惰性气体

充气灯泡，既可以避免钨丝氧化，又能够阻止它的蒸发，好处是很明显的。

不过与真空灯泡相比，充气也带来了新的问题，即对流的气体会把更多的热量传递给玻壳，并通过玻壳散失到周围的空间，结果是增加了热的损失，降低了发光效率。

这又是一个矛盾。

要看什么是矛盾的主要方面：如果钨丝的蒸发是主要的，热损失不是很多，那么通过充气抑制钨丝蒸发，很好地提高发光效率，充气就是有利的；反过来，如果矛盾的主要方面是热损失，蒸发问题不大，那么充气后发光效

率提高不多，热损失却增加不少，充气就弊多利少。

一般来说，功率比较小的白炽灯，灯丝细长，热损失很大，充气虽然可以减少钨丝的蒸发和提高它的工作温度，但是这部分发光效率提高的“收入” 弥补不了充气后热损失增加的“支出”。对于这样的灯泡，充气就不一定有利。

在我国，25 瓦以上的白炽灯泡都充气。充气灯泡里充多少气合适，是有规律的。

充气越多，玻壳里的气体密度越大，压力越高，抑制钨丝蒸发的效果就越明显。但充气太多会增加热的损失，玻壳必就必须做得十分结实以防爆裂。

一般灯泡的充气压力，都在一个大气压左右。除了讲究充气的数量，还要考虑充什么气。

氮气以及惰性气体氦、氖、氩、氙、氪等等，都可以用来充进灯泡里。从道理上讲，充气的目的既然是用来抑制钨丝蒸发，那当然应该选择那

些身材比较“魁梧”，体重比较重，也即分子量比较大的气体。

比方说，氦是最轻的惰性气体，用来充填白炽灯泡就不太适宜。氮比氦要重，氖、氩又重于氮。同样的灯丝，同样的温度，在氮气中的蒸发率只有在真空中蒸发率的 2％～5％。充填氩气的效果将更好，钨的蒸发率可降低到只有真空中蒸发率的 1.3％～3％。第一只充氩灯泡是 1920 年问世的。

氩是空气中含量最多的惰性气体，也是大气成分中仅次于氮、氧的第三号“人物”，每 100 升空气中就含有 934 毫升氩，加上它不易传热，所以常

同氮气一起被用作灯泡充气。在一般的充气灯泡里，都充 90％的氩气和 10

％的氮气，或者 86％的氩气和 14％的氮气。

为什么不充氪、氙等一类分子量更大的惰性气体呢？用它们充气不是可以获得更好的效果吗？

确实如此。氪、氙一类的惰性气体不仅分子量大，传热本领也差。把它们充进玻壳里，既对钨丝蒸发有更强的抑制作用，造成的热损失也小得多。这样的充气灯泡，工作温度可以提得更高，灯更明亮，发光效率比充氩、氮的灯泡高约 30％，而灯泡的寿命并不缩短。

问题是，氪、氙之类气体是大气中含量最少的稀有气体，只有氩的含量的万分之一和十万分之一，所以制取困难，身价高昂，十分难得，只有在特殊需要的情况下，比如在制做某些矿灯的时候才使用。

为了提高白炽灯的发光效率，延长灯的使用寿命，人们还在灯丝的成分和结构上下功夫。

钨丝虽然能耐高温，但在高温下会变得很脆。发明家们于是请铼来帮忙，因为铼不仅熔点高，耐腐蚀，而且机械性能好，电阻率也比钨高得多。钨丝镀上铼以后，强度和电阻大大增加，寿命可以延长 5 倍。

要使通电后的灯丝获得足够高的发光温度，细细的灯丝必须做得很长，可是长长的灯丝灯泡里又放不下，于是发明家们把它做成螺旋形。大家知道湿衣服晾开要比团在一起容易干得多，也就是水汽的蒸发要快得多。同样的道理，人们把灯丝做成螺旋形，一方面可以缩小所占空间，提高发光效率，另一方面又能降低钨的蒸发，延长使用期限，真是一举两得。

1936 年，人们还做成了双螺旋灯丝，这样效果就更好，充气白炽灯的工作温度提高到 2500℃以上，摄影用的白炽灯甚至达到了 3000℃。

通过充进惰性气体和改进灯丝结构，白炽灯的蒸发速度进一步降低，发

光效率进一步提高，它也变得更加成熟了。