电灯及其使用中的物理知识

电灯是我们生活和学习的好帮手。它运用了大量的物理知识，也是“从生活到物理”的好教材之一。学生们，你们注意到了吗？

电灯是如何工作的

电灯是根据电流的热效应原理工作的。当电流通过灯丝时，当灯丝被加热到白炽状态时，会产生非常明亮的光，将电能转化为灯丝的内能和光能，为我们的照明服务。

电灯的灯丝是由什么材料制成的

电灯的灯丝是由高熔点的钨丝制成的。这是因为灯泡发光时的温度高于2000℃，与钨丝相比。

为什么电灯的灯丝必须缠绕成螺旋形

由于灯泡发光时的温度在2000℃以上，灯丝被缠绕成螺旋状以散热并提高灯丝的温度，从而更好地发光。

为什么有些灯泡需要抽空，有些灯泡需要用惰性气体冲洗？

为了防止钨在高温下氧化，低功率灯泡被抽空，而60W以上的灯泡则用惰性气体如氮气和氩气冲洗，这可以防止钨在高温下升华。

如何根据灯丝厚度比较具有相同额定电压但不同额定功率的灯？

灯丝较粗的灯泡额定功率较高，而灯丝较细的灯泡额定功率较低。因为灯泡中的灯丝材料相同，灯丝长度相同，根据电阻的性质，如果导体面积S大，电阻R小；因为额定电压是相同的，那么根据P=U2/R，因为s大，R小，所以额定功率P大。

如何比较电灯的亮度

将电灯的亮度与电灯消耗的实际功率进行比较，实际功率大的灯泡亮。例如，“220伏25W”和“220伏100瓦”两种灯泡，根据R= U2/P，25W灯泡电阻较大，100瓦灯泡电阻较小。如果两个等级串联，根据P= I2R，I是相同的，那么r大，P大，所以25W灯泡更亮。如果两者并联，根据P=U2/R，u相同，则R较大，P较小，此时25W灯较暗。

当灯泡长时间使用时，为什么它的壁会变黑？

使用灯泡时，钨丝在高温下升华成钨蒸气。关灯后，温度下降，细钨颗粒凝结成粉末形式的钨蒸汽附着并凝结在灯泡壁上，这将使灯泡长时间变黑。

灯泡的灯丝断开后，如果连接上了，为什么会显得更亮？一般来说，“连接”灯的使用寿命不长。原因是什么？

灯泡的灯丝断开后，如果连接并重新使用，会变得更亮。因为细丝断裂后，长度变短，细丝的电阻变小。根据P=U2/R，R更小，P更大，所以它看起来更亮。然而，随着消耗的电力变得更大，由于温度升高，很容易再次烧掉灯丝。

为什么同一个灯泡在晚上比使用时更亮？

因为实际的输电线路都有一定的电阻，当晚上达到用电高峰时，接入电路的用电增加，导致主电路的电流增加。因为线路中的电阻是确定的，根据U灯= 220伏-U线，灯泡两端的电压在深夜比晚上高。根据P=U2/R，同样，u大，P大，所以灯泡在晚上比在晚上亮。

为什么灯泡的灯丝在开灯时容易烧坏？

这是因为灯丝的电阻与温度有关，并且会随着温度的升高而增加。当灯打开时，灯丝温度较低，电阻较小。根据I=U/R，如果U是常数，R是小的，I是大的，所以很容易烧坏。

在半夜，如果灯泡两端的电压是220伏，应该串联什么电阻才能使“PZ200-40”灯泡正常发光？

为了使“PZ200-40”灯泡正常发光，两端的电压必须达到220伏，串联电阻r两端的电压应为ur = 230v伏-220伏= 10伏。当灯泡正常发光时，两端的电流为I=P/U=40W/220V=2/11A，因此串联电阻R上的电流IR = I = 2/11A，R = UR/IR = 10V/(2/11A)= 55ω。

如果晚上灯泡两端的电压是210伏，灯泡实际消耗的功率是多少？

“PZ200-40”灯泡的电阻为R = U2/P =(220伏)2/40瓦= 1210ω。

在现实生活中，由于灯泡两端的电压为210伏，因此流经灯泡的电流实际上为210伏/1210ω= 21/11A，使用过程中消耗的实际功率为26.4。(计算表明实际功率小于额定功率，即晚上用的灯泡峰值功耗看起来很暗)。

当使用灯泡时，同样的电流流过灯泡和电线。灯泡和电线都需要产生热量，但实际上灯泡热得足以发光，而电线却无法探测到热量。这是为什么？

这是因为灯丝的电阻比电线的电阻大得多。根据焦耳定律Q=I2Rt，当I和T都相同时，电阻R小，则Q小，因此通过电线的电流产生的热量小，这就是为什么灯泡热得足以发光，而电线产生的热量是察觉不到的。

在我们的生活中，熟悉的电灯充分利用了电学的物理知识，如电流、电压、电阻、电功率、电功率、热等。可见，物理知识离我们并不远，它就在我们的生活中，就在我们身边。