人类照明方式进化简史（下）-综合-云知光

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编辑手记：

在上篇文章《人类照明方式进化简史（上）》中，我们给大家梳理了“电气时代”之前人类的照明方式，总结来说那时的照明方式主要是对“火光源”的多种利用。而“电气时代”与之最大的不同就是“电光源”的发明，人类的照明方式又由此发生了什么样的改变呢？一起来看看~

经过漫长的发展，人们发明了将电转化为光的技术，从而催生了电灯，开启了电气照明的新时代。

白炽灯

“灯烛”——这个听起来像是蜡烛的灯实际上是人们用来照明的第一支电光源。1808 年，英国科学家戴维在用炭棒做电流热效应实验时，两根炭棒无意碰撞间闪出一道极强的白光，炭棒烧损极快，耀眼的弧光仿佛昙花一现，这就是弧光灯的雏形。

▲英国人汉弗里·戴维爵士发明的碳弧灯是第一盏电灯，手绘 by LEGO

后来经过几十年的发展，人们反复试验后出现了一种两根炭棒并排竖立的电弧灯，由于竖立的炭棒燃烧起来很像蜡烛，被人们形象地称为“电烛”，发出美丽的淡紫色或淡红色的光，每支可持续发光两个小时左右。

在19 世纪70 年代的后几年里，这种电烛曾风行一时，几千支电烛代替了几万盏煤油灯亮在巴黎的大街上，让巴黎成为了名副其实的不夜城。但因耗电极大、寿命太短，电烛也如昙花一现般早早地退出了历史的舞台。

在20 世纪到21 世纪期间，白炽灯一直充当着照亮黑夜的主力军，默默在人们家中发出温暖昏黄的光线。跟电烛一样，白炽灯刚诞生的时候寿命也非常短，经过一代代人不断地改良，才制成我们熟悉的寿命长、发光稳定的白炽灯。

从19 世纪40 年代末，英国电技工程师斯旺(J.Swan) 即开始进行电灯的研究，经过近30 年的努力，最终找到了适于做灯丝的碳丝。但由于灯泡中的空气会使得灯丝很快烧断，所以这种灯的寿命仅有一两个小时，不具有实用价值。直到1878 年真空泵出现后，斯旺的白炽灯泡才成功制成。

▲斯旺早期研制的白炽灯，图源：搜狐

为了延长白炽灯的寿命，爱迪生也作出了巨大的努力。我们从小就听过爱迪生光做灯丝材料的实验就失败了一千多次的故事，据说有人劝他：“都失败了一千多次了，算了吧”，但他说：“不，我没有失败，我已经发现了1000 多种材料不能用作灯丝。”终于，在1879 年10 月21 日的傍晚，碳化纤维白炽灯出世了，它发出的光线明亮而稳定，足足亮了45 个小时。

▲几款爱迪生灯泡

同时，爱迪生开始建厂进行批量生产，并建立相应的发电站和输电网，促进了白炽灯的商品化。此后，爱迪生仍不断实验，寻找更稳定成本更低的灯丝。

虽然白炽灯自发明以来发展迅速，但它同煤油灯、煤气灯等各种灯的竞争直到20世纪初，钨丝引进白炽灯以后才取得了决定性的胜利。现代的钨丝白炽灯由美国发明家库利奇在1908 年试制成功。可以说钨丝的应用有力促进了电照明工业的发展，并且一直被沿用至今。

▲图源：网络

此后，白炽灯的改进事业中并没有停步，一大批发明家们投身其中，他们往灯泡里冲入氮气、氪气、氙气，对灯丝的成分、结构进行了革新，大大提高了灯泡的发光效率，延长了灯泡的使用寿命。

白炽灯具有显色性好、光谱连续、使用方便等众多优点，但也有一个致命的缺点——发光效率低，大部分电能会转换成热能，因此耗电高。即使今天的白炽灯比过去已经有了进步，但是因为物理上的限制，它发光的效率依然很难突破15% 的界限。

而近年来随着" 绿色照明" 理念深入人心，高效照明产品市场占有率逐年提高，淘汰低效照明产品已逐渐成为社会共识，白炽灯首当其冲。2011 年，我国发布了中国淘汰白炽灯路线图，一代“光源霸主”白炽灯就这样逐渐被拍死在了沙滩上。

