白熾燈

**白熾（ㄔˋ）燈**，俗名**鎢絲燈**，是一種透過通電，利用電阻把幼細絲線（現代通常為鎢絲）加熱至白熾，用來發光的燈。白熾燈的燈泡外圍由玻璃製造，把燈絲保持在真空，或低壓的惰性氣體（如鹵素燈）之下，作用是防止燈絲在高溫之下氧化。

## 歷史

美國人亨利・戈培爾傳說比愛迪生早數十年已發明了相同原理和物料，而且可靠的電燈泡，而在愛迪生之前很多其他人亦對電燈的發明作出了不少貢獻。

1801 年，英國化學家戴維將鉑絲通電發光。他亦在 1810 年發明了**電燭**，利用兩根碳棒之間的電弧照明。1854 年亨利・戈培爾使用一根炭化的竹絲，放在真空的玻璃瓶下通電發光。他的發明今天看來是首個有實際效用的白熾燈。他當時試驗的燈泡已可維持 400 小時，但是並沒有即時申請設計專利。

1850 年，英國人約瑟夫・威爾森・斯旺開始研究電燈。1878 年，他以真空下用碳絲通電的燈泡得到英國的專利，並開始在英國建立公司，在各家庭安裝電燈。

1874 年，加拿大的兩名電氣技師（Henry Woodward、Matthew Evans）申請了一項電燈專利。他們在玻璃泡之下充入氮氣，以通電的碳桿發光。但是他們無足夠財力繼續發展這發明，於是在 1875 年把專利賣給愛迪生。

愛迪生購下專利後，嘗試改良使用的燈絲。1879 年他改以碳絲造燈泡，成功維持 13 個小時。到了 1880 年，他造出的炭化竹絲燈泡曾成功在實驗室維持 1200 小時。但是在英國，斯旺控告愛迪生侵犯專利，並且獲得勝訴。愛迪生在英國的電燈公司被迫讓斯旺加入為合夥人。但後來斯旺把他的權益及專利都賣了給愛迪生。在美國，愛迪生的專利亦被挑戰。美國專利局曾判決他的發明已有前科，屬於無效。最後經過多年的官司，愛迪生才取得碳絲白熾燈的專利權。

匈牙利化學家約斯特（Sándor Just）跟克羅埃西亞發明家哈那曼（Franjo Hanaman）發現比起碳燈絲，使用鎢當作燈絲能夠使燈泡更亮並且壽命更長，他們兩人在 1904 年獲得了匈牙利的專利（No. 34541），並且匈牙利的通斯朗公司開始在許多歐洲國家銷售鎢絲燈泡。之後在 1906 年，奇異發明一種製造電燈鎢絲的方法。最終廉價製造鎢絲的方法得到解決，鎢絲電燈泡被使用至今。

鎢絲燈的最大問題是燈絲的升華。因為鎢絲上細微的電阻差別造成溫度不一，在電阻較大的地方，溫度升得較高，鎢絲亦升華得較快，於是造成鎢絲變細，電阻進一步增大的循環；最終令鎢絲燒斷。後來發現以惰性氣體代替真空可以減慢鎢絲的升華。今天多數的鎢絲燈內都是注入氮、氬或氪氣。

現代的白熾燈一般壽命為 2,000 小時左右。

## 構造

1. 白熾燈外形輪廓。
2. 低壓惰性氣體。
3. 燈絲，鎢絲。
4. 細金屬線（連接至燈頭尖端）
5. 細金屬線（連接至銅片）
6. 支撐金屬線
7. 支撐棒
8. 細金屬線
9. 銅片
10. 絕緣體
11. 燈頭尖端

## 種類

### 介面類型

### 拋物面鍍鋁反射燈

### 鹵素燈泡

**鹵素燈泡**，亦稱**鎢鹵燈泡**，是白熾燈的一種。原理是在燈泡內注入碘或溴等鹵素氣體。在高溫下，蒸發的鎢絲與鹵素進行化學作用，蒸發的鎢會重新凝固在鎢絲上，形成平衡的循環，避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素燈泡比白熾燈更長壽。此外，鹵素燈泡亦能以比一般白熾燈更高的溫度運作，它們的亮度及效率亦更高。不過在這溫度下，普通玻璃可能會軟化。因此鹵素燈泡需要採用熔點更高的熔凝石英或硬的玻璃。

鹵素燈泡上的水晶玻璃如果有油，會造成玻璃上溫度不一，減低燈泡的壽命。因此換鹵素燈泡時要避免人手觸及燈泡的玻璃。如果手指摸到應以消毒酒精清潔。

## 燈芯

電燈的**燈芯**或**燈絲**指的是通過電流或燃燒時，發出光芒的金屬纖維，通常是用鎢來作為燈絲轉換電能為光能，和真空管元件轉換電能為熱能之用。而白熾燈是由亞歷山大・洛地均（Alexander Lodygin，於 1874 年）與約瑟夫・威爾森・斯旺（Joseph Wilson Swan，於 1878 年）所發展。

