白炽灯作为光源的缺点
尽管所有的白炽灯都有其优点,但从带有碳丝的真空灯到最后是填充钨气灯的所有白炽灯作为光源都有两个重要的缺点:
- 低效率,即同功率下单位可见辐射效率低;
- 自然光(阳光和漫射日光)的能量光谱分布存在很大差异,其特征是短波可见辐射较差,长波占优势。
第一种情况使白炽灯的使用从经济角度来看无利可图,第二种情况导致物体颜色失真。这两个缺点都是由相同的情况造成的:通过在较低的加热温度下加热固体来获得辐射。
由于钨的熔点约为 3700 ° K,因此不可能校正白炽灯光谱中的能量分布,因为它与太阳光谱中的分布有显着收敛。
但即使灯丝体的工作温度略有升高,例如,从 2800°K 的色温增加到 3000°K,也会导致灯管寿命显着缩短(从大约 1000 小时减少到 100 小时),因为钨蒸发过程的显着加速。
这种蒸发主要导致涂有钨的灯泡变黑,从而导致灯发出的光损失,并最终导致灯丝燃烧。
灯丝外壳的低工作温度也是白炽灯光输出低、效率低的原因。
气体填充物的存在减少了钨的蒸发,使得由于色温升高而略微增加在可见光谱中发射的能量的比例成为可能。使用盘绕灯丝并填充较重的气体(氪气、氙气)可以稍微进一步增加落在可见区域的辐射部分,但测量结果仅为百分之几。
最经济的,即具有最高发光效率的光源将把所有输入功率转换成该波长的辐射。这种光源的发光效率,即它产生的光通量与相同输入功率下最大可能通量的比值,等于1。事实证明,最大光输出为 621 lm/W。
由此可以清楚地看出,白炽灯的光效将明显低于表征可见辐射的数字 (7.7 — 15 lm / W)。用灯的发光功率除以发光效率等于1的光源的发光功率,就可以得到相应的值。结果,真空灯的光效率为 1.24%,充气灯的光效率为 2.5%。
改进白炽灯的一个根本方法是找到可以在比钨丝高得多的温度下工作的灯丝主体材料。
这将提高效率并改善其发射的色度。然而,对此类材料的探索并未取得成功,其结果是基于完全不同的将电能转化为光的机制构建了具有更好光谱分布的更经济的光源。
白炽灯的另一个缺点:
尽管在经济上具有优势,但没有一种气体放电灯类型已被证明能够取代白炽灯用于照明,除了 荧光灯……原因是辐射的光谱成分不尽如人意,它完全扭曲了物体的颜色。
使用惰性气体的高压灯具有很高的发光效率。典型的例子是 钠灯,它在所有气体放电灯(包括荧光灯)中具有最高的发光效率。它的高效率是由于几乎所有的输入功率都转化为可见辐射。钠蒸气中的放电在光谱的可见部分仅发出黄色;因此,当用钠灯照明时,所有物体都会呈现出完全不自然的外观。
所有不同的颜色范围从黄色(白色)到黑色(不反射黄色光线的任何颜色的表面)。这种类型的照明对眼睛来说非常不愉快。
因此,从人眼特性的角度来看,气体放电光源通过产生辐射(单个原子的激发)的方法,变成了包含在线性结构中的基本缺陷。光谱。
这个缺点不能通过直接使用放电作为光源来完全克服。当仅给该位功能时,找到了令人满意的解决方案 磷光体的激发 (荧光灯)。
与白炽灯相比,荧光灯有一个不利的特性,即当以交流电运行时,光通量的波动很大。
其原因是与白炽灯灯丝的惯性相比,荧光粉发光的惯性要低得多,因此在任何通过零的电压下,导致放电终止,荧光粉设法在相反方向的放电发生之前,它的亮度会损失很大一部分。事实证明,荧光灯光通量的这些波动超过了 10 - 20 倍。
通过打开两个相邻的荧光灯,使其中一个的电压滞后第二个的电压四分之一周期,可以大大减弱这种不良现象。这是通过在其中一盏灯的电路中包含一个电容器来实现的,该电容器会产生所需的相移。同时使用容器可以提高和 功率因数 整个安装。
当以三个和四个灯的相移切换时,可以获得更好的结果。使用三个灯,您还可以通过分三个阶段打开它们来减少光通量的波动。
尽管存在上述许多缺陷,荧光灯由于其高效率而变得普遍,并且一度以紧凑型荧光灯设计的形式到处取代白炽灯。但这些灯的时代也结束了。
目前,LED光源主要应用于电器照明: