체 오산화 이산인을 생성하며, 산소를 "먹어" 유리 껍데기 안에 남아 있는 산소를 소멸시킨다.
그러나, 이것은 모든 문제를 해결하지 못했다. 백열등은 오래 쓰면 검게 변하고 잠시 후에 타 버린다. 왜 그런지 아세요?
사실, 진공에서 텅스텐 와이어의 증발 속도는 탄소 실크보다 훨씬 느리다. 그러나 백열등의 조명 온도가 매우 높을 때, 텅스텐의 증발은 여전히 심각하다.
장기간의 고온은 텅스텐 표면의 텅스텐 원자를 수증기처럼 증발시켜 확산시킨 다음, 유리 껍데기의 내부 표면에 층층이 쌓여 유리 껍데기를 서서히 검게 하고 점점 불투명하게 한다.
텅스텐의 증발도 텅스텐실을 점점 가늘게 하여 결국 다 태웠다.
필라멘트 작동 온도가 높을수록 텅스텐 증발이 빠를수록 백열등의 수명이 짧아진다.
진공 상태에서 증발을 줄이고 필라멘트의 수명을 연장하는 방법은 무엇입니까?
수명을 연장하는 유일한 방법은 온도를 낮추고 등사 온도를 낮추는 것이다. 텅스텐 작동 온도가 2700 C 에 이르면 전구가 1 시간 미만이면 꺼집니다. 텅스텐 작동 온도가1700 C 로 낮아지고 수명이 1000 시간 이상으로 연장됩니다.
그러나, 이것은 좋은 생각이 아니다. 텅스텐 와이어의 작동 온도를 낮추면 백열도를 낮추면 백열등의 발광 효율이 낮아지고 고온보다 훨씬 밝습니다.
따라서 문제는 사람들 앞에 분명하게 놓여 있다. 백열등이 더 많은 빛을 발하려면 필라멘트의 작동 온도를 높여야 한다. 만약 네가 텅스텐 실크의 증발을 줄여 램프의 수명을 연장하려면, 너는 그것의 체온을 낮춰야 한다. "이것은 모순이다.
우리의 요구는 발광 효율이 높을 뿐만 아니라, 텅스텐사의 증발도 줄여야 한다.
수년간의 연구 끝에 전구에 공기가 가득 차면 필라멘트가 곧 산화되지만 텅스텐의 증발이 느려지는 것으로 나타났습니다.
그 이유는 간단합니다. 공기는 공기총량 1/5 를 차지하는 산소산화텅스텐만 다양한 성분으로 이루어져 있습니다. 나머지 질소의 약 4/5 는 텅스텐 파괴에 관여하지 않았을뿐만 아니라 좋은 일을했습니다. 텅스텐 분자의 움직임을 방해하고 텅스텐의 증발 속도를 늦추었습니다.
그래서 사람들은 텅스텐을 지키는 좋은 친구인 질소를 찾았습니다. 공기 중에 질소가 있고 공기의 대부분을 차지한다. "가져갈 곳을 찾을 수 없고, 열심히 가지러 갈 필요도 없다" 고 할 수 있다.
과거에는 백열등의 수명을 보장하기 위해 가능한 한 깨끗하게 유리 전구의 공기를 뽑아야 했다. 지금 같은 목적을 위해, 우리는 반대로 해야 한다. 바로 유리 전구에 가스를 채워서 기체가 텅스텐과 화학반응을 일으키지 않는 것이다.
질소는 게으른 놈이다. 자기가 여기저기 돌아다니는 것을 좋아하고, 누구와도 교제하는 것을 좋아하지 않는다. 여러 곳에서 쓸모가 없지만 백열등에 쓸 수 있다.
만약 전구가 진공이라면, 텅스텐이 전원에 연결되어 온도가 높아지면, 텅스텐의 분자는 "꿈틀거리고", "마치 무인지경" 처럼 이리저리 뛰어다니며, 유리 껍데기 벽에 빨려 들어갈 때까지 뛰어다닌다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 희망명언)
유리 전구가 질소로 충전되면 백열등 주위에 얇고 안정적인 가스 보호층이 형성되어 마치 살아있는' 울타리' 와 같다. 모든 질소분자는 용감한 전사로, 텅스텐 부근을 지키며, 집단에서 벗어나려고 하는 텅스텐분자들에게 거칠고 무례하며, 폭력적으로 대들며, 그들을 자신의 일자리로 돌려보내 광명을 위해 계속 봉사하게 한다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 전쟁명언) 이렇게 하면 텅스텐 와이어의 증발 속도가 훨씬 느려진다.
그 결과 질소로 가득 찬 백열 전구가 생겼습니다.
19 13 년, 롱뮤어는 처음으로 유리 전구에 질소를 충전했는데, 이는 백열등이 필라멘트에서 탄소에서 텅스텐으로 바뀐 후의 또 다른 중대한 혁신이다. 지금까지, 팽창은 여전히 텅스텐 증발을 억제하는 기본 조치이다.
그러나 산소나 수증기가 작업 시 텅스텐 실크와 반응하기 때문에 팽창한 산소량과 수분 함량에 대한 엄격한 요구 사항이 있다는 점에 유의해야 한다. 그렇지 않으면 전구의 수명이 크게 단축된다.
팽창은 텅스텐사의 증발 속도를 늦추고, 같은 수명에서 등잔은 더 높은 온도에서 작동하므로 팽창 전구의 발광 효율이 진공 전구보다 높다. 일반적으로 팽창 전구의 발광 효율은 진공 전구보다 1/3 이상 높다.