日光灯工作原理.docx

1、日光灯工作原理日光灯工作原理日光灯的整体电路如图516所示。其工作原理是：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势

2、端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。日光灯正常发光后。由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。2003-11-17教学参考资料初中物理第二册白炽灯马文学白炽灯的发光效率虽然比较低，但由于它使用极其方便，辐射光谱是连续的，显色

3、性好，因此到目前为止，它仍是应用最广的一种光源。世界上第一只碳丝白炽灯，是爱迪生于1879年制成的，它的发光效率很低，只有3流瓦。由于碳丝多孔、性脆、强度很低，不久被钨丝代替，现在60瓦的钨丝白炽灯，发光效率已提高到1013流瓦。普通白炽灯的结构如图513所示。它由螺旋灯丝（钨丝）、支架、引线、泡壳和灯头等几部分组成。钨丝两端由导线引出，焊在灯头上，接通电路，钨丝被灼热到2500K左右就发白光。这种灯的工作温度约为27003050K。经过研究得知，大约在6500K时，可见光在总辐射能中所占的比例最大，约为43。理论上发光效率可达85流瓦。所以提高钨丝白炽灯的温度不仅可以提高它的发光效率，而且还

4、可以改善发光颜色。但随温度升高，钨的蒸发率急剧增大，在2800K时钨的蒸发率比2000K时加快100万倍。为了减少钨丝的蒸发，在灯泡内充了一些惰性气体，如充氮或氩、氖、氙气等。充气后，由于惰性气体分子与蒸发出来的钨原子碰撞，使一部分钨原子回到灯丝上，有效地减少了钨丝的蒸发。但充入惰性气体后，由于气体的热传导而要损失一部分灯丝的热量，为了减少由于气体热传导的损失，就要减少灯丝和气体接触的面积，所以采用螺旋状或双螺旋状的灯丝。充气白炽灯的工作温度可达到2800K左右。只有少数小功率灯泡是真空的。白炽灯的引线是镀镁丝的，因为它与软质玻璃膨胀系数相近。支架是用钼材料做的。2003-11-17教学参考资

5、料初中物理第二册低压水银荧光灯（日光灯）日光灯主要由三部分组成：灯管，镇流器，启辉器。灯管是日光灯的主体，它的结构如图514所示。在玻璃管内壁上涂有一层均匀荧光粉，两端各安装一个灯头，灯头内部装有灯丝，灯丝用钨丝烧成螺旋状，表面涂有三元电子粉（碳酸钨，碳酸钡和碳酸锶），以利于发射电子。为了便于启动和抑制电子粉的蒸发，灯管抽真空后，充入一定量的氮气。当然还有一点水银。水银数量很少，一只40瓦的灯管仅放入百分之几克。灯管工作时，管内汞蒸气的压强很小，仅1帕左右。因此称作低压水银荧光灯。镇流器又称为限流器，就是把通过灯管的电流限定在额定值内。目前最常用的镇流器是电感镇流器，是具有一定电感量的铁芯线圈

6、。启辉器，俗称跳泡，它在日光灯起辉时，起自动开关作用。启辉器的结构如图515所示。在外壳内装着一个充有氩氖混合惰性气体的玻璃泡，泡内有一个固定电极（静触极）和一个动触极组成的自动开关。动触极用双金属片制成倒U型，受热后动触极膨胀，与静触极接通；冷却后自动收缩复位，与静触极脱离。两个触极间并联一只0005微法的电容器，其作用是消除火花对电信设备的影响，并与镇流器组成振荡电路，延迟灯丝预热时间，有利于日光灯起辉。使用日光灯的注意问题使用日光灯时要注意以下几点：（1）使用日光灯要注意避免频繁启动。目光灯寿命一般不少于3000小时，其条件是每启动一次连续点燃3小时。随着每启动一次连续点燃时间的长短，灯

7、管的寿命也相对延长或缩短。因为每启动一次，灯管的灯丝受高压冲击，启动时的电流是正常点燃时电流的23倍。启动加速了灯丝上电子发射物质的消耗，当灯丝上的电子发射物质消耗尽了，灯管的寿命也就完了。若启动一次，只让灯点燃1小时，灯管的寿命缩短到70以下。所以使用日光灯时要尽量避免不合理的频繁启动。（2）电源电压高与低也会缩短日光灯的使用寿命。电压高于日光灯正常工作电压时，无疑使流过灯管的电流加大，灯丝的损耗加速，缩短了灯管的寿命。另外，这种情况还会使镇流器过热，造成绝缘物外溢或绝缘损坏而发生短路事故。但电压低于日光灯正常工作电压，也会使灯管的寿命缩短。因这时灯丝的预热温度低，启动困难，频繁的闪亮，使灯

