灯泡进化之旅：从白炽灯到智慧照明｜星岛教室

每天晚上，我们只须轻轻按下开关，房间便被明亮的灯光照亮。但你有没有想过，这一盏看似普通的灯泡，背后蕴藏了多少科学原理、技术创新和智慧应用？从最初的白炽灯到今天的智慧灯泡，灯光改变了我们的生活。今天我们就来探索灯泡的进化之旅，看看它如何从简单的光源，进化成现代家居的科技核心！

爱迪生的白炽灯

汤玛斯．爱迪生

灯泡的故事可以追溯到19世纪，当时汤玛斯．爱迪生成功发明了白炽灯泡，这是第一种能够广泛使用的电灯。白炽灯的原理非常简单：当电流通过灯丝时，灯丝会因高温而发光，从而产生亮光。

灯丝材料：爱迪生最初使用碳化竹子作为灯丝，后来改用钨丝，因为钨的熔点极高（超过3000°C），能够持续发光而不容易烧毁。

缺点：白炽灯的光虽然温暖，但效率低下，只有约10%的电能转化为光，其馀约90%都变成了热量，因此非常耗电。

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小实验：自制简易灯泡

材料：一支铅笔芯、一节电池、两条电线。

方法：将铅笔芯两端分别连接到电池的正负极，观察铅笔芯是否发光。

原理：铅笔芯中的石墨会因电流通过而升温，这与白炽灯的发光原理类似。

节能灯与LED技术

随着科技进步，白炽灯逐渐被更高效、更环保的光源取代。以下是两种重要的升级：

1. 节能灯（CFL）

是一种使用汞气体的灯管，当电流通过灯管时，汞气体会发出紫外线，紫外线再激发灯管内壁的萤光粉，从而产生可见光。

优点：比白炽灯节能约75%，寿命更长。

缺点：含有少量汞，一旦破裂，可能对环境造成污染。

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2. LED灯（发光二极管）

是灯光技术的一次重大突破，它利用半导体材料，当电子通过半导体时，能量释放会产生光。

优点：1. 高效节能：比白炽灯节能约90%。2. 寿命超长：可使用数万小时。3. 环保：不含汞，对环境友好。

应用：LED不仅用于家居照明，还广泛应用于手机屏幕、交通信号灯和汽车前灯等领域。

灯泡历史

智慧灯泡

随着物联网（IoT）技术的普及，灯泡不再只是单纯的光源，而是可以连接到互联网的智能设备，这就是智慧灯泡（Smart Bulb）。

1. 功能

远程控制：通过手机App控制灯光的开关、颜色和亮度，即使不在家中也能操作。

场景设定：根据不同需求设置灯光模式，例如学习模式的冷光或睡眠模式的暖光。

语音助手整合：与Amazon Alexa、Google Assistant或Siri等语音助手联系，通过语音指令控制灯光。

自动化功能：智慧灯泡可以根据环境光线、自定义时间或动作感应，自动调整亮度。

2. 背后技术

蓝牙与Wi-Fi：智慧灯泡内置蓝牙或Wi-Fi模块，让它能够与手机或其他智能设备通讯。

RGB LED：智慧灯泡使用RGB LED芯片，能够混合出数百万种颜色，满足不同照明需求。

人工智能（AI）：某些高端智慧灯泡能够学习用户的使用习惯，自动调整灯光。

Li-Fi技术及多功能进化

随着科技不断进步，灯光技术正在以惊人的速度演变，未来的灯泡将不仅仅用于照明，而是成为我们生活中不可或缺的智能工具。

以下是一些令人期待的创新方向：

1. Li-Fi技术

想像一下，未来的灯泡不仅能照亮房间，还可成为高速互联的数据枢纽。Li-Fi（光通讯）技术利用灯光波传输讯息，其速度比传统Wi-Fi快数倍甚至数十倍：

高速数据传输：下载大型文件仅需几秒，流媒体播放更流畅。

高安全性：Li-Fi信号无法穿透墙壁，数据被截取的风险大幅降低，特别适合银行、医院等需要高保密的环境。

应用场景广泛：在飞机、医院等无法使用无线电波的地方，Li-Fi将提供稳定可靠的网络连接。

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2. 灯光多功能进化

智慧灯泡将不仅是照明设备，而是成为家中的多功能助手，整合更多高科技感应器和功能：

空气质量检测：灯泡内置传感器，可实时监测室内空气质量，提醒用户是否需要通风或调节湿度。

温度与环境感应：灯泡根据室内温度或光线的变化，自动调整亮度或色温，营造最佳的居住环境。

随着灯光技术的智能化、环保化进程加速，未来的灯泡将不仅仅是光源，而是一种改变我们生活方式的高科技工具。而这些创新，正让我们距离更加智能、可持续的生活一步步靠近。

小思考，大智慧

LED灯为甚么比白炽灯更节能？试解释原因。

参考答案

1. 能量转化效率高：LED灯的能量大部分都被转化为可见光，而白炽灯的能量大部分（约90%）被浪费为热能，仅有10%左右的能量用于发光。这使得LED灯在相同功率下提供更高的亮度。
2. 使用寿命长：LED灯的寿命可达25000至50000小时，而白炽灯的寿命则仅约1000小时。更长的使用寿命意味着更少更换，间接节省了能源和资源。

本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。

文：中华基督教会铭贤书院科技教育领域及STEAM统筹主任陈炳耀