Light Bulb 灯泡报告人：电子科技大学 周荣朴概述2一、题目分析 What is the ratio between the thermal energy and light energy emitted from a small electric bulb depending on the voltage applied to a bulb? 在不同的电压下，一个小白炽灯发出热能和光能 的比率是多少？3 光：电磁波中的可见部分1热能：定义为除了光能以外的能量灯泡中的能量转化：电能光能+热能 着重研究光能与总的电能的关系一、题目分析4一、题目分析光度学中，总光通量与总功 率的比值，即发光效率2：光通量(流明) 辐射通量与视见函数的乘积1 lm=1.464 mW换算即可得到能量效率(%)视见函数5二、实验(1)：光强 实验设备灯泡(Philips lustre 25W/40W/60W E27 230V P45 FR) 多功能万用表(CEM DT-61) 测量单位光照度( ) 单位面积的光通量( )光度传感器实验用光度计实验用灯泡视见函数6光能的计算 理想方法 总光通量 实验方法 测得灯泡前一点的照度R 近似的有实验测量灯泡正前方20cm处的照度 二、实验(1)：光强7电压表变压器电流表灯泡多功能 万用表二、实验(1)：光强8灯泡2灯泡3灯泡1照度(lux)与电压(V)的关系：电压（V）照度（lux）二、实验(1)：光强灯泡1 额定功率25W 灯泡2 额定功率40W 灯泡3 额定功率60W9发光效率(%)与电压(V)的关系：灯泡2灯泡3灯泡1电压（V）效率（%）二、实验(1)：光强灯泡1 额定功率25W 灯泡2 额定功率40W 灯泡3 额定功率60W10二、实验(1)：光强发光效率(%)与实际功率(W)的关系:灯泡2灯泡3灯泡1灯泡1 额定功率25W 灯泡2 额定功率40W 灯泡3 额定功率60W效率（%）功率(W)11三、实验(2)：光谱CCD(SONY ICX285AL)光源透镜1透镜2透镜3CCD小孔光栅光谱测量实验 光路示意图12光谱实验装置灯泡透镜1光阑透镜2光栅透镜3CCD灯丝像直接观察光谱13三、实验(2):光谱60V100V160V230V用黑白CCD采集到的光谱分布图像：14四、理论分析 黑体辐射理论 电压变化引起温度变化 温度改变黑体辐射的光谱 光谱影响光能的大小15四、理论分析 普朗克黑体辐射克定律：可以证明： 黑体在6600K时发光效率最高 灯丝的温度： 2000K 3300K CCD拍摄的频谱范围： 500nm700nm 仅这段光谱被记录16灯丝在不同电压下的光谱红线为氦氖激光(632.8nm)230VI(a.u. )210V190V170V实验数据 （不同电压下的频谱）理论计算结果 （不同温度下的频谱）3300K3100K2900K2700K2300K2100K2500K (nm) (nm)u()(kj/nm)150V130V 110V17总结 灯泡电压增大使灯丝温度升高 温度升高使电磁辐射变强，同时可见光的比例也 增大，故亮度增大，而且比总功率增大得更快， 故效率更高。 灯丝的温度远达不到黑体发光最大效率的温度（ 6600K，高于太阳表面温度），即使在灯丝熔点 ，发光效率也不超过7.61%1。 在额定功率下，白炽灯发光效率仅有约2%1 Incandescent Lamps, Publication Number TP-110, General Electric Company, Nela Park, Cleveland, OH (1964) pg. 318写在最后 为提高效率，节约能源，请使用节能灯19参考文献1光学 赵凯华 北京大学出版社2en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb en.wikipedia.org/wiki/Blackbody20谢谢！附录1不同位置测得的照度额定60W灯泡，230V电压下测量