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為什麼小燈泡會壞掉?
2016-09-23

為什麼燈泡用久了會壞掉啊?

運作原理

小燈泡主要是把電能轉成光能。達到這個目的就是利用電阻加熱燈絲,並伴隨著光能。為了達到高電阻,燈絲必需越長越細越好,如此一來變能達到效果。

已壞掉的燈泡

主要問題

然而做燈泡最難的問題就在於燈絲的材質,這個材質必需耐高溫。早期的燈絲採用碳(carbon)與白金(鉑 platinum),1879年愛迪生試用「碳」燈絲且使用了數百小時。碳的熔點高達 3550℃ 看起來一切正常,但為什麼會燒斷呢?

試想地上有一灘水,水在常壓下沸點是 100℃ 照這個說法地板應該不會乾掉,但有個東西叫做蒸發,不必達燃點就可以進行「蒸發」。液體變氣體存在「蒸發」,固體變氣體則是「昇華」。物體不必達熔點沸點就可以「昇華」。碳也是這個道理,碳雖有著極高的熔點,卻有著較低的昇華溫度,一旦昇華後燈絲斷裂,小燈泡就會壞掉。

愛迪生採用了「鎢絲」,鎢的熔點雖沒有碳高(3410℃),卻不容易昇華。鎢絲上細微的電阻差別造成溫度不一,在電阻較大的地方,溫度升得高昇華的快,鎢絲因此變細,而導致電阻進一步增大,最後壽終正寢。

壞掉的燈泡會變黑

為了必免燈泡壞的快,會在燈泡裡面添加惰性氣體,主要為氬氣。由於惰性氣體的存在,增加了熱的傳導與對流,因此昇華後的「鎢氣」會被對流傳導至較低溫的地方,變回固態鎢,因此壞掉的燈泡就會黑黑的。

用很久的燈泡關掉即陣亡

燈泡用久後,即使燈絲斷了,燈泡仍因燈絲距離近藉由空間的放電而導通。但一經關燈,由於「冷縮」使燈絲產生相對運動分開更遠,最後陣亡


參考資料: