電光源復(fù)習(xí)題

《電光源原理》課程練習(xí)習(xí)題一、選擇題（占12分）1．白熾燈和鹵鎢燈均為熱光源，均運用紅外輻射能量來提高光效，但采用的反射膜不同，是由于（A）。A.白熾燈工作溫度較低，而鹵鎢燈工作溫度較高；B.白熾燈工作溫度較高，而鹵鎢燈工作溫度較低；C.采用介質(zhì)－金屬－介質(zhì)反射膜可達成規(guī)定；D.采用多層介質(zhì)干涉反射膜可達成規(guī)定。2．低壓鈉燈和低壓汞燈均含有典型的低氣壓蒸氣放電特性，但在工作的共振譜線上，波長和條數(shù)均不同，體現(xiàn)在（B）。A.Na是發(fā)黃光、雙線，Hg是發(fā)藍光、單線；B.Na是發(fā)黃光、雙線，Hg是發(fā)紫光、單線；C.Na是發(fā)紅光、雙線，Hg是發(fā)紫光、單線；D.Na是發(fā)黃光、單線，Hg是發(fā)藍綠光、雙線。3．下面的燈中，什么燈的光效最高？（D）A.高壓汞燈B.高壓鈉燈C.超高壓汞燈D.金鹵燈4．什么光源含有光效高，且在壽命期間色溫穩(wěn)定性能最佳，即光通維持性能非常優(yōu)秀？（D）A.鈉燈B.汞燈C.金鹵燈D.陶瓷金鹵燈5．帶電粒子與氣體發(fā)生碰撞的有效碰撞截面物理意義是（A）。A.碰撞幾率；B.碰撞能量；C.碰撞邊界；D.碰撞時損失的能量。6．輝光放電和弧光放電中，正柱區(qū)的發(fā)光較明亮且最均勻，電場強度是常數(shù)，但相對前者，后者（B）。A.更大；B.更?。籆.不一定；D.相等。7．普通的霓虹燈的放電是處在（）放電階段，用于照明的氣體放電燈大多數(shù)是屬于（）放電。選（A）A.輝光、弧光；B.弧光、輝光；C.輝光、輝光；D.弧光、弧光。8．什么光源含有高亮度、輕量化、體積小，并且能夠成為真正的點光源？（D）。A.Hid光源；B.白熾燈；C.陶瓷金鹵燈；D.UHP光源。9．在多數(shù)的氣體放電光源中，放電重要在弧光區(qū)域，含有（）的伏安特性，因此工作時（）。選（D）A.正，不必鎮(zhèn)流器；B.正，需要鎮(zhèn)流器；C.負，不必鎮(zhèn)流器；D.負，需要鎮(zhèn)流器。10．在設(shè)計氣體放電光源的構(gòu)造和尺寸時，經(jīng)常以獲?。˙）為第一原則條件而考慮。A.最佳的光色；B.最高的光效；C.最長的壽命；D.最大的光通。11．在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物這些鹵鎢循環(huán)劑中，（）既能夠起到消氣作用又能夠減輕冷端腐蝕的循環(huán)劑？（C）能夠克制甚至消除燈絲的熱點問題？選（）A.CH3Br、PBr3；B.氟化物、PBr3；C.PBr3、氟化物；D.CH3Br、氟化物。12．下面的燈中，什么燈的光效最低？（B）A.熒光高壓汞燈B.自鎮(zhèn)流高壓汞燈C.超高壓汞燈D.低壓汞燈13．哪種光源能夠充入汞以提高電弧管工作時的軸心溫度而提高光效？（A）A.高壓鈉燈B.低壓鈉燈C.金鹵燈D.陶瓷金鹵燈14．輝光放電和弧光放電中，正柱區(qū)的發(fā)光較明亮且最均勻，是由于該區(qū)域的電場強度大小是（C）。A.均勻變化；B.線性變化；C.常數(shù)；D.很大。二、名詞解釋。（占18分）1．帶電粒子在氣體中的雙極性擴散運動。由于帶電粒子在氣體中不是均勻分布，由濃度大處向濃度小處運動的帶電粒子數(shù)比反方向運動的帶電粒子數(shù)目大些，形成擴散。同時有兩種符號的帶電粒子的擴散過程稱為雙極性擴散.2.光源的色溫。當光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相似時，黑體的這個溫度就稱為該光源的顏色溫度Tc,簡稱色溫(CT),用絕對溫標表達.3.