最早發展成功的燈芯是由來自竹子的碳所製成，後來由鎢取代。

## 優缺點

### 缺點

大部分白熾燈會把消耗能量中的 90% 轉化成無用的熱能，只少於 10% 的能量會成為光。相比之下，螢光燈的效率高很多，接近 40%，所產生的熱只是相同亮度的白熾燈的六分一。故此很多地方，特別是夏天需要空氣調節的商場、大樓都會使用螢光燈照明以節省電力。小型的螢光燈（節能燈泡）把螢光燈及啟動電子結合，使用標準電燈泡的愛迪生螺旋接口，用以替代普通白熾燈泡。例如一個 26 瓦的節能燈泡，發出的亮度為 11 瓦，熱量為 15 瓦。發出相同亮度 11 瓦的白熾燈泡耗電多四倍，達 100 瓦；放出熱量多六倍，達 90 瓦。

很多家居內的電燈仍然是以普通白熾燈為主。鹵素燈泡近年亦變得較為流行，特別是光源需要集中的情況，例如家居的射燈，汽車車頭燈，經常會使用鹵素燈泡。良好的鹵素燈泡可以達到 15% 的效率。例如一個 60 瓦的鹵素燈泡，亮度可等同一個 100 瓦的普通燈泡。但是鹵素燈泡體積細小，運作時溫度非常高。在家居應用時需要特別防護，防止引起火災。

由於白熾燈只有少於 10% 的能量會成為光。各光源的光效及使用開支比較如下：

許多地方已經開始淘汰白熾燈泡，以下是時間表：

至於戶外的街燈照明，以鈉燈最為常見。低壓鈉燈發出的是單調的橙色光線，但是它的效率卻非常高，比鎢絲燈高出約十五倍。高壓鈉燈效率稍低，但顏色較為豐富。

2000 年代起，則以發光二極體及高強度氣體放電燈照明開始發展流行。前者的優點是非常長壽，現已陸續地用於交通燈、手電筒、汽車上之剎車燈及指揮燈之上。後者其實是多種技術的統稱（鈉燈亦屬於 HID）。很多最新汽車使用的氙氣車頭燈（Xenon HID）、放映機使用的金屬鹵化物燈（Metal Halide），都是屬於 HID。

### 優點

傳統省電燈泡並不耐經常點滅及潮濕，對於需要經常點滅的場所，白熾燈及 LED 照明較為合適；對於潮濕的場所（例如：浴室、廁所、陽台），白熾燈較省電燈泡及有防水防潮設計的 LED 燈更為適合。

#### 光線不會閃爍

白熾燈的光線不會閃爍、這是因為交流電的電壓震盪只會讓鎢絲的溫度有些微震盪，但許多低價的 LED 產品及螢光燈，是採用低頻 PWM 的方式來調節亮度，螢光燈使用這種調光方式比較不傷眼，因為螢光燈有餘輝效應，但是沒有餘輝效應的 LED 燈使用低頻 PWM 調光就很傷眼。許多無法調整亮度的低價 LED 照明及低價螢光燈，內部電路過於簡陋、造成無法察覺但很強烈的低頻閃爍，也是很傷眼。

#### 色彩表現極佳

白熾燈（包含鹵素燈）的光譜是連續而且平均的，擁有極佳演色性的優點；而螢光燈、LED 是離散光譜，演色性低，低演色性光源不但會讓人覺得顏色不好看、對於健康及視力也有害。傳統燈泡還有可調光、耐點滅及無汞的優點。目前的解決方案如下：

1. 採用鹵素燈：用鹵素燈取代白熾燈大約能減少 30% 的電力、且鹵素燈演色性及色溫與白熾燈幾乎相同，代表光線品質足以全面取代白熾燈，因此國際大廠有推出接頭與白熾燈一樣的鹵素燈。只是鹵素燈壽命的延長比價格的增加少。
2. 改進白熾燈泡：可以將紅外線反射回燈絲、以減少能耗，目前已推出的產品可以節省 30% 的能耗，研發中的產品則可以減少 50% 能耗；但這種燈泡的問題在無法降低整體成本。另外的方法則是利用雷射處理鎢絲，也可以節省相當能源。
3. 以 CCFL 省電燈泡取代傳統使用螢光燈的省電燈泡，可以大幅減少汞使用量；LED 燈泡則是無汞、但 LED 目前有演色性差、不耐熱的問題。
4. 高演色性省電燈泡：若能提高傳統螢光燈的演色性，可以讓更多人願意淘汰白熾燈，但高演色性產品仍然不夠普及，而光線品質能完全取代白熾燈的螢光燈 / CCFL/LED 則在等待技術上的大突破。
5. CCFL/LED：傳統省電燈泡並不耐經常點滅，對於需要經常點滅、又不嚴格要求演色性的場合，CCFL、LED 技術的省電燈泡較為適合。
6. 目前 CCFL / 螢光燈管 / LED 雖然可以調光、但大多不能使用傳統白熾燈的調光器、而且調光成本高；若調光頻率不高、很傷眼。

## 參見

* 百年燈泡
* 太陽神卡特爾

## 參考文獻