照明史话

来源 :大众科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:likkjiang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  人类生活除了水、空气、食物必需用品之外,光一直影响人们的作息。相当长一段时期,人类一直过着日出而作,日落而息的生活,直到1879年爱迪生发明了电灯泡(白炽灯)
  人类要感谢爱迪生,自从他在1879年发明真空碳丝灯泡后,我们可以随心所欲地取用人工光源,再也不必去抓一玻璃瓶的萤火虫来学车胤“囊萤映雪”,告别蜡烛和豆油灯的昏暗时代。
  传统光源的发明
  一般认为电灯是由美国人托马斯?爱迪生所发明。但倘若认真的考据,另一美国人亨利?戈培尔比爱迪生早数十年已发明了相同原理和物料且可靠的电灯泡,而在爱迪生之前很多其他人也对电灯的发明作出了不少贡献。1801年,英国化学家戴维将铂丝通电发光。他在1810年发明了电烛,利用两根碳棒之间的电弧照明。1854年亨利?戈培尔使用一根炭化的竹丝,放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时,但是并没有即时申请设计专利。
  1850年,英国人约瑟夫?威尔森?斯旺开始研究电灯。1878年,他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利,并开始在英国建立公司,在各家庭安装电灯。
  1874年,加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氮气,以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继续发展这发明,于是在1875年把专利卖给爱迪生。
  爱迪生购下专利后,尝试改良使用的灯丝。1879年他改以碳丝造灯泡,成功维持13个小时。到了1880年,他造出的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。
  爱迪生的最大发现是使用钨代替碳作为灯丝。之后在1906年,通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决,钨丝电灯泡被使用至今。
  电灯泡的最大问题是灯丝的升华。因为钨丝上细微的电阻差别造成温度不一,在电阻较大的地方,温度升得较高,钨丝亦升华得较快,于是造成钨丝变细,电阻进一步增大的循环;最终令钨丝烧断。后来发现以惰性气体代替真空可以减慢钨丝的升华。今天多数的电灯泡内都是注入氮、氩或氪气。现代的白炽灯一般寿命为1000小时左右。
  实用白炽灯的发明,揭开了电应用于日常生活的序幕。
  荧光灯发展突飞猛进
  爱迪生之后,电灯不断改进。1939年,管状日光灯问世,很快被广泛采用,成为又一种重要的照明光源。当时荧光灯玻管外径为38mm(T12),光效约60LM/W,显色指数为70Ra。
  随着荧光灯研究的深入,发现适当提高管壁温度,具有较高光效的灯管直径可以相应缩小,这就使正柱区产生的253.7nm的光子到达管壁的距离缩短,光子与其它原子的碰撞机率降低,自吸收损失减少,这样制成的管径为26mm荧光灯(T8)光效可以提高,制造和运输成本也能降低。但这时必须使用能承受较强紫外线辐照的优质卤磷酸钙荧光粉,或三基色荧光粉,管径减小后可使光效提高10%。若进一步配用工作在40KHz~60KHz频率的电子镇流器,它的光效可比工作在50Hz频率下的电感镇流器再提高10%,这也就是人们常说的改进型T8荧光灯。
  随着电子学技术的发展,近年来实用型无极荧光灯发展很快,国际上现有产品是荷兰QL型,功率为55W和85W两种,光效约68LM/W,寿命60000h,工作频率2.65MHz;美国Genura型无极荧光灯,功率23W,光效48LM/W,寿命10000h,工作频率2.65MHz;日本ever-Light型无极荧光灯,功率9W和27W,光效为41LM/W,寿命40000h,工作频率15.56MHz;还有德国Endura型无极荧光灯,功率100W和150W,光效80LM/W,寿命60000h,工作频率为250KHz。
