燈泡進化之旅：從白熾燈到智慧照明｜星島教室

每天晚上，我們只須輕輕按下開關，房間便被明亮的燈光照亮。但你有沒有想過，這一盞看似普通的燈泡，背後蘊藏了多少科學原理、技術創新和智慧應用？從最初的白熾燈到今天的智慧燈泡，燈光改變了我們的生活。今天我們就來探索燈泡的進化之旅，看看它如何從簡單的光源，進化成現代家居的科技核心！

愛迪生的白熾燈

湯瑪斯．愛迪生

燈泡的故事可以追溯到19世紀，當時湯瑪斯．愛迪生成功發明了白熾燈泡，這是第一種能夠廣泛使用的電燈。白熾燈的原理非常簡單：當電流通過燈絲時，燈絲會因高溫而發光，從而產生亮光。

燈絲材料：愛迪生最初使用碳化竹子作為燈絲，後來改用鎢絲，因為鎢的熔點極高（超過3000°C），能夠持續發光而不容易燒毀。

缺點：白熾燈的光雖然溫暖，但效率低下，只有約10%的電能轉化為光，其餘約90%都變成了熱量，因此非常耗電。

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小實驗：自製簡易燈泡

材料：一支鉛筆芯、一節電池、兩條電線。

方法：將鉛筆芯兩端分別連接到電池的正負極，觀察鉛筆芯是否發光。

原理：鉛筆芯中的石墨會因電流通過而升溫，這與白熾燈的發光原理類似。

節能燈與LED技術

隨着科技進步，白熾燈逐漸被更高效、更環保的光源取代。以下是兩種重要的升級：

1. 節能燈（CFL）

是一種使用汞氣體的燈管，當電流通過燈管時，汞氣體會發出紫外線，紫外線再激發燈管內壁的螢光粉，從而產生可見光。

優點：比白熾燈節能約75%，壽命更長。

缺點：含有少量汞，一旦破裂，可能對環境造成污染。

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2. LED燈（發光二極管）

是燈光技術的一次重大突破，它利用半導體材料，當電子通過半導體時，能量釋放會產生光。

優點：1. 高效節能：比白熾燈節能約90%。2. 壽命超長：可使用數萬小時。3. 環保：不含汞，對環境友好。

應用：LED不僅用於家居照明，還廣泛應用於手機屏幕、交通信號燈和汽車前燈等領域。

燈泡歷史

智慧燈泡

隨着物聯網（IoT）技術的普及，燈泡不再只是單純的光源，而是可以連接到互聯網的智能設備，這就是智慧燈泡（Smart Bulb）。

1. 功能

遠程控制：通過手機App控制燈光的開關、顏色和亮度，即使不在家中也能操作。

場景設定：根據不同需求設置燈光模式，例如學習模式的冷光或睡眠模式的暖光。

語音助手整合：與Amazon Alexa、Google Assistant或Siri等語音助手聯繫，通過語音指令控制燈光。

自動化功能：智慧燈泡可以根據環境光線、自定義時間或動作感應，自動調整亮度。

2. 背後技術

藍牙與Wi-Fi：智慧燈泡內置藍牙或Wi-Fi模塊，讓它能夠與手機或其他智能設備通訊。

RGB LED：智慧燈泡使用RGB LED芯片，能夠混合出數百萬種顏色，滿足不同照明需求。

人工智能（AI）：某些高端智慧燈泡能夠學習用戶的使用習慣，自動調整燈光。

Li-Fi技術及多功能進化

隨着科技不斷進步，燈光技術正在以驚人的速度演變，未來的燈泡將不僅僅用於照明，而是成為我們生活中不可或缺的智能工具。

以下是一些令人期待的創新方向：

1. Li-Fi技術

想像一下，未來的燈泡不僅能照亮房間，還可成為高速互聯的數據樞紐。Li-Fi（光通訊）技術利用燈光波傳輸訊息，其速度比傳統Wi-Fi快數倍甚至數十倍：

高速數據傳輸：下載大型文件僅需幾秒，流媒體播放更流暢。

高安全性：Li-Fi信號無法穿透牆壁，數據被截取的風險大幅降低，特別適合銀行、醫院等需要高保密的環境。

應用場景廣泛：在飛機、醫院等無法使用無線電波的地方，Li-Fi將提供穩定可靠的網絡連接。

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2. 燈光多功能進化

智慧燈泡將不僅是照明設備，而是成為家中的多功能助手，整合更多高科技感應器和功能：

空氣質量檢測：燈泡內置傳感器，可實時監測室內空氣質量，提醒用戶是否需要通風或調節濕度。

溫度與環境感應：燈泡根據室內溫度或光線的變化，自動調整亮度或色溫，營造最佳的居住環境。

隨着燈光技術的智能化、環保化進程加速，未來的燈泡將不僅僅是光源，而是一種改變我們生活方式的高科技工具。而這些創新，正讓我們距離更加智能、可持續的生活一步步靠近。

小思考，大智慧

LED燈為甚麼比白熾燈更節能？試解釋原因。

參考答案

1. 能量轉化效率高：LED燈的能量大部分都被轉化為可見光，而白熾燈的能量大部分（約90%）被浪費為熱能，僅有10%左右的能量用於發光。這使得LED燈在相同功率下提供更高的亮度。
2. 使用壽命長：LED燈的壽命可達25000至50000小時，而白熾燈的壽命則僅約1000小時。更長的使用壽命意味着更少更換，間接節省了能源和資源。

本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。

文：中華基督教會銘賢書院科技教育領域及STEAM統籌主任陳炳耀