【聚看点】车灯:没有我,车子再好也白“瞎”

来源:科普中国

如果要评选现代人类社会最重要的交通工具,汽车一定会毫无悬念登上榜首。作为人们出行不可或缺的忠实伴侣,汽车的重要性不言而喻。


(资料图)

它极大地拓宽了人们的活动半径,提高了生活和工作效率,使人们用更短的时间换取更大的空间成为可能,“朝发兮葱岭,夕至兮明光”也不再是遥不可及。也正因如此,汽车的发展与整个人类的进步息息相关,汽车的发展史也是人类的科技进步史。

图片来源:veer图库

自从1885年德国人卡尔·本茨(奔驰车即以他的名字命名)发明汽车以来,汽车车灯也作为汽车上一种辅助工具随之诞生。作为汽车的眼睛,车灯一直是保障汽车正常安全工作下去的重要“器官”。

世界上第一辆汽车奔驰1号 图片来源:作者拍摄

设计出让人耳目一新,别出心裁的汽车车灯,也成为了汽车工程师们所不断追求的点睛之笔。有的车灯流光溢彩,“暗送秋波”;有的车灯铿锵有力,宛如战斧,各具特色的车灯甚至成了一些豪车的一大卖点,并且逐渐成为自己的名片。

一些有特色的车灯,图片来源:作者自制

从最初的手提煤油灯开始,汽车车灯的发展大致经历了四个阶段,分别是第一代白炽灯,第二代卤素灯,第三代高压气体放电灯,以及现如今最新的第四代LED(发光二极管)灯。

Part.1

古老的白炽灯

发明大王爱迪生在1879年发明的白炽灯,注定会成为替代最初手提煤油灯的汽车车灯的首选,尤其在一些老爷车上普遍使用。白炽灯即便在现在的照明市场中也占有一席之地,它是通过电流流过钨丝使其发热并达到白炽态,温度可达3000℃,高温钨丝通过向外辐射光子进行照明。

然而,钨丝在高温工作时会不断挥发出钨原子并最终冷却在玻璃管内壁上,使得白炽灯的寿命很短,并且为了避免钨丝的快速损耗而不得不降低其工作温度,进而也就限制了其发光亮度。由于较低的色温,白炽灯发光偏黄。值得庆幸的是,白炽灯作为车灯的局限性很快被卤素灯所弥补。

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Part.2

进阶版之卤素灯

卤素灯始于 20 世纪 70 年代,它其实就是上述白炽灯的升级版,通过在白炽灯中加入卤族元素(碘或者溴等),能使得白炽灯的亮度提高1.5倍,同时使用寿命提高 3-4 倍。其工作原理为:当灯丝在高温下产生的钨原子被蒸发后向玻璃管壁方向移动,当接近玻璃管壁时,钨蒸气被冷却到大约800℃并和卤素原子结合在一起,形成卤化钨(碘化钨或溴化钨)。卤化钨折回向玻璃管中央继续移动,又重新回到被氧化的灯丝上。

由于卤化钨是一种很不稳定的化合物,其遇热后又会重新分解成卤素蒸气和钨,这样钨又在灯丝上沉积下来,弥补被蒸发掉的部分。通过这种再生循环过程,灯丝的累计使用寿命可以达到400-500小时,换算下来大概可以在一辆车上工作4-6年。

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同时,由于灯丝可以在更高温度下进行工作,从而也可以获得更高的亮度,更高的色温和更高的发光效率。由于还是在白炽灯的基础上进行升级,所以在发光颜色上,卤素灯光线与白炽灯接近,均为偏黄的琥铂色,在雨雾环境下具有更好的穿透效果。由于卤素灯的价位便宜,因此直到如今,也是大多数家用轿车的选择。

Part.3

听起来就很酷炫的高压气体放电灯

高压气体放电灯是指将高压气体代替钨丝封装在石英玻璃管中,用高压电流激活高压气体产生弧光放电。常见的高压气体放电灯有汞灯、钠灯以及氙气灯等,一般应用在汽车车灯上的是氙气灯。20 世纪 90 年代,车灯制造商海拉将技术成熟的氙气车灯推向了市场。由于不需要通过高温加热钨丝,所以氙气灯能提供比卤素灯更稳定的照明输出,且氙气灯的光照强度比卤素灯高三倍,耗能却仅为其三分之二,仅为35 W左右。

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不仅如此,氙气灯的光色与日光近乎相同,为耀眼的亮白色,能为驾驶者创造出更佳的视觉感受。氙气灯的这些优势和特点大大改善了驾驶的安全性和舒适性。更重要的是,氙气灯的理论寿命可以达到3000小时,相比于卤素灯又得到明显提高。基于上述优势,氙气灯的使用量与日俱增,尤其成为中高端汽车的普遍使用灯型。

Part.4

强大的LED灯

LED灯是通过发光二极管作为光源,电流通过半导体之后,电子空穴进行复合发光。由于成本原因,只有在较高端的车型上才有配备。相比于上述所有灯型,LED具有最低的能耗和最长的使用寿命,普遍寿命可达到50000小时。

LED的发光颜色与氙灯大致相同,均为日光一样的亮白色。然而与氙灯的开启需要3-4秒的延时不同的是,LED可以实现瞬间点亮,所以当 LED应用到转向信号灯与高位制动灯时,能够满足车辆行驶过程中应急反应需求,并且光源可以加工成任何形状,具有造型空间大、科技感强等优点。

LED大灯虽然是三种汽车大灯中综合性能最好的一种,价格也是最贵的,所以除了在一些高端车型上作为大灯使用之外,主要还是作为一些日间行车灯使用。

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具体为自己的爱车选用何种汽车大灯,还是要根据自身的用车情况来决定。如平时开车都是在市区,普通的卤素大灯完全够用,并且由于其偏黄的发光颜色,使其在雨雾环境中具有更好的穿透性和辨识度。如是经常跑郊外或者是路灯状况不太好的路况,氙气灯由于其具有更高的亮度以及相对亲民的价格,可以弥补光纤和路况的不足。

不同车灯发光对比 图片来源:作者制作

对于追求行车体验以及条件允许的车主来说,LED灯会是一个不错的选择。不过汽车大灯也不是越亮越好,因为在夜间会车时会影响对方司机的视线,从而带来安全隐患。

参考文献:

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[3]杨正波. 汽车的"前世""今生"与"未来"[J]. 中学生数理化:配合人教社教材, 2015(Z1).

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[5]成波. 浅谈汽车照明现状及发展趋势[J]. 时代汽车, 2017(01X):2.

出品:科普中国

作者:X-Y团队

监制:中国科学院计算机网络信息中心

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关键词: 气体放电灯 汽车大灯 高压气体

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