【涨知识】白炽灯与日光灯、LED灯的发光原理辨析(整理版)

【白炽灯】

发光原理是:电流的热效应

具体过程:给灯丝(钨丝)导通足够的电流,灯丝发热至白炽状态(3000℃),灯丝就会发出光亮,发暖色光。

发光效率:所消耗的电能约10%可以转换为可见的暖色光,发光效率低。

 

【日光灯】

发光原理是:气体放电现象

具体过程:节能灯的两极是普通的钨丝。钨丝通电发热后,就能发射出电子。在灯管两侧加上比较高的电压,形成电场,这些电子就会在灯管里被加速,形成有一定速度和能量的电子流。 灯管是被抽成真空的,里面充有汞(水银),在灯管通电发热的情况下,这些水银从液态蒸发就变成了气态的汞原子。电子流中的电子以一定速度打在汞原子上,汞原子受到激发,变成激发状态的电离子(称为阶跃),激发状态的汞过了很短的时间就自发地回落到原来的状态,同时释放出紫外线光,紫外线光不能用来照明。于是我们在灯管的内壁涂了一些荧光物质(荧光物质是指吸引波长短的光后能发出波长长的光的一种物质,例如卤磷酸钙, 俗称卤粉),在紫外线光的轰击下,荧光物质受到激发以后,就能发出比较自然的白色光线, 可用于我们照明。

发光效率:所消耗的电能约60%可以转换为紫外光,其他的能量则转换为热能。

【节能灯】

发光原理:与日光灯原理相同,也是气体放电现象

发光效率:比日光灯有较大的提高,电能约80%可以转换为紫外光,所以,节能灯也叫紧凑型日光灯。

【LED灯】

发光原理:半导体PN结发光

具体过程:LED灯又称发光二极管,这种灯构造是由两部分半导体材料组成,P型半导体(以空穴为主)和N型半导体,它们之间有过渡层,叫P-N结。当电子被推向P区时,电子与空穴结合,结合时释放出能量,以光的形式表现出来。光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。P-N结的材料是砷化镓,二极管发红光,磷化镓发绿光,碳化硅发黄光,氮化镓发蓝光。

发光效率:发光效率最高,电能约90%可以转换为可见光,使用寿命也最高,可达10万小时。

今日的时代,不懂LED灯,是不是有点OUT了。

【附录:二极管结构】

晶体二极管又称半导体二极管,1947年,美国人发明。

晶体二极管的核心是PN结,关于PN结首先要了解三个概念:本征半导体(不含任何掺杂元素的半导体,如纯硅晶片或纯锗晶片)、

P型半导体(掺杂了产生空穴的含较低电价杂质的半导体,如正三价的铝l)、N型半导体(掺杂了掺入正五价的磷,与周围的硅原子组成共价键的时候将多出一个电子)。

由P型半导体和N型半导体相接触时,就产生一个独特的P-N结界面,在界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。

当外加电压等于零时,由于P-N 结两边电子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的PN结。当N区接负极时,扩散电流将持续大于漂移电流,形成通路。但当N区接正极时,虽然与自建电场方向相同,但外加电场若不是足够大,电子无法克服P区对电子的吸引和N区对电子的排斥,也就是说,此时其实是断路状态。这就是二极管的单向导电性。


【问题1】日光灯两端发黑、白炽灯灯泡变黑的原因是什么?

钨丝的升华直接变成钨气,这些钨气体遇到温度较低的灯管壁又凝华在灯管壁上而发黑的,当钨丝升华到比较细瘦时,通电后就很容易烧断,从而结束了灯的寿命。

【问题2】白炽灯相比日光灯,LED灯哪个对眼睛无害?

日光灯,LED灯发出的白光中含有蓝色光,蓝色光波长较短,能量大,对人体的伤害能力仅次于紫外光,所以这种通过三原色混合的冷白光LED灯,照明时间长了对人的眼睛并不好。反而是白炽灯这种暖色光,波长较长,对人眼损害较小。

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