8、丝的损耗太大。因此，在电压高的地方要采取适当的降压措施，如果接扼流圈或暂时改变镇流器的配套关系（40瓦灯管暂用30瓦镇流器等）；还要注意在用电高峰时减少启动次数。在电压低的地方，可在镇流器两端并接高感抗线圈来解决启动困难问题，或用镇流器递增的方法暂时改变与灯管的配套关系。（3）在正常电压下，灯管与镇流器要配套使用。否则会使流过灯管的电流不正常，造成不必要的损失，或造成启动困难，启储器反复跳动方可点燃灯管，这使灯丝受离子轰击的机会增多，加速了灯管的老化。2003-11-17教学参考资料初中物理第二册用日光灯照明的优点（1）比白炽灯省电。因为日光灯的发光效率高，可达65流瓦以上。而60瓦的钨丝白炽

9、灯的发光效率只有1013流瓦。（2）日光灯的发光颜色比白炽灯更接近日光，光色好，且发光柔和。（3）日光灯寿命较长，一般有效寿命是3000小时。2003-11-17教学参考资料初中物理第二册用日光灯照明的缺点（1）日光灯的附件多，故障机会较多。（2）日光灯的价格比钨丝白炽灯贵。（3）日光灯的功率不能做得很大。（4）日光灯发光是闪烁的。白炽灯由于灯丝炽热而发光。所以是连续地发出光来。而日光灯是低压气体放电发光，若通的是直流电可以连续地发光，若通交流电发光就出现闪烁现象。如电源频率是50赫，发光亮暗每分钟就要改变100次。只是因为闪光变化得很快和视觉暂留的作用，所以一般不易察觉。但在日光灯下观察运动

10、的物体时，就会发现有抖动的感觉。因此一般灯光球场都不用日光灯照明。2003-11-17教学参考资料初中物理第二册高压汞灯马文学照明用高压汞灯的结构如图517所示。外壳用石英玻璃制成，内充一定数量的汞和少量氩气。为使高压汞灯起弧，两电极之间需要有足够高的电场强度，对充氩的汞灯，此值约为4伏厘米。以300瓦高压汞灯为例，在室温下，灯内气压约1020大气压（1062106帕）。极距为10厘米，启动电压需在400伏以上。所以直接采用220伏的电源，灯就无法启动。下面介绍一种有玻璃外壳的高压汞灯，这种汞灯通常用辅助电极帮助启动，如图518所示。辅助电极通过一只4060千欧的电阻R与不相邻的电极相连接。当

11、灯接入电网后，辅助电极与相邻的主电极之间加有交流220伏的电压。这两电极之间的距离很近，通常只有23毫米，所以它们之间有很强的电场。在此强电场的作用下，两电极之间的气体被击穿，发生辉光放电，放电电流由电阻R所限制。如R过小会使电极烧坏。主电极和相邻辅助电极之间的辉光放电产生了大量的电子和离子，这些带电粒子向两主电极间扩散，使主电极之间产生放电，并很快过渡到两主电极之间的弧光放电。在灯点燃的初始阶段，是低气压的汞蒸气和氢气放电，这时管压降得很低，约25伏左右；放电电流很大，约为56安培，称为启动电流。低压放电时放出的热量使管壁温度升高，汞逐渐汽化，汞蒸气压和灯管电压逐渐升高，电弧开始收缩，放电逐

12、步向高气压放电过渡。当汞全部蒸发后，管压开始稳定，进入稳定的高压汞蒸气放电。可见，高压汞灯从启动到正常工作需要一段时间，通常为410分钟。高压汞灯熄灭以后，不能立即启动。因为灯熄灭后，内部还保持着较高的汞蒸气压，要等灯管冷却，汞蒸气凝结后才能再次点燃。冷却过程需要510分钟。在高的汞蒸气压下，灯不能重新点燃是由于此时电子的自由程很短，在原来的电压下，电子不能积累足够的能量来电离气体。高压汞灯发光效率比较高，在3565流瓦以上，高压汞灯除了有高的发光效率外，还能发出强的紫外线，因而不仅可以照明，还可用于晒图，保健日光浴，化学合成，塑料及橡胶的老化试验、荧光分析、探伤等方面。由于高压汞灯有较高的光

