白熾燈的發光原理

如果我告訴你，我們身邊的所有物體都在發光，你可能會覺得非常驚訝。是呀，常識告訴我們，天空中只有恒星能發光，連月亮都是反射光；生活中除了電燈、蠟燭等，沒看見其他的物體也在發光呀？

　　科學家告訴我們，任何物體只要它的溫度高于絕對零度，就無時無刻不在以電磁波的形式向外界散發能量，這叫熱輻射。電磁波的波長從幾千千米到不足1納米，跨越了巨大的范圍，但是只有400-800納米這很窄的一段才能被我們的眼睛所感知，這就是通常所說的可見光。所以我們可以說，包括我們自身在內的所有物體都在發光。

　　然而一個物體發出的電磁波并不是均勻地覆蓋所有的波長，而是主要地集中在某個波長附近，而這個波長的長短與物體的溫度成反比。對于溫度在室溫附近的物體來說，它們發出的電磁波主要集中在波長比可見光長的紅外線，所以可見光的比例微乎其微。這就是我們看不見這些物體在發光的原因。

　　隨著物體溫度一步步升高，它的熱輻射不僅會變得更加強烈，而且發出的電磁波也逐漸變得以可見光為主，因此這些原本看不見發光的物體會變得明亮起來。例如電爐絲加熱到幾百攝氏度時會發紅，就是因為溫度升高使得紅光取代了紅外線，在熱輻射中占據了支配地位。如果溫度繼續升高到幾千攝氏度，那么可見光中波長更短的黃、綠、藍等顏色的光也被大量釋放出來。不同波長的可見光混合在一起，我們就看到了與陽光類似的白光，這就是白熾現象。在白熾燈出現之前，人們通過燃燒柴火、燈油或者各種蠟來照明，實際上也是在利用白熾現象，只不過這時候利用的是化學反應產生的高溫；而白熾燈則是通過電流將鎢絲加熱到2,000攝氏度以上，從而產生大量的可見光。

不同溫度的物體的熱輻射的比較，曲線由上至下分別是溫度為15,000K（0K對應-273.15攝氏度）的恒星、溫度為5,800K的恒星（太陽）、溫度為3,000K的恒星和溫度為310K的人體可見物體。橫縱坐標分別為波長（單位為納米）和熱輻射的相對強度，平行于縱坐標的窄色帶表示可見光的范圍。由此可見物體溫度必須足夠高才會發出大量的可見光。

　　白熾現象只是物體被加熱時的一個“副產品”，而特地讓白熾燈發光要消耗很大的電能，才能把燈絲加熱到很高的溫度，這并不是很劃算。由于所有熱輻射發出的電磁波都會覆蓋一個寬廣的波長范圍，白熾燈在發出可見光的同時還會發出大量的紅外線、紫外線等，它們對提供照明毫無幫助，卻消耗了大量的能量。

　　白熾燈極低的效率不僅浪費大量的電能，產生的熱量也帶來了很多令人頭疼的問題。這些熱量傳遞到環境中，可能會讓使用者感到不舒服，還會輕易地讓周圍的紙張、布匹等可燃物質的溫度升高到燃點以上，帶來很大的火災風險。另外，在幾千攝氏度的高溫下，許多常溫下很穩定的物質都會變得非常活潑，這意味著燈絲很容易損壞。盡管現代的白熾燈使用熔點極高的鎢絲，并將燈泡內部抽成真空或者充入惰性氣體防止鎢被氧化，白熾燈的使用壽命仍然不長，一般不超過1,000小時。也就是說，哪怕燈泡質量再好，每天只用提供3-5小時的照明，一年左右也必須更換了。

　　因此，盡管白熾燈為現代文明的進步做出了不可磨滅的貢獻，仍然無法避免退出歷史舞臺的命運。

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