輻射體的分布溫度。輻射體的相對光譜能量分布與黑體在某一溫度輻射的相對光譜能量分布相似時，則黑體此時的溫度稱為輻射體的分布溫度4.氣體放電中的潘寧效應(yīng)。原子A的亞穩(wěn)態(tài)電位(Vm)高于原子B的電離電位(Vi)，受激原子A與基態(tài)原子B作用后，使基態(tài)原子B電離，而原子A能級減少甚至返回基態(tài)，這種現(xiàn)象稱為潘寧效應(yīng)。方程：A5.弧光放電的陰極光斑。由于弧光放電時陰極的電子發(fā)射很有效，因此只要很小的發(fā)射面積就能產(chǎn)生很大的電流。發(fā)射電子的部分一定是溫度最高、電場最強或功函數(shù)最低的地方。放電時，在陰極發(fā)射電子的部位會形成一種極亮的輝點，這種現(xiàn)象稱為陰極光斑6．陰極電子的正離子轟擊發(fā)射。是一種重要的電子發(fā)射形式。正離子在陰極前面被這一區(qū)域的空間電場加速，然后飛落在陰極上。當正離子的總能量——動能和電離能之和不不大于功函數(shù)的兩倍時，有一種電子可能從陰極逸出，另一種電子被正離子吸取。7.鹵鎢燈的鹵鎢循環(huán)。在適宜的溫度下，從燈絲蒸發(fā)出來的鎢在泡壁區(qū)域與鹵素化合成揮發(fā)性的鹵鎢化合物，當鹵鎢化合物擴散到較熱的燈絲周邊區(qū)域時，又分解成鹵素和鎢，釋放出來的鎢部分回到燈絲上，而鹵素繼續(xù)擴散到溫度較低的區(qū)域與鎢化合，這一過程稱為鹵鎢燈的鹵鎢循環(huán)。18．帶電粒子在氣體中的遷移運動。在電場作用下，有一種沿電場方向的定向運動疊加到帶電粒子的不規(guī)則的熱運動上，這個方向的運動叫做帶電粒子的遷移運動9.光源的顯色性。顯色性是指光源的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果.如果各色物體受照的效果和原則光源照射時同樣,則認為該光源的顯色性好,反之,如果物體在受照后顏色失真,則該光源的顯色性就差.11.金屬鈉燈中的鈉耗空效應(yīng)。鈉原子重要在管軸心處被激發(fā)和電離，由于雙極性擴散，鈉離子和電子向管壁擴散，在管壁上形成中性鈉原子，在電流密度較高時，鈉離子的徑向抽運效應(yīng)比中性鈉原子從管壁向軸心的擴散速率要高，因此隨著電流的增加，軸心處的鈉原子濃度逐步減小，當達成某一電流值時，鈉原子將耗盡，這種現(xiàn)象稱為鈉耗空效應(yīng)（氬去除效應(yīng)）：鈉燈中也要充入一定量的啟動氣體氖氣和氬氣，在放電時，氖原子被激發(fā)，激發(fā)的氖原子和氬原子碰撞，使氬原子電離。當燈管中的氬離子擴散到管壁時，會被抗鈉玻璃吸附，造成氬氣成分減少，產(chǎn)生氬去除效應(yīng)。12.輝光放電中的陰極濺射。陰極濺射是輝光放電陰極上的一種特有的過程.輝光放電時，陰極受到正離子等的激烈轟擊，使金屬粒子從陰極表面飛濺出來，沉積到陰極附近的零件和管壁上，這種現(xiàn)象稱為陰極濺射13．高壓弧光放電中的電弧繩化。在高氣壓弧光放電時，如果電流較大，會發(fā)生電弧等離子體收縮的現(xiàn)象，即電弧繩化現(xiàn)象。因素是由于靠近燈管軸處的氣體溫度較高，自由程較大，電子能量較大，因此電離幾率較大，且消電離較小。14．金鹵燈的金鹵循環(huán).在管壁的工作溫度下,金屬鹵化物大量蒸發(fā),并擴散到管中心,在電弧的高溫下,金屬鹵化物分子分解成金屬原子和鹵素原子,金屬原子參加放電,鹵素原子又擴散到管壁上與金屬原子化合.重復(fù)上述過程,形成循環(huán).三、簡答題。（占45分）1.如何提高熒光燈的光效？