灯会发光的科学原理

深蓝色的畅想

灯会发光的科学原理

　　灯在人类学会用火以后就出现了，一直发展到今天的白炽灯和放电灯。人类使用灯的历史是十分悠久的，但是人们弄清楚灯为什么会发光，还是近一二百年的事。

　　光是一种电磁波。自然界有许多波。向水面扔一块石子，会产生一圈一圈的波纹，这是眼晴可以直接看到的水波;拨动一根琴弦，会在空气中产生听得见的声波。空间大量存在的是我们既看不见又听不到的电波。光波(波长7.7×10-5厘米至4×10-5厘米)也是它的成员之一，只是波长很短，波动频率很高罢了。

　　光波是怎样产生的呢?水波是水被激荡所引起的。声波是物体振动产生的。无线电波是由于电子运动，从高塔顶上的天线发出的。同样，光波是由物质中原子、分子和电子的运动而产生的。不过这些都是微观世界的特殊运动。例如，在白炽灯中，通电的钨丝，温度高达2300℃。其中的原子在剧烈地运动着，于是，有一部分原子处于不稳定的高势能状态，就像尖屋顶上的一只球，由于势能很高，很容易掉下来。这些原子一旦从高能量状态“掉”下来，回到低势能状态时，就放出一份能量，这份能量以光的形式放出来。在高压水银灯中，通过放电产生许多自由电子，电子在电的作用下加速，速度比子弹快得多。当这种电子和水银原子碰撞时，就把能量传送给水银原子，使之受激发，达到不稳定的高能量状态。同样，在自发地从高能量状态“掉”下来，回到低能量状态时，就发出了光。

　　在这种发光过程中，从不同的高能量状态“掉”下来的原子，会发出不同颜色的光。不同原子发出的光，方向也不一样，杂乱无章的。如果选择一定能量的原子、分子和电子运动，使它们按一定的相互关系“有组织”地发出来，就能获得一种奇妙的新光源。1960年，美国科学家造出了这种20世纪的“神灯”，这就是激光器。

　　白炽灯的发光原理

　　简单来说，白炽灯里面的灯丝是钨丝，其主要成分是钨。当钨丝通电时，由于钨丝的电阻式电能转化成内能，将钨丝加热，温度升高，一般金属加热到一定程度后就会发光(铁受热变红也是发光)，就是内能有转化成光能。这就是白炽灯发光原理最简单理解。

　　为什么选钨丝，那时人们长久以来经验的结果。当爱迪生发明电灯的时候，传说他试验了包括植物纤维、动物毛发和人的头发在内的一千多种(也有说两千多种)材料，很多不适合作灯丝。主要原因是内阻小，或者熔点低，或者亮度不合适等等。最后爱迪生选择的并不是今天我们广泛采用的钨丝。具体是什么，我忘了。后来人们经过多次改进才选择了钨作灯丝。

　　钨丝发光跟核裂变或者核聚变一点关系都没有。这个过程中除了钨丝被加热，部分省化成整齐外并未发生什么变化。

　　霓虹灯发光原理

　　霓虹灯原理在密闭的玻璃管内，充有氖、氦、氩等气体，灯管两端装有两个金属电极，电极一般用铜材料制作，电极引线接入电源电路，配上一只高压变压器，将10～15kV的电压加在电极上。由于管内的气体是由无数分子构成的，在正常状态下分子与原子呈中性。在高电压作用下，少量自由电子向阳极运动，气体分子的急剧游离激发电子加速运动，使管内气体导电，发出色彩的辉光(又称虹光)。霓虹灯原理的发光颜色与管内所用气体及灯管的颜色有关;霓虹灯原理如果在淡黄色管内装氖气就会发出金黄色的光，如果在无色透明管内装氖气就会发出黄白色的光。霓虹灯原理要产生不同颜色的光，就要用许多不同颜色的灯管或向霓虹灯管内装入不同的气体。

　　白炽灯是将电能转化为光能的，以提供照明的设备，其工作原理是：电流通过灯丝(钨丝，熔点达3000多摄氏度)时产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达2000摄氏度以上，灯丝在处于白炽状态时，就象烧红了的铁能发光一样而发出光来。灯丝的温度越高，发出的光就越亮。故称之为白炽灯。

　　太阳发光原理

　　太阳内部有许多的可转换的氢原子，它们聚变成氦原子，在聚变过程中会释放出许多能量并通过太阳的各种活动挥发出去。(简单来说就是核聚变动) 我还看过是因为太阳中的粒子速度十分快 在太阳内部，4个氢原子发生氢核聚变缩合成一个氦原子，放出巨大能量，这能量就是光和热。

　　太阳是利用核聚变发光发热的，当两种很轻的原子核在高温下相遇时(比如氦和氢)，会合成新的原子核，同时释放出巨大的能量。 因为它时刻都在进行核聚变 这是人们一直在探索的重要问题。但是由于受到科技研究手段的局限，虽然各种各样的有关太阳能源的猜测相继提出，却总是找不出足够的科学依据。大约一百年前，德国和英国的科学家们根据能量守恒和转化定律提出太阳中的分子在引力的作用下会向中心坍缩。在着坍缩过程中，分子的动能会变成热能。所以太阳维持着它极高的温度，辐射出光和热。

　　本世纪三十年代起，随着原子核结构研究的深入，人们逐渐地认识到当很轻的原子核在极高的温度下非常靠近时，会发生聚变，形成新的原子核，并且放出巨大的能量。这为解释太阳的巨大能源的来源提供了新的理论。 美国物理学家贝特把聚变的理论推广到太阳。他认为太阳内部高达2000万度的高温下氢原子聚变为氦原子，同时释放出巨大的能量。根据这些核聚变计算出的太阳能量释放值与观察值相当吻合。

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这么简单的道理以前都还不知道。