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燈泡發光原理


一、螢光燈構造 
螢光燈是放電燈的一種,在玻璃管中充有容易放電的氬氣和極少量的水銀,在玻管內壁上塗敷有螢光物質,在管的兩端有用鎢絲製作的二螺旋或三螺旋鎢絲圈電極,在電極上塗敷有發射電子的物質。



二、螢光燈發光原理


點燈(啟動)時,電流流過電極並加熱,從燈絲向著內發射出熱電子,並開始放電。放電產生的流動電子跟管內的水銀原子碰撞,發生紫外線(253.7nm)。這種紫外線照射螢光物質,變成可見光。隨著螢光物質的種類不同,可發出多種多樣的光色。


三、螢光燈點燈方式


為點亮螢光燈,要在塗敷發射體(電子發射性物質)的電極上通過預熱電流使其處於易於放出電子的狀態。按啟動器方式不同,大致可分為,"啟動器式點燈電路"、"快速啟動器式點燈電路"、"變頻器式(電子式)點燈電路"三種。"啟動器式點燈電路"和"快速啟動器式點燈電路"中使用的鎮流器(燈具)和螢光燈管都不相同。



四、白熱燈泡動作原理


白熱燈是靠發熱體通電流並加熱至白熱化狀態,放射出來的一種裝置。
通常白熱燈泡是使用高融點(約3400℃)的鎢絲(Tungsten Wire) 做成的。
鎢絲所產生紅外線大於可視光,電力所消耗的80%大概均發出紅外線(熱),僅約20%發出可視光可以利用。
鎢在熔點以下就開始蒸發,因而燈絲會逐漸變細,不久就到達最終了的位置而斷掉。
這一段過程為白熱燈泡的自然壽命。
還有,在燈泡玻殼的內壁,由於鎢絲蒸發的附著關係會逐漸黑化,放射出來的光會因此逐漸的漸少,其減少率約20%,為了防止鎢絲的蒸發,添加鹵素氣體被認為最有效的做法。



五、鹵素燈泡動作原理


從燈絲蒸發出來的鎢原子和鹵素氣體產生反應合成鎢的鹵化物,這個鎢的鹵化物,在250℃以上,1400℃以下,能把該狀態維持著。因此, 波管溫度在250℃以上的話,鎢原子不會附著於管壁上,所以管壁不會產生黑化。鎢的鹵化物由於熱流會被帶回到燈絲附近,因燈絲的高溫,鎢的鹵化物將被分解,使鎢的原子沈澱附著於燈絲,而呈自由狀態的鹵素原子將進行再一次的反應,如此反覆地週而復始,形成所謂的鹵素循環(Halogen Cycle)。鹵素在此擔任的角色是種載體,不斷將蒸發的鎢原再送回燈絲。


六、高壓放電燈(HID)的發光原理


在發光管內的電極間施加電壓,在起動用氣體(氬氣及氙氣)內開始放電,此時產生放電弧光高溫約數千度,添加物(金屬)蒸發而產生氣體,蒸發的氣體與添加物原子內之電子相互碰撞,添加物的固有波長內會被激發而發光,例如水銀會發出青色的光,鈉會發出橘色的光,鉈會發出綠色的光。總之發光管內封入添加物的種類,依其添加物組合之成份,決定光燈泡之發光、演色性及效率等特性。主要之燈泡添加物如下所述:
水銀燈 封入水銀燈及氬氣靠水銀發光,而產生青白色的光。
高壓鈉光燈 封入鈉、水銀及氙氣,鈉所生的光為橘色複金屬燈。
複金屬燈 封入鈉(橘色)、鉈(綠色)、錮(青色)鈧(白色)等金屬鹵化物及水銀和氙氣,由封入金屬發出的混合光,而得到白色光,由封入之金屬組合變化,可發出3000~6000K的光及更好演色性,更佳的效率。
發光管 發光管使用石英玻璃管(水銀燈具複金屬燈)及氧化鋁陶瓷管(高壓鈉光燈),內部有一對鎢電極,發光管內在抽成高真空後,封入氪氣、氙氣等發光用金屬物質。
外管 一般的外管使用硬質玻璃殼,內部抽成高真空後,封入氮氣等惰性氣體,尚有玻殼內部塗有白色之擴散膜(螢光體),將發光管放射的光擴散及防止刺眼,外管主要功用如下:
1. 發光管的保護。
2. 發光管的保溫。
3. 防止導線氧化。
4. 隔絕紫外線。


七、光源發展方向


追求高效率、高演色性是光源發展不變的方向。但過去之主要發展重點除了開發新光源之外,就是針對個別之燈種來作改善,而最近之發展方向除了發揮各種燈種之固有優點外,也拓展其各方面之發展潛力。以下是光源未來之發展方向:
日光燈朝更高之演色性及效率發展。
以較省電子安定器來配合各種放電燈之發展。
應用赤外線反射膜或透光膜之一般照明用燈泡及鹵素燈泡之發展。
日光燈及高壓放電燈之小型化以取代白熱燈泡。
長壽命之無電極放電燈之發展。
LED光源的發展。

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