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如何令燈泡更耐用?

  1. 為什麼燈泡的鎢絲通常在剛開燈時燒斷,而不是在亮燈很久燈絲最熱時燒斷?

     

     

  2. 為什麼燈絲在開燈時比在關燈時更常燒斷?

     

     

  3. 是什麼導致燈泡內部變黑?

     

     

  4. 為什麼選用鎢作為燈絲的物料?

     

     

  5. 為什麼有些時候燈泡燒壞時會有火花或電弧光?

     

     

  6. 鹵素燈是如何運作的?

     

     

  7. 什麼燈較省電—普通燈泡或鹵素燈?

     

   撰文:李本瀅


  1. 為什麼燈泡的鎢絲通常在剛開燈時燒斷,而不是在亮燈很久燈絲最熱時燒斷?

    主要原因是在開燈的一刻,通過燈絲的電流是最高的。

    讓我們重溫高中的科學知識。物質的電阻通常隨溫度上升。例如一般用來製造燈泡絲的鎢,溫度每上升一度,電阻便增大0.6%。燈亮時,燈絲溫度超過攝氏2000度。即是說燈絲的電阻可從冷卻時的幾歐姆上升至白熱時的數十歐姆。從數式 I=V/R( I 是電流、 V 是電壓及 R 是電阻)可以看到,在特定的電壓值 V(香港一般使用220電壓),其起始電流是最強的,超過設定值的十倍。起始時的熱能也是最高的(電功率 P = IV = V2/R),令燈絲受壓。

    當燈泡用了一段時間後,部份燈絲不免會變得較幼。由於這部份的燈絲有較高的電阻,因此增溫會較快(P = I2R),令情況更壞,而燈絲已經較幼的部份會變得更幼。

    圖
    (圖片來源: Wikipedia)

     

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  2. 為什麼燈絲在開燈時比在關燈時更常燒斷?

    關燈時,燈絲是在較熱的環境下得以慢慢冷卻。相反,燈絲在開燈時會急速增溫。所以關燈時燈絲較少機會燒斷。

    使用調光器可減少起始時通過燈絲的電流,從而減低燈絲在開燈時燒斷的機會。

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  3. 是什麼導致燈泡內部變黑?

    燈泡內部變黑是因為鎢絲蒸發,然後沈降在燈泡玻璃內部。鎢的氣化亦導致燈絲使用後變幼。

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  4. 為什麼選用鎢作為燈絲的物料?

    使用鎢是因為它有很高的熔點(超過攝氏3000度),即使在高溫下仍然堅硬。此外,它比其它普通金屬氣化較少(它有很低的汽態壓力)。

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  5. 為什麼有些時候燈泡燒壞時會有火花或電弧光?

    火花或電弧光其實是燈絲已斷開的兩端出現放電情況,在短時間內有很大的電流通過,有時會造成保險絲燒掉或漏電斷路器跳掣。

    輕輕敲擊或搖動一下燒壞的燈泡,有機會使斷開的燈絲重新連接,讓燈泡短暫延續壽命。

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  6. 鹵素燈是如何運作的?

    普通燈泡內注入了惰性氣體(如氬氣或氪氣)及氮氣,以防止鎢絲氧化。相反,鹵素燈泡內藏碘(偶爾是溴),屬於高化學反應的鹵素系列。

    為什麼選用高反應性的物料?鹵素燈泡內的碘用不同的方法保存鎢絲的壽命。它與氣化的鎢原子產生化學反應形成一種碘化鎢的氣體結合物。碘化鎢會在燈泡內漂浮,直至碰到熾熱的燈絲。高溫令它分解成碘氣及金屬的鎢,這樣燈絲便能還原。由於這個循環作用的關係,鹵素燈泡的壽命長達兩倍。

    化學作用使電燈在高溫下運作並發出明亮的白光。因此,燈泡的外殼是用石英製造,可承受高溫。

    圖
    (圖片來源: Wikipedia)

     

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  7. 什麼燈較省電—普通燈泡或鹵素燈?

    鹵素燈和普通燈泡一樣,僅利用10至12%的能量發光(其餘大部份能量變成熱力),效率不及光管式慳電膽。

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參考:

  1. "What Einstein told his barber", R.L. Wolke, Dell Publishing, 2000.
  2. "New Scientist - Why don't penguins' feet freeze?", Profile Books, 2006.

 

最近修訂日期: <2014年4月1日>