19世紀(jì)中葉，當(dāng)電學(xué)取得長(zhǎng)足發(fā)展時(shí)，世界各地的發(fā)明家都強(qiáng)烈呼吁發(fā)明一種廉價(jià)實(shí)用的家用電力照明裝置。英國(guó)人約瑟夫·斯旺（Joseph Swan）和美國(guó)人托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）幾乎同時(shí)（分別在1878年和1879年）使它成為現(xiàn)實(shí)，在以后的25年里，全世界有上百萬人在家中安裝了電燈。與以往的照明方法相比，這種易于使用的技術(shù)無疑是一個(gè)里程碑式的進(jìn)步——世界從此徹底改變了。

 

　　對(duì)于這一具有歷史轉(zhuǎn)折意義的事件而言，最令人驚奇的是電燈泡本身幾乎簡(jiǎn)單至極。與愛迪生所發(fā)明的燈泡相比，現(xiàn)代的電燈泡并沒有什么重大改變，還是僅由很少的幾部分組成。在本文中，我們將介紹這幾部分是怎樣組合在一起，并能連續(xù)發(fā)光好多個(gè)小時(shí)的。

 

　　光的基本知識(shí)

 

　　光是能量的一種形式，可以由原子釋放出來。光由很多微粒狀的小團(tuán)組成，這些小團(tuán)有能量和動(dòng)量，但卻沒有質(zhì)量。這些微粒被稱為光子，它們是光的最基本單元。（有關(guān)更多信息，請(qǐng)參見光的原理。）

 

　　當(dāng)原子中的電子受到激發(fā)的時(shí)候，原子就會(huì)釋放光子。如果您讀過原子理論這篇文章，那么您就會(huì)知道電子是帶負(fù)電荷的粒子，繞著原子核（帶有凈的正電荷）運(yùn)動(dòng)。原子中的電子有不同的能級(jí)，這取決于很多因素，其中包括電子的速度及其與原子核的距離。不同能級(jí)的電子占據(jù)不同的軌道。一般說來，能量較高的電子在距離原子核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)原子獲得或失去能量的時(shí)候，這種變化就會(huì)通過電子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來。當(dāng)某物將能量傳遞給原子時(shí)，電子就會(huì)暫時(shí)躍遷到一個(gè)更高（離原子核更遠(yuǎn)）的軌道上。電子在這個(gè)位置上僅僅停留很短的時(shí)間，它幾乎立即被拉向原子核，回到它的初始軌道。在返回初始軌道的同時(shí)，電子將多余的能量以光子（有時(shí)是可見光子）的形式釋放出來。
 

　　在燈泡的底座上有兩個(gè)金屬接點(diǎn)，它們與電路的終端相連

 

　　當(dāng)燈泡被接到電源上時(shí)，電流就會(huì)通過電線和燈絲從一個(gè)接點(diǎn)流到另一個(gè)接點(diǎn)。固體導(dǎo)體中的電流其實(shí)就是自由電子（不被原子緊緊束縛的電子）從負(fù)極區(qū)域向正極區(qū)域的大量運(yùn)動(dòng)。

 

　　在沿著燈絲快速移動(dòng)的同時(shí)，電子會(huì)不斷地撞擊組成燈絲的原子。每一次撞擊的能量都會(huì)使原子振動(dòng)，也就是說，電流把原子加熱了。細(xì)導(dǎo)體比粗導(dǎo)體更容易被加熱，因?yàn)榧?xì)導(dǎo)體對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的阻礙更大。

 

　　振動(dòng)原子中被束縛的電子可能被暫時(shí)激發(fā)到一個(gè)更高的能級(jí)上。當(dāng)返回初始能級(jí)時(shí)，這些電子就會(huì)以光子的形式釋放多余的能量。金屬原子通常釋放紅外光子，對(duì)于人眼來說，紅外光子是不可見的。但是，如果金屬原子被加熱到足夠高的能級(jí)（對(duì)于電燈泡來說為2,200攝氏度左右），它們就會(huì)發(fā)射大量的可見光。

 

　　電燈泡里的燈絲是由一根極細(xì)長(zhǎng)的鎢金屬絲構(gòu)成的。在一個(gè)典型的60瓦的燈泡中，鎢燈絲大約有2米長(zhǎng)，但是只有0.0254厘米粗。為了全部都能放進(jìn)一個(gè)很小的空間中，鎢絲被排列成一個(gè)雙繞線圈。也就是說，鎢絲被纏成一個(gè)線圈，然后這個(gè)線圈再被纏成一個(gè)更大的線圈。在一個(gè)60瓦的燈泡中，線圈的長(zhǎng)度還不到2.5厘米。

