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第124章 灯泡是怎样发光的?

几千年来,人们都用火来照明:先是篝火和火把,然后是蜡烛、油灯和煤气灯。当夜晚降临时,一些东西总是在燃烧着。

电灯泡改变了这一切。1879年,美国发明家托马斯·爱迪生发明了灯炮,利用的是封在玻璃灯泡里的碳制成的细灯丝。(爱迪生使用真空泵,抽走了灯泡里的空气。)

灯泡与电流相连接,爱迪生打开电流并逐渐加大电量,直到碳灯丝被加热并开始发光。在稳定电流的作用下,灯丝亮了40个小时,直到瓦解。

爱迪生发明的这种灯泡叫做“白炽灯泡”。当物体变得很热时便开始发光,这叫做白炽状态。白炽灯泡的原理很简单:用电流加热金属丝直到其发光,然后把它装入到玻璃灯泡内,再把灯泡零散地分布在屋子里。瞧!这样,移动的人工光源就做好了,可以放在你需要的地方。

在供应给白炽灯泡的能量中,高达95%的能量都变成热量浪费了,只有5%变成了光。

现代白炽灯泡的金属灯丝是由钨制成的,比碳能维持更长时间,而且能被加热到更高的温度。(今天,一个典型的60瓦灯泡能够持续发光1000个小时。)但是,钨不会达到太阳表面的热度(大概华氏10000度);钨的熔点是华氏6170度。所以钨发出的光比自然的太阳光偏红一些,更像是橘白色,而不是白色。

(要理解这一点,想一想放在火里的铁质拨火棒。当拨火棒被不断加热时,它先发出暗红色的光,然后是橘色,然后是黄色,最后是白色,这就给了我们一个形容词“白热”,用来形容某种东西非常热。)

今天的白炽灯泡,包括超亮的卤素灯,都填满了惰性气体(即化学活性很差的气体),经常是氮和氩的混合气体。这些气体能够把一些跑掉的钨原子推回到灯丝上,从而使热灯丝不会很快瓦解。

然而,人造灯源不仅仅是热金属丝这样简单。人们在20世纪30年代开始使用蓝白色的荧光灯。为什么呢?在供应给白炽灯泡的能量中,95%的能量都变成了灯泡发出的热量,只有5%变成了光,所以大部分的能量都被浪费掉了。

然而,大部分荧光灯的能量都用来发光,而不是产生热量;灯泡实际上是凉的,可以用手触摸。所以,一个40瓦的荧光灯能够比40瓦的白炽灯发出更多的光。由于能够节电省费,像医院、学校和办公室这样的大型场所都倾向于使用荧光灯。

荧光灯管能够保持凉爽,是因为它使用活性气体来发光,而不是热金属丝。荧光灯管是“放电管”的一种,它们使用充满了氩气、氖气或氪气等气体的玻璃管。与这些气体相混合的是几滴液体水银,它们会挥发成为水银蒸汽。当电流经过灯管时,水银原子会变得活跃起来。这些原子在恢复到正常能量状态的过程中,会发射光子。

但是就像人耳听不到狗的哨声一样,人眼也看不到水银产生的光线(紫外线),因为这种光线的波长太短了。此外,玻璃阻挡了大部分射向它的紫外线。因此,荧光灯管内部覆盖上了荧光粉。当荧光粉受到光子的撞击时,它会发冷光,产生低能量的可见光光子。(发冷光是指在低温下产生光线,不同于热的白炽光源。)

这种使用隐形辐射能来产生可见光的过程,叫做“荧光性”。

现在,你就知道荧光灯的名字从哪里来了吧!

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