  1959年人们发明了卤钨循环原理后制造出卤钨灯,它给热辐射光源注入了新的活力。这类灯体积小,光维持率达到95%以上,光效和寿命更明显优于白炽灯。近年来,我国已生产出可直接用于电网、电压220V或110V的卤钨灯,其尺寸很小,同时具有优异的灯丝稳定性和抗震性。泡壳有透明和磨砂两种不同规格,灯头易于连接,与白炽灯一样。卤钨灯的另一改进措施是采用浸涂法、真空蒸镀法或化学蒸镀法,在石英泡壳上采用红外反射层技术制成的新型卤钨灯,通过让可见光透过,而将红外线反射回灯丝的过程,使灯的光效提高30%-45%,寿命可达3000小时。
  为了便于装饰和美化,对细管径荧光灯通过采用接桥和弯管等工艺,使灯管的尺寸紧凑,制成保持高光效的紧凑型荧光灯,特别是配有电子镇流器的一体化型又选用白炽灯螺口灯头(E27),已在许多领域取代了白炽灯。早年紧凑型荧光灯为H,U和Π型,并逐步发展为双H,双U和双Π型。近年又开发出3U,3Π,4U,4Π和螺旋型,功率做到18W以上,用以取代100W以上的白炽灯,也已有85W和125W大功率紧凑型荧光灯产品的出现。这类灯所配用电子镇流器已从分列元件,发展到使用贴片,甚至集成电路,功率因素达到0.98,谐波失真总量小于10%,灯的寿命提高到10000h,亦有调光型产品。全世界2001年紧凑型荧光灯的总产量已超过8亿支,其中75%产于我国。
  随着背光照明在办公用笔记本电脑、等离子体显示器和家用电器如电视机、数码像机、摄像机等中的应用与日俱增,高亮度的冷阴极超细管径荧光灯为此应运而生。这类灯的管径为1.8mm~3.0mm,普遍采用三基色荧光粉,通常采用Ni、Ta、Zr等金属作为冷阴极,在高的启动电压下形成辉光放电使灯管工作。
  HID光源的成熟和进步
  适用于大面积范围和室外照明的高强度气体放电光源(HID),其灯内工作压强往往超过10个大气压强。其中高压汞灯的光效可达50LM/W,显色指数超过65,色温4000k~6000k,寿命也达到约10000h,功率规格形成35W~3500W系列化。高压钠灯发光效率达到120LM/W,显色指数为25,寿命达到24000h,规格有30W~1000W,虽然其光色稍逊,但其光效是所有能发出接近白光的人工光源中最高的。近年来又开发出高显色高压钠灯,显色指数80左右,寿命8000h。金属卤化物灯由于能兼具光效高(≥80LM/W)和光色好(Ra≥80)的优点,随着近年来等离子体模型理论和诊断技术不断完善和成熟,其中PICC/MCC模型方法使用更为广泛,其它流体模型,综合和模拟电路模型,以及杂交模型也得到应用。至今气体放电等离子体诊断技术还是以光谱诊断为主。用模型和诊断技术来指导研制和生产金属卤化物灯,使光源性能有了极大的提高,其中35W~150W规格的小功率金属卤化物灯已广泛地应用到室内照明和汽车前照灯。   陶瓷金属卤化物灯(CDM)的问世是HID光源在近年发展中最引人注目的成果。由于多晶氧化铝(PCA)陶瓷材料及其与金属封接工艺研究取得很大的突破,人们成功地制造出陶瓷外壳的性能明显地优于石英为玻壳的金属卤化物灯。采用陶瓷材料作外壳避免了灯内金属材料的损失,而且电孤管尺寸可以控制得非常精确,因此光电性能一致性和稳定性好,允许更高电弧温度,灯的光效可提高10%~20%;且发光体小,亮度高,便于投影照明系统的设计。现有35W,70W和150W三种产品,结构为单端型,双端型及反射型,光效达到90LM/W,亮度290cd/m2,显色指数为83,有效寿命达12000h。另外,美国GE公司最近又推出用三部体结构工艺制造的300W大功率陶瓷外壳金属卤化物灯,其应用范围将会有进一步扩大。
  新颖电光源产品层出不穷
  在光源辐射机理研究中,采用准分子(Excimer)工作物质,如KrF、ArP、NeF和XeCl等,来制造高功率的紫外光源。同时,通过微波放电和介质阻挡放电等无极放电形式可制成新型的准分子辐射光源,其工作物质可为Xe2(172nm),Kr2(146nm)和Ar2(126nm),其中Xe2准分子光源的效率最高,光能转换效率达50%以上。现已制成58×68cm2的准分子大面积平面照明系统,这种灯无需充汞,因此从环境保护角度来考量更有吸引力。目前已有能将172nm高效转换成可见光的荧光粉产品,并制成有实用价值的平面无汞荧光灯产品出售,尤在LCD的背景照明中,它已获得有效的应用。作为一种新颖的无汞荧光灯,它的光效与直管型荧光灯相仿,又能制成平面形状,更加上无有害物质,不会造成污染的优越性等特点,可以预言,准分子光源前途无量。