在白熾燈、鹵鎢燈、金鹵燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈、低壓汞燈、高壓汞燈、白色LED、LED中哪些燈往往使用了熒光粉？1、做成緊湊型和高功率型熒光燈；2、在燈管的內(nèi)表面和熒光粉層之間涂一層保護膜，減少光衰；3、充入惰性氣體；4、控制燈內(nèi)的汞蒸氣。(提高水銀熒光燈的光效:升高汞的蒸氣壓;用適宜的熒光粉將253.7nm和365.0nm等紫外線轉(zhuǎn)變成所需要的可見光.)使用熒光粉有：低壓汞燈、高壓汞燈、白色LED2.為什么高壓汞燈熄滅后不能立刻啟動？由于燈熄滅后，內(nèi)部還保持著較高的汞蒸氣壓，此時電子的自由程很短，在原來的電壓下，電子不能積累足夠的能量來電離氣體。如果這時要燈再啟動，就需要幾千伏電壓。但當放電管冷卻至約400℃下列時，所需的啟動電壓就快速下降。約200℃時，燈在電源電壓下就可再啟動。冷卻所需的時間普通為3-6min。3.簡述氣體放電中的巴刑定律內(nèi)容。如果兩平板電極之間的距離為d，壓強為p，則在氣體成分和電極材料一定、氣體溫度不變和冷電極的條件下，著火電壓Vz是乘積pd的函數(shù)；并且變化pd時,Vz有一最低值，這就是巴刑定律。4.低壓汞燈為什么要充入惰性氣體？尚有哪些燈（已經(jīng)學(xué)過的）需要這樣作的？（1）充入惰性氣體，使電子的平均自由程大為縮短,增加了電子和汞原子碰撞并使之激發(fā)電離的機會,減少了電子與管壁碰撞造成的損失,有助于提高光效.（2）潘寧效應(yīng)有助于汞燈的啟動。充惰氣的燈尚有:白熾燈、鹵鎢燈、金鹵燈、高壓汞燈、超高壓汞燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈5.在白熾燈、鹵鎢燈、金鹵燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈、低壓汞燈、高壓汞燈、白色LED、LED中哪些燈往往使用了汞?有的高壓鈉燈為什么需要充入某些汞？使用汞的：金鹵燈、高壓鈉燈、低壓汞燈、高壓汞燈高壓鈉燈添加汞的因素：（1）高壓鈉燈的顏色和光效是由鈉蒸氣壓和電場強度所決定的。在燈內(nèi)添加汞，減小了電子遷移率，使燈的電場強度提高，從而提高光效。（2）充入汞后，能夠減少熱導(dǎo)率，即減少電弧的熱損耗；還能夠減少電子和離子擴散造成的損失，這樣電弧的溫度能夠提高，使輻射的功率增加。6.如何提高高壓汞燈的光色？提高工作氣壓，選擇適宜的熒光粉7.LED是一種什么樣的光源？簡述LED的發(fā)光原理或者發(fā)光本質(zhì)。LED屬于半導(dǎo)體PN結(jié)注入式電致發(fā)光光源，在半導(dǎo)體PN結(jié)加正向偏壓時產(chǎn)生的電子、空穴注入式復(fù)合發(fā)光。LED發(fā)光原理：在N區(qū)導(dǎo)帶底附近淺施主能級電離，向?qū)峁┐罅侩娮?，在P區(qū)，淺受主能級電離，向?qū)峁┐罅靠昭?。在PN結(jié)加正向電壓時，PN結(jié)勢壘減少，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，注入的電子和空穴在PN結(jié)附近發(fā)生復(fù)合，并將多出的能量以光的形式釋放出來，從而PN結(jié)發(fā)光。8.金屬鹵化物燈的金鹵循環(huán)是如何進行的？真正工作的是什么物質(zhì)？在管壁的工作溫度下，金屬鹵化物大量蒸發(fā)，因濃度梯度而向高溫的電弧中心擴散，在電弧中心的高溫區(qū)域，金屬鹵化物分解為金屬和鹵素原子，金屬原子參加放電并產(chǎn)生輻射，由于電弧中心金屬原子和鹵素原子的濃度較高，因此它們又向著管壁擴散，在管壁低溫區(qū)又重新合成金屬鹵化物，就這樣循環(huán)下去。真正的工作物質(zhì)是金屬。9.比較鎢的分布溫度和真實溫度，并闡明因素。分布溫度Td>真實溫度T。由于鎢在可見光的光譜發(fā)射率ε（λ，T）不不大于紅外區(qū)，并且隨著可見光的藍色部分推移。ε（λ，T）又是持續(xù)減少的，使鎢比其工作溫度高的黑體有相似的可見光譜的能量分布和顏色。故Td>T。10.為什么高壓汞燈從啟動到正常工作需要一段時間？即簡樸闡明高壓汞燈的工作過程和原理。在燈點燃的初始階段，是低氣壓的汞蒸氣和氬氣放電。這時燈管電壓很低，放電電流很大。低壓放電時產(chǎn)生的熱量，使管壁溫度升高，汞逐步汽化，汞蒸氣壓、燈管電壓逐步升高，電弧開始收縮，放電逐步向高氣壓放電過渡。當汞全部蒸發(fā)后，管壓開始穩(wěn)定，成為穩(wěn)定的高壓汞蒸氣放電。因此，高壓汞燈從啟動到正常工作需要一段時間，普通為4~10min。11.簡述氣體放電中的湯生放電理論。在氣體放電的著火點，電流忽然快速增加，而管壓降幾乎無變化的現(xiàn)象稱為湯生放電現(xiàn)象。它滿足公式______________,γ為一種正粒子轟擊陰極所能激發(fā)出的電子數(shù)目，d為陰陽極之間的距離，α為單位路程中發(fā)生碰撞的平均次數(shù)。它闡明了陰極激發(fā)出的一種電子，通過多個經(jīng)歷，最后只在陰極換取一種電子。自持放電就能自我維持。13.簡述汞在金鹵燈中的作用。（1）緩沖循環(huán)過程中產(chǎn)生的能量損失，提高光效；（2）減少電子遷移率，提高電場強度和管壓，改善燈的電特性；（3）能夠有助于燈的啟動，由于啟動時汞蒸氣壓小,將多出的鹵素原子化合成鹵化汞。15.簡述白色LED的發(fā)光原理或者發(fā)光本質(zhì)。（1）混色方式。通過在一種顯示單元上集合紅、綠、藍光的三種LED燈并通過各自調(diào)節(jié)其強度等參數(shù)來發(fā)出白光。（2）參雜熒光粉方式。在單色LED上覆蓋熒光粉，通過發(fā)光激發(fā)熒光粉從而發(fā)出可見光譜段的白光。無論是PCLED或者MCLED都是通過將半導(dǎo)體發(fā)光材料或者熒光粉材料發(fā)射的相對窄的譜線疊加來得到白光.16.在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物這些鹵鎢循環(huán)劑中，誰是既能夠起到消氣作用又能夠減輕冷端腐蝕的循環(huán)劑？誰能夠克制甚至消除燈絲的熱點問題？簡樸闡明用HBr作循環(huán)劑時的溴鎢循環(huán)過程。PBr3起到消氣作用且減輕冷端腐蝕；氟化物能夠克制或消除燈絲熱點問題；溴鎢循環(huán)：在燈絲高溫處，HBr分解成H2和Br，H2從泡殼部分滲入出去。分解的Br與燈絲蒸發(fā)出來的鎢在低溫區(qū)化合成揮發(fā)性的溴化鎢化合物，該化合物擴散到燈絲的高溫處分解成溴和鎢，鎢部分回到燈絲上，溴擴散到泡壁低溫區(qū)與鎢進行化合，重復(fù)前面的過程，形成循環(huán)。四、計算闡明題。（占25分）1.已知白熾燈中，在所充氣體中鎢原子的擴散系數(shù)：平均壽命1000小時，穩(wěn)定氣體層直徑燈絲有效直徑長燈絲溫度求燈絲在整個壽命期由于濃度擴散引發(fā)的重量損失。解：2770k時鎢的蒸汽壓：lgP鎢的濃度：n每秒由燈絲蒸發(fā)的鎢原子數(shù)N整個壽命蒸發(fā)的鎢原子數(shù)：6.78×重量損失：M2.運用方程形式闡明潘寧效應(yīng)在高壓鈉燈的電弧管中充入氖-氬混合氣體可減少著火電壓。在高壓鈉燈的電弧管中充入氖-氬混合氣體，燈的著火重要靠氬的電離，采用氖-氬混合