電球はかなり前から存在していますが、電球が電気力学と熱力学の複雑な原理に基づいて機能していることはご存知ないかもしれません.
電気照明の時代以前は、明るく長持ちする照明を呼び出すのは大変な作業でした。利用できる唯一の選択肢はろうそくとオイルランプでしたが、これらは仕事を効率的に行うことができませんでした.
1800 年代に Thomas Alva Edison によって考案され、特許を取得した白熱電球は、何世代にもわたって私たちの世界を照らし続けてきました。
1979 年に撮影されたトーマス アルバ エジソンの電球研究室、デトロイトの写真 (写真提供者 :flickr)
白熱電球は大ヒットしたため、元の技術は劇的な変化を遂げていません。私たちの存在のそのようなごくわずかな (しかし重要な!) 部分が、物理学の重要な側面に基づいていることに注目するのは興味深いことです.
この記事では、白熱電球に関する一般的な質問への回答を紹介します。
電球ではどのように光が生成されますか?
白熱電球は、主に電球とフィラメントの 2 つの部分で構成されています。
バルブは一般的にガラス製で、内部は真空です。真空は電球の寿命を延ばすのに役立ちます。電球の中に空気の粒子があると、すぐに熱くなりガラスが割れやすくなります。
電球内のフィラメントは、実際の光が生成される場所です。これは、タングステンなどの電気の良導体である長くコイル状の材料でできています。バルブの内部には、アルゴンなどの不活性ガスが充填されている場合もあります。不活性ガスは、タングステン フィラメントの消耗を遅らせるのに役立ちます。
白熱電球の部品 (写真提供:Designua/Shutterstock)
フィラメントは、電源に接続された金属接点に取り付けられているため、電気が流れます。
電流がフィラメントを通って流れると、原子が攪拌され、流れる電流からエネルギーを吸収するとすぐに、原子内の電子がより高いエネルギーレベルに励起されます。電子がこの励起状態にとどまる時間は非常に短く、電子が元のエネルギー レベルに戻ると、余分なエネルギーが光子 (光エネルギーの小さなパケット) の形で放出されます。
このようにして、電球が光ります!
電球が熱くなるのはなぜですか?
ここで考慮すべき重要な点の 1 つは、電球のフィラメントが自ら燃焼して光を生成することです。これは、フィラメントを流れる電流が、光子の放出を開始するレベルまでフィラメントを加熱することを意味します。フィラメントの材料内の原子の攪拌と振動により、熱エネルギーが生成されます。
電球を流れる電流のほとんどは、原子を攪拌するために使用されます。これにより熱エネルギーが発生しますが、この電気エネルギーのごく一部のみが光に変換されます。
また、電球の内部は完全に真空密閉されておらず、空気の粒子がガラスに熱エネルギーを伝導します。バルブ内の不活性ガスも熱エネルギーをガラスに伝えます。したがって、長時間光っている電球に触れると熱くなります。
白熱電球のフィラメントは最終的に消耗し、生成される膨大な量の熱エネルギーのために電球も壊れることがあります (写真提供:pixabay)
このため、最終的にフィラメントが切れてしまうため、白熱電球は長持ちしません。
したがって、白熱電球は、電気エネルギーを光エネルギーに変換するのに特に効率的ではなく、熱の形でエネルギーを浪費していると言えます。
挨拶 より輝かしい競争相手に!
より良い選択肢を求め続ける人類の絶え間ない渇望により、白熱電球には現在、ハロゲン電球、蛍光灯、LED (発光ダイオード) 電球などのより優れた競争相手がいます。
これらのさまざまな種類の電球は、熱エネルギーとしてのエネルギーの浪費が少なく、電気エネルギーの大部分が光エネルギーに変換されるさまざまなメカニズムで機能します。経済的で、長持ちし、エネルギー効率に優れています。
白熱電球、ハロゲン電球、蛍光灯からLED（発光ダイオード）電球への電球の進化。 (写真提供:Colorcocktail/Shutterstock)
ハロゲン電球は白熱電球の高度なバージョンであり、タングステン フィラメントが電球形の石英カプセル内に封入されており、不活性ガスと少量のハロゲン (ヨウ素や臭素など) の混合物が充填されています。 「ハロゲンサイクル」はタングステン粒子をフィラメントに再堆積させ、それらを再利用できるようにし、電球の寿命を効果的に延ばします.
蛍光灯は、電球に流れる電流を使用して水銀蒸気にエネルギーを与える蛍光の原理を使用しています。このエネルギーを与えられた水銀蒸気は、電球の内壁にある蛍光体コーティングに紫外線を放出し、光エネルギーを放出させます。白熱電球の約 4 倍の効率と 10 倍の長寿命です。
LED 電球は、順バイアス時に光エネルギーを放出します。それらは、半導体材料で構成されたLEDでできています。市場で最もエネルギー効率の高いオプションです。
LED 電球のメカニズムについて詳しく知りたい場合は、「なぜ LED ライトはエネルギー効率が高いのか?」という記事をご覧ください。
エネルギー効率の高い未来に向けて
エネルギー資源の枯渇に伴い、世界はエネルギー資源を節約し、より持続可能な解決策に移行するために最善を尽くしています。選択できる最良の人工照明オプションは、他のすべての従来の照明方法よりも多くの利点があるため、LED 照明です。 LED 電球は熱エネルギーをほとんど放出せず、最大 25,000 時間持続し、さまざまな色が用意されています。
LED ライトは最もエネルギー効率の高い照明オプションです
家庭用および商業用照明の未来は、常に新しい技術を探し求めている人類の優秀な発明者のおかげで、非常に明るいものです!
