科普 | 為什麼白熾燈燈絲容易燒斷？

燈絲的製作材料是鎢，是典型的難熔金屬，熔點高達3410攝氏度。但作為燈絲，為了顯色性和色溫好

，工作溫度通常都高達3000K左zuo右you，在zai這zhe個ge溫wen度du下xia即ji使shi是shi鎢wu，其qi升sheng華hua作zuo用yong也ye是shi不bu可ke忽hu視shi的de了le，燈deng絲si上shang的de鎢wu會hui升sheng華hua成cheng蒸zheng汽qi

，而er升sheng華hua的de鎢wu蒸zheng汽qi會hui在zai溫wen度du相xiang對dui低di溫wen的de玻bo璃li殼ke上shang凝ning華hua，大da家jia如ru果guo留liu心xin看kan的de話hua，會hui發fa現xian用yong久jiu了le的de白bai熾chi燈deng泡pao玻bo璃li會hui變bian黑hei，其qi實shi就jiu是shi凝ning華hua的de鎢wu蒸zheng鍍du在zai了le玻bo璃li上shang。

在zai持chi續xu升sheng華hua作zuo用yong下xia
，燈deng絲si會hui逐zhu漸jian變bian細xi，而er因yin為wei燈deng絲si本ben身shen的de製zhi造zao工gong藝yi，本ben來lai就jiu不bu能neng保bao證zheng處chu處chu粗cu細xi均jun勻yun，這zhe樣yang一yi來lai，就jiu會hui造zao成cheng較jiao細xi較jiao密mi的de部bu分fen工gong作zuo溫wen度du較jiao高gao，升sheng華hua作zuo用yong更geng明ming顯xian，形xing成cheng了le一yi個ge正zheng反fan饋kui——越yue熱re的de地di方fang變bian細xi更geng快kuai，越yue細xi的de地di方fang就jiu更geng熱re。持chi續xu下xia去qu，總zong有you一yi個ge地di方fang會hui薄bo弱ruo到dao經jing受shou不bu起qi點dian燈deng時shi熱re衝chong擊ji的de作zuo用yong，在zai熱re應ying力li下xia拉la開kai，並bing在zai拉la斷duan前qian快kuai速su變bian細xi熔rong融rong。

簡而言之

，是熱升華造成的燈絲變細。

這(zhe)是(shi)白(bai)熾(chi)燈(deng)的(de)宿(xiu)命(ming)，有(you)沒(mei)有(you)延(yan)壽(shou)的(de)辦(ban)法(fa)呢(ne)
？有(you)的(de)，為(wei)了(le)延(yan)長(chang)白(bai)熾(chi)燈(deng)壽(shou)命(ming)，人(ren)們(men)發(fa)明(ming)了(le)鹵(lu)素(su)燈(deng)這(zhe)種(zhong)新(xin)型(xing)白(bai)熾(chi)燈(deng)。一(yi)般(ban)的(de)白(bai)熾(chi)燈(deng)內(nei)是(shi)充(chong)氮(dan)氣(qi)的(de)或(huo)抽(chou)真(zhen)空(kong)的(de)。而(er)鹵(lu)素(su)燈(deng)
，內(nei)部(bu)填(tian)充(chong)的(de)是(shi)鹵(lu)素(su)元(yuan)素(su)
，最(zui)常(chang)見(jian)的(de)是(shi)碘(dian)（碘鎢燈）和溴（溴鎢燈），那它們都有什麼作用呢？

鹵素燈泡與其他白熾燈的最大差別在於一點，就是鹵素燈的玻璃外殼中充有一些鹵族元素氣體（通常是碘或溴）
，其工作原理為：當燈絲發熱時
，鎢原子被蒸發後向玻璃管壁方向移動
，當接近玻璃管壁時
，鎢蒸氣被冷卻到大約800℃並和鹵素原子結合在一起
，形成鹵化鎢（碘化鎢或溴化鎢）。

鹵(lu)化(hua)鎢(wu)向(xiang)玻(bo)璃(li)管(guan)中(zhong)央(yang)繼(ji)續(xu)移(yi)動(dong)