  近年来,配投光系统的显示装置受到人们的极大重视,而影响其性能的关键配件是短弧光源,荷兰飞利浦公司于1995年首先开发成功一种超高压汞灯,极距约1.3mm,功率100W。在灯工作时,汞蒸气压可达200个大气压。由于汞蒸气压愈高,灯的亮度也越高,而且汞原子谱线宽度变大,分子连续谱与带电粒子复合光谱也更强,特别是595nm以上的红光辐射随灯内工作压强的升高而增强,从而使灯的显色性提高。由于该灯放电时电极处于极高的温度,会造成钨材料蒸发并沉积在球壁上造成光衰,现通过在工艺上对灯内充入微量含氧卤素,有效清洁泡壳,使灯的寿命达12000h。
  UHP光源的电弧亮度能超过小面积高效投影装置所需的1Gcd/m2,为了达到更好的集光效果,近年来UHP光源的电弧极距减少到1.0mm,其寿命达10000h以上,功率为200W,配备于投影仪产品,重量仅4kg,体积不到2升,便于携带,其屏幕照度超过1100lm,能够达到明亮的XGA显示水平。
  1992年国际电光源科技界提出了微波硫灯的新技术,发现充填硫元素和低压氩气于石英泡壳内,在频率为2450MHz微波能量的驱动下,通过硫分子的振动能和转动能的跃迁,可使灯辐射出连续的可见光光谱。
  1994年,美国融合公司制成了一个功率为3400W微波硫灯照明系统。灯内有一个直径为28mm的石英球泡,工作时该石英泡内由10个大气压强的硫蒸汽的分子辐射产生亮度非常强的白光,其光效为120LM/W,色温为6500k,显色指数为86。1995年,美国又开始出售solar-1000和LightDrive-1000两种规格的微波硫灯。通过耦合到硫灯的功率密度从250W/cm3降到30W/cm3,使石英玻壳的温度保持在925℃之下。该产品辐射光谱接近太阳光谱,可在很大范围内调光,寿命60000h,可任意方向燃点。
  微波硫灯还可以利用导光管技术,将该灯发出的强光沿着导光管传送到所需要照明的宽广区域。最近为使硫灯适宜于家庭和商业照明,一方面通过充填物质的改变使灯的光色更符合人们需求,另一方面正在积极研制开发100W以下的小功率微波硫灯,通过应用叶片式谐振器的微波源,可将2450MHz的微波能量集中在一个很小的空间,从而使充有Br和Ar的内径为3mm的球形石英玻壳,激发辐射白光。我国光源界经过几年联合研制,也在1999年推出VEC-1000微波硫灯产品,其技术指标接近国际同类产品水平。
  近30年来,作为固体光源的半导体发光二极管(LED)取得了重大突破,灯的光效增加了100倍,成本下降90%,近几年又突破单一颜色的局限性向白色光照明迈进。
  LED光源能在几伏的低直流电压下工作,光的转换效率十分高,发光面很小,其发光颜色的色彩效果远超过彩色白炽灯,寿命达到100000h。经过10多年的发展,光效已超过每瓦40lm,实验室已开发出100LM/W的产品。近年来,随着蓝色发光二极管性能的突破性进展,发白光的发光二极管实用化,各大公司正在组成点状、带状和平板型LED产品推向市场。目前获得白色光源有两种途径,一种是蓝、绿、红色LED组合成白光,另一种是用蓝色LED和黄色荧光发光体合成。
  现在人们提出LED照明将是半导体的又一次革命的实现。LED光源的效率于2005年已达到50LM/W;可以预言,2010~2015年其转换率为50%,光效将达到150LM/W~200LM/W;2020~2025年转换率达到75%,相当于光效300LM/W。但是即使实现高效率,单个发光体的输入功率仍很小,光通量也不高,还需要发展可以聚集大量发光体的技术。为增加单位发光体的输入,也可以通过提高外部量子的效率予以实现。
  以上问题若能解决,那么21世纪可能会成为固体光源的时代,特别是同绿色能源——太阳能电池结合,它将成为一种理想的环保照明系统。
其他文献
“桑德罗,亲爱的,你好吗?格罗尼雅已经长大成人了,长得真像你。昨天,吉耶果·阿尔瓦列斯向她求婚了,你该记得他吧,卖肉老头儿霍泽的孙子。她要征求你的意见。务必来信。我们想念你,盼望你回信。你的顿罗涅丝。”  “顿伊尔,你好!请勿伤心。昨天,妈妈没有醒来,她再也不能跟我们一起了。星期二出殡。盖伊尔。”  “你好,谢廖莎。你说别老写信,可我怎么也做不到。我真不知道没有你该怎么活下去,也不知道剩下的四年怎
现代初中生思想活跃,兴趣广泛,追求独立,自尊心强,喜好表现。在他们的头脑中充满了新奇的思想。其语言的表达,关注的焦点、行为方式,都有很强的时代感。他们心中有许多“情绪”需要向社会、向他人渲泄和表达。作为教师就要因势利导,给他们以发挥、创造、发泄、表达的机会。如:要求学生每周至少收集两篇精彩文段,并在空白处写上些鉴赏文字,每次双休日收上来检查,发现好的“文章”或鉴赏文字在课上介绍并表扬,课后大家传阅
提起鳕鱼,你的感觉是什么?是不是觉得有点洋气?那超市里价格不菲薄薄一片的银鳕鱼你一定不陌生。KFC的鳕鱼条和鳕鱼汉堡你应该吃过。  最近,一则家乐福超市用可能导致腹泻的“油鱼”冒充鳕鱼的消息,更是让更多人注意到了鳕鱼这种洋气的吃食,大家开始纷纷自问,我吃的那个,真的是鳕鱼吗?答案很可能让你惊讶——你虽然吃过很多“鳕鱼”,但实际上你可能从未吃过鳕鱼。  鱼类里有鳕形目,鳕形目里有鳕科,鳕科里有鳕属。
颈肩疼痛是经常发生的事。疼的时候,脖子不能活动,甚至睡眠之中翻身时都能疼醒。许多人都会认为自己得了颈椎病,到医院拍片子检查,往往得出“颈椎退变”、“颈椎骨质增生”、“生理曲度消失”、“神经根孔变小”之类的无聊结论。  其实大多数人颈肩痛的原因都是一个——疲劳性损伤。是伤,不是病。  凡是有颈肩痛的人,在疼痛前一到五天内都有一次长时间伏案低头或仰头的经历,或者有躺在沙发或枕头上看电视的经历,或者有高
美学家朱光潜说;“凡是美都必须经过心灵的创造。”青少年学生的良好心理素质,也必须经过青少年学生自我的“心灵创造”。因此,应当高度重视引导学生进行心理训练,这是发展和完善学生良好心理素质的必要手段,也是实施素质教育尤应采取的重要措施。  人的一生的每个阶段都有自己特定的困惑和修身养性的要求,“通过自我冲突,达到自我完善可列为人的一种欲望,即列为在实际上是潜在的一种趋势,人应该成为自我完善的人,也可以
[摘要] 晏几道是一位书信情结非常浓厚的人,在他的260首词中,有50多首是有关写信的。这些关于书信的词作大致可以分为以下几类:首先是盼信未得的痛苦心情;其次是感叹对方书信稀少或者是情浅;然后是写信欲寄相思,却多是愁怨;再然后是书信虽写却难以传递的痛苦;最后到表现其书信情结的绝唱——《思远人》。但无论是哪一种情况,这些有关书信的词作,都弥漫着一种浓重的感伤情绪,几乎没有一首让人感觉到快乐。  [
2014年2月8日,我国第四个南极科学考察站——南极泰山站正式建成,中国第30次南极科考的一大重要任务圆满完成,我国极地考察史上又添新的里程碑。让我们跟随“贵州籍南极科考第一人”谢晓尧教授的脚步,踏上科考之旅,一同去探索南极的美丽与神秘,去展望南极科考带给我们的美好期许。 (本期“科学视点”得到了谢晓尧教授的大力支持,在此谨致谢意!)
城市化是一个国家现代化水平的重要标志,按照《中华人民共和国国家标准城市规划术语》对城市化的意义,是“人类生产与生活方式由农村型向城市型转化的历史过程”,主要表现为农村人口转化为城市人口及城市不断发展完善的过程。一般以为城市化是一具国家或地区实现人口集聚、财富集聚、技术集聚和服务集聚的过程,同时也是一个生活方式转变、生产方式转变、组织方式转变和传统方式转变的过程。城市化过程还包括诸如城市影响、城市传
“静之徐清,动之徐生”恰如其分的描绘和展现了通过对话更新心灵的过程。  老子在《道德经》第十五章有这样一段话:“孰能浊以静之徐清,孰能安以动之徐生,保此道者不欲盈,夫唯不盈,故能蔽而新成。”  翻译成白话文便是:“谁能在浑浊中安静下来而慢慢地澄清?谁能在安定中变动而慢慢地生动起来?保持这些道理的人,不会让自身充满。只因他不会让自身充满,所以能去故更新”  这个是老子在总结“古之善为道者”的特征的一
这个问题问得好,并且直接关系到我们每个人的生活质量高不高,看例说事吧。  日本:  政府一天也没放松科普  有“不死鸟”之称的日本,这个弹丸之地的岛国在二战后的废墟上创造了世人瞩目的经济奇迹。但在奇迹的光环后面,我们看到的是这样一组数据:1872年日本开始推行新学制,全力以赴地普及资产阶级式的国民教育,力求实现“邑无不学之户,家无不学之人”。  至1905年日俄战争期间,日本男、女的小学就学率均超