 

　　因?yàn)殒u絲是理想的燈絲材料，所以它用于幾乎所有的白熾燈泡中。在下一部分中，我們將揭示將鎢作為燈絲的原因，還將分析玻璃燈泡和惰性氣體的作用。

 

　　合適的材料

 

　　正如我們?cè)谏弦徊糠种辛私獾降哪菢�，金屬必須被加熱到極高的溫度才能發(fā)射足夠的可見光。實(shí)際上，大多數(shù)金屬在達(dá)到這個(gè)極高的溫度之前就已經(jīng)熔化了——振動(dòng)破壞了原子之間牢固的結(jié)構(gòu)鍵，所以材料就變成了液體。之所以用鎢燈絲來制作燈泡，是因?yàn)殒u具有異常高的熔化溫度。

 

　　亮，更亮，最亮

 

　　電燈泡是按照功率來分類的，功率是指燈泡在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光的量（以瓦為單位）。瓦數(shù)越高的燈泡燈絲就越大，產(chǎn)生的光也越多。三光燈泡有兩個(gè)不同瓦數(shù)的燈絲，通常一個(gè)是50瓦，一個(gè)是100瓦。這兩種燈絲被纏成獨(dú)立的線圈，這些線圈最初可以用一個(gè)專用三路插座接通。利用三路插座的開關(guān)可以從三個(gè)不同的亮度級(jí)別中進(jìn)行選擇。選擇 亮度級(jí)別時(shí)，開關(guān)只讓50瓦燈絲的電路接通；選擇中等亮度級(jí)別時(shí)，開關(guān)只讓100瓦燈絲的電路接通；選擇 亮度級(jí)別時(shí)，開關(guān)使兩個(gè)燈絲的電路都接通，所以燈泡會(huì)以150瓦的功率工作。

 

　　但是在這么高的溫度下，如果滿足某些條件，鎢絲也會(huì)著火。燃燒是由兩種化學(xué)物質(zhì)之間的反應(yīng)引起的，當(dāng)其中的一種化學(xué)物質(zhì)達(dá)到了它的著火溫度的時(shí)候，燃燒就會(huì)發(fā)生。在地球上，燃燒通常是大氣中的氧氣和某種被加熱物質(zhì)之間的反應(yīng)，但是，其他的化學(xué)物質(zhì)組合也會(huì)產(chǎn)生燃燒。

 

　　為了防止燃燒，電燈泡中的燈絲被固定在一個(gè)密閉的無氧容器中。在最早的電燈泡中，燈泡里的所有氣體都被抽出來，以產(chǎn)生一個(gè)近似真空的環(huán)境，即一個(gè)不含任何物質(zhì)的區(qū)域。因?yàn)闆]有（或者幾乎沒有）任何氣體物質(zhì)存在，所以燈絲材料不會(huì)燃燒。

 

　　這種方法所產(chǎn)生的問題是鎢原子的蒸發(fā)。在這么高的溫度下，有時(shí)鎢原子的劇烈振動(dòng)會(huì)使它脫離周圍原子，進(jìn)入到周圍環(huán)境中。在真空燈泡中，自由鎢原子會(huì)直線射出，匯聚到玻璃內(nèi)壁上。由于蒸發(fā)的原子越來越多，燈絲便開始碎裂，玻璃也開始變暗，這就大大地降低了燈泡的壽命。

 

　　在現(xiàn)代的燈泡中，惰性氣體（通常是氬氣）極大地降低了鎢的這種損失。當(dāng)鎢原子蒸發(fā)時(shí)，它可能會(huì)與氬原子碰撞，又剛好被反彈回?zé)艚z上，重新與固體結(jié)構(gòu)結(jié)合。因?yàn)槎栊詺怏w通常不與其他元素反應(yīng)，所以，元素之間不可能因燃燒反應(yīng)而結(jié)合。

 

　　經(jīng)長(zhǎng)期證明，電燈泡便宜、有效并且易于使用，是一項(xiàng)十分了不起的發(fā)明。電燈泡仍然是室內(nèi)照明和日落后延長(zhǎng)“白晝”的最常用方法。但是，所有的跡象都表明，電燈泡終將被更先進(jìn)的技術(shù)所代替，因?yàn)樗�的效率不夠高�?/div>