▲我国逐步淘汰白炽灯路线图，图源：新浪

节能灯

白炽灯被淘汰，留下的市场空间为节能灯带来了巨大的发展潜力。伴随着白炽灯的淘汰，荧光灯日渐崛起。在人们日益重视环境污染、能源紧缺问题时应运而生的节能灯一开始就肩负着低碳环保、节能减排的重大使命。

▲节能灯，图源：jhbgd.com

节能灯又叫紧凑型荧光灯，相比白炽灯，它的发光效率高出了5 倍，节电60%-80%，使用寿命多4 倍至6 倍。2007 年左右，国际上开始倡导淘汰白炽灯、使用节能灯，许多国家积极响应。

我国作为白炽灯、节能灯的生产和出口大国，也积极参与了这项淘汰白炽灯行动，2008 年开始在全国范围内大力推广节能灯。作为" 中国绿色照明工程" 的重要环节，节能灯的推广使用的确可为节能减排做出很大的贡献。据测算，我国照明用电占全社会总用电量的13% 左右，如果把全国在用白炽灯全部替换为节能灯，每年可节电480 亿千瓦时，节能潜力巨大。

▲节能灯，图源：创想图库

虽然推广节能灯可以有效节电，减少二氧化碳排放，但其含重金属汞，如果随意丢弃，会对环境和人体造成危害。即使通过减少汞含量、用固态汞代替液态汞等办法生产，节能灯依旧受到了人们的质疑。

在2017 年年底，一篇将节能灯泡描述为诱发多种癌症的超级癌源的文章被人们广泛流传，当时有专家出来澄清说，节能灯里虽然含有汞，有极少紫外线辐射，但在普通人可接受范围内，不必恐慌。但他也建议人们买正规的节能灯；使用时距离节能灯最好在20 厘米以上；避免直接接触破损的节能灯。如果不小心打破节能灯，切忌用手直接接触碎片，可戴上橡胶手套捡拾，用塑料袋密封后丢弃，并保持室内通风15 分钟以上；同时最好通过正规渠道集中处置废旧灯具。

但据相关专家透露，我国对废旧节能灯的回收体系还处于空白，现在国内的节能灯厂家仅有几家设有回收处理装置。可以说目前社会上几乎没有专门机构来回收节能灯。

▲随意丢弃的节能灯，图源：cnbeta

据照明行业人士透露，受制造工艺的限制，目前节能灯产品多少总会含有一点汞。尽管一只普通节能灯含汞只有0.5 毫克，但是它污染环境的威力却大得惊人，可能会污染到1000 升水。全国节能灯的用量在14 亿只左右，如果这些节能灯最后都被作为普通垃圾处理，就会成为可怕的生态杀手。

如今，“用起来很节能、收回去没渠道”已成节能灯突出的问题之一。而且随着能耗更低、功能更强的 LED 的发展，节能灯的淘汰已是大势所趋。

LED 灯

2014 年的诺贝尔物理学奖颁给了发明蓝光 LED 的三名科学家，以奖励他们对改变世界做出的贡献。蓝光 LED 技术被誉为是继爱迪生发明电灯之后，人类照明历史上最值得夸耀的技术之一。

▲获奖的3位科学家，图源：中国光学期刊网

从1907 年 LED 效应发现到1993 中村修二正式发明 LED，再到1999 年 1W 的 LED 灯正式商业化使用，LED 经历了将近一百年时间的发展。LED 的发展过程一方面是寻求电光源，寻求照明技术的突破，掀起“照明革命”，而另一方面，作为节能灯的接替者，LED 灯也肩负着未竞的节能环保事业。

LED 灯的出现，一举解决了白炽灯的高耗能和荧光灯的污染问题。它不仅能极大地降低照明所需要的电力，而且不含铅、汞等污染元素，回收方便，对环境污染极小。同时，LED 还具有发热低、光效高、显色好、光损低等诸多优点。

不过说到 LED 最大的革新，还属光效的变换和智能控制的实现。在 LED 灯之前，我们的照明基本还停留在照亮的阶段，而 LED 的出现给我们带来了不同光色变化多彩的组合、丰富多彩的动态变化和各种图像效果。