白炽灯的发光原理

如果我告诉你，我们身边的所有物体都在发光，你可能会觉得非常惊讶。是呀，常识告诉我们，天空中只有恒星能发光，连月亮都是反射光；生活中除了电灯、蜡烛等，没看见其他的物体也在发光呀？

　　科学家告诉我们，任何物体只要它的温度高于绝对零度，就无时无刻不在以电磁波的形式向外界散发能量，这叫热辐射。电磁波的波长从几千千米到不足1纳米，跨越了巨大的范围，但是只有400-800纳米这很窄的一段才能被我们的眼睛所感知，这就是通常所说的可见光。所以我们可以说，包括我们自身在内的所有物体都在发光。

　　然而一个物体发出的电磁波并不是均匀地覆盖所有的波长，而是主要地集中在某个波长附近，而这个波长的长短与物体的温度成反比。对于温度在室温附近的物体来说，它们发出的电磁波主要集中在波长比可见光长的红外线，所以可见光的比例微乎其微。这就是我们看不见这些物体在发光的原因。

　　随着物体温度一步步升高，它的热辐射不仅会变得更加强烈，而且发出的电磁波也逐渐变得以可见光为主，因此这些原本看不见发光的物体会变得明亮起来。例如电炉丝加热到几百摄氏度时会发红，就是因为温度升高使得红光取代了红外线，在热辐射中占据了支配地位。如果温度继续升高到几千摄氏度，那么可见光中波长更短的黄、绿、蓝等颜色的光也被大量释放出来。不同波长的可见光混合在一起，我们就看到了与阳光类似的白光，这就是白炽现象。在白炽灯出现之前，人们通过燃烧柴火、灯油或者各种蜡来照明，实际上也是在利用白炽现象，只不过这时候利用的是化学反应产生的高温；而白炽灯则是通过电流将钨丝加热到2,000摄氏度以上，从而产生大量的可见光。

不同温度的物体的热辐射的比较，曲线由上至下分别是温度为15,000K（0K对应-273.15摄氏度）的恒星、温度为5,800K的恒星（太阳）、温度为3,000K的恒星和温度为310K的人体可见物体。横纵坐标分别为波长（单位为纳米）和热辐射的相对强度，平行于纵坐标的窄色带表示可见光的范围。由此可见物体温度必须足够高才会发出大量的可见光。

　　白炽现象只是物体被加热时的一个“副产品”，而特地让白炽灯发光要消耗很大的电能，才能把灯丝加热到很高的温度，这并不是很划算。由于所有热辐射发出的电磁波都会覆盖一个宽广的波长范围，白炽灯在发出可见光的同时还会发出大量的红外线、紫外线等，它们对提供照明毫无帮助，却消耗了大量的能量。

　　白炽灯极低的效率不仅浪费大量的电能，产生的热量也带来了很多令人头疼的问题。这些热量传递到环境中，可能会让使用者感到不舒服，还会轻易地让周围的纸张、布匹等可燃物质的温度升高到燃点以上，带来很大的火灾风险。另外，在几千摄氏度的高温下，许多常温下很稳定的物质都会变得非常活泼，这意味着灯丝很容易损坏。尽管现代的白炽灯使用熔点极高的钨丝，并将灯泡内部抽成真空或者充入惰性气体防止钨被氧化，白炽灯的使用寿命仍然不长，一般不超过1,000小时。也就是说，哪怕灯泡质量再好，每天只用提供3-5小时的照明，一年左右也必须更换了。

　　因此，尽管白炽灯为现代文明的进步做出了不可磨灭的贡献，仍然无法避免退出历史舞台的命运。

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