幾千年來,人們都用火來照明:先是篝火和火把,然後是蠟燭、油燈和煤氣燈。當夜晚降臨時,一些東西總是在燃燒著。
電燈泡改變了這一切。1879年,美國發明家托馬斯·愛迪生發明了燈炮,利用的是封在玻璃燈泡裏的碳製成的細燈絲。(愛迪生使用真空泵,抽走了燈泡裏的空氣。)
燈泡與電流相連接,愛迪生打開電流並逐漸加大電量,直到碳燈絲被加熱並開始發光。在穩定電流的作用下,燈絲亮了40個小時,直到瓦解。
愛迪生發明的這種燈泡叫做“白熾燈泡”。當物體變得很熱時便開始發光,這叫做白熾狀態。白熾燈泡的原理很簡單:用電流加熱金屬絲直到其發光,然後把它裝入到玻璃燈泡內,再把燈泡零散地分布在屋子裏。瞧!這樣,移動的人工光源就做好了,可以放在你需要的地方。
在供應給白熾燈泡的能量中,高達95%的能量都變成熱量浪費了,隻有5%變成了光。
現代白熾燈泡的金屬燈絲是由鎢製成的,比碳能維持更長時間,而且能被加熱到更高的溫度。(今天,一個典型的60瓦燈泡能夠持續發光1000個小時。)但是,鎢不會達到太陽表麵的熱度(大概華氏10000度);鎢的熔點是華氏6170度。所以鎢發出的光比自然的太陽光偏紅一些,更像是橘白色,而不是白色。
(要理解這一點,想一想放在火裏的鐵質撥火棒。當撥火棒被不斷加熱時,它先發出暗紅色的光,然後是橘色,然後是黃色,最後是白色,這就給了我們一個形容詞“白熱”,用來形容某種東西非常熱。)
今天的白熾燈泡,包括超亮的鹵素燈,都填滿了惰性氣體(即化學活性很差的氣體),經常是氮和氬的混合氣體。這些氣體能夠把一些跑掉的鎢原子推回到燈絲上,從而使熱燈絲不會很快瓦解。
然而,人造燈源不僅僅是熱金屬絲這樣簡單。人們在20世紀30年代開始使用藍白色的熒光燈。為什麼呢?在供應給白熾燈泡的能量中,95%的能量都變成了燈泡發出的熱量,隻有5%變成了光,所以大部分的能量都被浪費掉了。
然而,大部分熒光燈的能量都用來發光,而不是產生熱量;燈泡實際上是涼的,可以用手觸摸。所以,一個40瓦的熒光燈能夠比40瓦的白熾燈發出更多的光。由於能夠節電省費,像醫院、學校和辦公室這樣的大型場所都傾向於使用熒光燈。
熒光燈管能夠保持涼爽,是因為它使用活性氣體來發光,而不是熱金屬絲。熒光燈管是“放電管”的一種,它們使用充滿了氬氣、氖氣或氪氣等氣體的玻璃管。與這些氣體相混合的是幾滴液體水銀,它們會揮發成為水銀蒸汽。當電流經過燈管時,水銀原子會變得活躍起來。這些原子在恢複到正常能量狀態的過程中,會發射光子。
但是就像人耳聽不到狗的哨聲一樣,人眼也看不到水銀產生的光線(紫外線),因為這種光線的波長太短了。此外,玻璃阻擋了大部分射向它的紫外線。因此,熒光燈管內部覆蓋上了熒光粉。當熒光粉受到光子的撞擊時,它會發冷光,產生低能量的可見光光子。(發冷光是指在低溫下產生光線,不同於熱的白熾光源。)
這種使用隱形輻射能來產生可見光的過程,叫做“熒光性”。
現在,你就知道熒光燈的名字從哪裏來了吧!