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础知识(中)
三、发光原理1、白炽灯太阳发光是因为表面温度接近6000K,所有固体、液体及气体如达到足够高的温度,都会产生可见光。白炽灯中的固体钨在大约3000K时的炽热就是我们常见的光源。白炽体的重要特性:辐射的色表随着辐射体的温度的升高从暗红、经过桔黄、发白,最后到炽蓝。色温也随着辐射体的温度升高而提高。白炽灯之所以使用钨做灯丝材料是因为钨在高温下的低蒸气速率以及可以被抽成细丝等其他性质。电流在金属导线中流过时会有一定的消耗,当输入功率与辐射功率及其他功率损失的总和精确平衡时,就达到了一个稳定态。影响一些光源寿命的因素,主要原因是由于钨灯丝的蒸发损失,主要是热点和填充气体。2、卤钨灯维恩位移定律表明:温度越高光效越高。如钨丝表面在3200K时的光效(每一瓦电力所发出的光量,其数值越高表示光源的效率愈高)为36lmW1,而在2800K时为22lmW1。如果在高压下使用一种低热导气体,如氪,使蒸发受到抑制,就可以使用较高的灯丝温度。要安全承受这种高压,就需要一种小而结实的灯泡。非常小量的卤素,如各种形式的碘、溴,可以用来与到达灯泡壳壁的钨起反应,确保泡壳的干净。通过这种手段制造出灯丝温度达到3450K的灯泡,同时也改进了光效。如果没有充入卤素,这种灯泡会在几小时内变黑。
f改善钨丝灯的方法是只允许可见辐射出射。如果红外辐射被反射回来并被灯丝吸收,则维护灯丝温度的功率就可以减小。商业化实现方法:发明制造低费用、低损耗、高质量的红外反射膜,我们也可称之为红外反射滤光器。3、气体放电放电通常比白炽灯更有效,这是由于其辐射来自高于固体灯丝能达到的温度区域。放电是比钨更有选择的发射体(可移向可见区或者紫外区而远离红外辐射区),因此在红外辐射区有更少的能量浪费。放电形成等离子体,它是离子、电子形成的混合体,平均呈电中性。一般必须有与等离子体的电子连接,通常是电极,但无电极连接也是可能的。⑴带电极的气体放电气体放电示意图:空心圆表示可被电离和形成等离子体的气体原子。当带有正电荷的粒子在电场作用下定向位移时,就形成了放电电流。阴极必须能发射出足够多的电子,以维持电流的持续,而阳极则接收电流。图中的电阻是直流放电时起限制电流作用的镇流器。圆中有符号的表示是被高能电子激发的原子,他们会产生辐射。当一个足够大的电场加在气体上,气体被击穿而导电。最熟悉的例子是闪电。产生击穿是由于自然界中总有数量很小的r
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