，又(you)重(zhong)新(xin)回(hui)到(dao)被(bei)氧(yang)化(hua)的(de)燈(deng)絲(si)上(shang)
，由(you)於(yu)鹵(lu)化(hua)鎢(wu)是(shi)一(yi)種(zhong)很(hen)不(bu)穩(wen)定(ding)的(de)化(hua)合(he)物(wu)，其(qi)遇(yu)熱(re)後(hou)又(you)會(hui)重(zhong)新(xin)分(fen)解(jie)成(cheng)鹵(lu)素(su)蒸(zheng)氣(qi)和(he)鎢(wu)，這(zhe)樣(yang)鎢(wu)又(you)在(zai)燈(deng)絲(si)上(shang)沉(chen)積(ji)下(xia)來(lai)
，彌(mi)補(bu)被(bei)蒸(zheng)發(fa)掉(diao)的(de)部(bu)分(fen)。通(tong)過(guo)這(zhe)種(zhong)再(zai)生(sheng)循(xun)環(huan)過(guo)程(cheng)，燈(deng)絲(si)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)不(bu)僅(jin)得(de)到(dao)了(le)大(da)大(da)延(yan)長(chang)（幾乎是白熾燈的4倍），同時由於燈絲可以工作在更高溫度下，從而得到了更高的亮度，更高的色溫和更高的發光效率。

鹵鎢燈的基本發光原理和白熾燈相同，都是熱輻射光源。不同的地方在於鹵鎢燈裏麵充入了特殊的工作氣體，其成分是95%的混合氣（二溴甲烷和氪氣）以及5%的高純氮

，這些氣體在燈泡內鹵素燈泡建立了鹵鎢循環。

具體過程是燈絲中的鎢揮發出來後，會向溫度較低的地方移動，然後在管壁處和Br2結合生成WBr2；而在溫度較高處

，WBr2又會分解，生成的W會回到燈絲上，Br回到工作氣體中
，這就是整個鹵鎢循環的過程。通過這樣的鹵鎢循環
，燈絲上的鎢不會逐漸揮發
，由於“熱點”效應而使燈絲燒斷，也不會因為鎢在燈泡殼上沉積而發黑
，其壽命得到大大延長。

　　1、鹵素燈的功能是設置了一個可逆的化學反應，與鎢從燈絲蒸發。

　　2
、在普通的白熾燈，這主要是沉積在鎢燈泡。鹵素循環保持燈泡清潔
，並在一生中幾乎保持恒定的光輸出。

　　3、在zai中zhong等deng溫wen度du下xia
，蒸zheng發fa的de鎢wu與yu鹵lu素su反fan應ying
，鹵lu化hua形xing成cheng的de左zuo右you移yi動dong
，在zai充chong入ru惰duo性xing氣qi體ti。在zai一yi段duan時shi間jian內nei，將jiang達da到dao較jiao高gao的de溫wen度du區qu域yu
，在zai那na裏li它ta離li解jie，釋shi放fang鎢wu和he釋shi放fang鹵lu素su，重zhong複fu該gai過guo程cheng。

　　4、對於該反應，以便操作，整體球溫度必須高於在傳統的白熾燈。在燈泡必須熔融二氧化矽（石英）或高的熔點的玻璃（如鋁矽酸鹽玻璃）製成的。

也就是這些鹵素元素不斷的把升華的鎢又搬運回燈絲上，為它不斷的+1s。

並且
，爐絲和燈絲不是一回事
，材料性能工作條件也不是一回事，不要混為一談。燈絲為了色溫，是工作在3000K上下的，材料是鎢或者碳，而爐絲工作隻是為了加熱
，所以一般其工作溫度低的多並且沒有保護氣體，以HRE鐵鉻鋁合金電爐絲為例
，工作溫度不會超過1400攝氏度。

電爐絲主要有鐵鉻鋁合金和鎳合金兩大類
，另外有特殊需要的（主要是高溫爐絲）會用到鎢絲和鉬絲。

其qi中zhong鐵tie鉻ge鋁lv合he金jin是shi鐵tie素su體ti基ji底di，在zai高gao溫wen下xia工gong作zuo會hui相xiang變bian成cheng奧ao氏shi體ti，長chang時shi間jian工gong作zuo還hai會hui造zao成cheng組zu織zhi過guo度du發fa育yu，晶jing體ti粗cu大da

，性xing能neng脆cui化hua。再zai冷leng卻que下xia經jing過guo相xiang變bian來lai內nei部bu還hai會hui積ji攢zan不bu少shao內nei應ying力li，再zai次ci加jia熱re時shi，較jiao細xi的de地di方fang在zai熱re應ying力li和he電dian磁ci力li（沒錯這裏應該考慮電磁力的）的作用下容易斷裂。

為什麼爐絲需要考慮電磁力呢？

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，danshidianlu
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，電磁力會成倍放大。再加上熱衝擊，和材料脆化
，就會在最脆弱的地方斷裂。