13、效，而且其发光体小，亮度高，适合于室外照明。但是它的光色偏蓝、绿，缺少红色成分，所以被照物不能完全显示原来的颜色。如果高压汞灯中汞蒸气压大于10大气压时，就成为超高压汞灯，这时其发光效率将随之增加。高压汞灯有较高的发光效率，但是亮度还不够高。在许多场合，例如各种光学仪器、投影系统中，则需要高达104106熙提（Cdcm2）的高亮度光源，超高压汞灯就是这样一种光源。2003-11-17教学参考资料初中物理第二册碘钨灯马文学要想提高白炽灯的发光效率，就必须提高灯丝温度；而灯丝温度越高，钨的蒸发也就越快，钨丝就会很快变细烧断。同时由于钨蒸发沉积到泡壳上泡壳变黑，又会降低白炽灯的发光效率。所以要制造发

14、光效率高的钨丝钉，必须进一步解决提高灯丝温度和减小钨蒸发的问题。如果我们能设法使蒸发出去的钨重返灯丝，这样既防止管壁发黑，又能延长灯丝寿命。在灯泡中充入纯碘即能使蒸发出去的钨重返灯丝。因为碘和钨在2501200的温度范围内化合成碘化钨，碘化钨是不稳定的，在1400以上又会分解为钨和碘。所以，如果在灯泡中充入碘，再设法使灯泡壁温度保持在2501200之间，从灯丝蒸发出来的钨在泡壁处与碘形成碘化钨分子，并向灯丝处扩散；而灯丝附近温度在1400以上，碘化钨在灯丝附近分解成碘和钨，钨原子回到灯丝上，游离碘集中在灯丝附近，并向外扩散，这样形成碘钨循环。但因碘和钨的化合温度是在2501200，灯泡壁必须保

15、持在这个温度范围。在这个温度下长期工作的普通玻璃会析晶，变得不透明。还由于制造工艺上的一些问题，不能用普通玻璃作灯泡。石英玻璃的热膨胀系数小，熔点高，高温下透明度较好，适合作碘钨灯的泡壳。碘钨灯有直立式圆形和管形两种。管形碘钨灯的结构如图519所示。它的外壳用耐高温石英玻璃做成，里面钨丝绕成单螺旋状，中间有若干钨丝圈支撑，以免灯丝下垂。灯管内抽成真空，充入氩气和适量的纯碘。管状的碘钨灯使用时，倾斜度不得超过4度，否则会由于对流造成碘钨循环的不均匀，而烧断灯丝。碘钨灯由于应用了碘钨循环的原理，大大减少了钨的蒸发量，所以它的工作温度可提高到3000，发光效率也提高很多。与普通白炽灯相比，照明用碘钨

16、灯还具有体积小、光色好、寿命长等优点。例如，普通220伏1000瓦白炽灯的发光效率约为16流瓦，平均寿命是1000小时；而照明用的220伏1000瓦碘钨灯的发光效率约为21流瓦，平均寿命是1500小时。2003-11-17教学参考资料初中物理第二册电表的等级王宗田电表的等级是用来表示电表的精确度的。我国规定电表分为七个等级，它们是01、02、05、10、15、25、50级。等级数值越小。电表的精确度越高。通常所用电表的等级都在电表的度盘上标出。为什么电表的等级能反映电表的准确度呢？这是因为电表的等级是由电表的测量误差决定的。用电表进行测量时，电表的指示值X与被测量的实际值X0之间的差值X，称为电表测量的绝对误差。绝对误差值与电表的是程Xn之比，以百分数表示出来的值称为电表的引用误差En，即En（XXn）100用电表进行测量时，将所得到的最大引用误差Enm。去掉号，就定为该电表的等级。如果所得结果，在两个规定的等级数值之间，则此时电表的等级定为低精确度的一级。例如，某一电表测量所得最大引用误差值为07，该表的等级就定为10级，而不能定为05级。测量时，知道所用电表的等级及电表的量程，就可算出被测量的最大绝对误差，从而估计出测量的准确程度。2003-11-15教学参考资料初中物理第二册