江湖傳言，電燈的開關瞬間消耗的電能比N小時穩(wěn)定發(fā)光還要多。作為物理實驗黨門下弟子，我們決定親自動手，檢驗何謂真理。

小時候就聽大人說，“不要總是開燈關燈，開燈關燈最費電了”，那個時候，家里用的還是白熾燈泡。等我們上了中學學了物理，明白了電壓電流電阻等等的時候，也就明白了白熾燈將電流轉化為熱能，雖然說開燈那一瞬間燈絲的溫度低，電阻小，因此耗電多一些，但是這個時間很短，根本就談不上費電。后來，白熾燈開燈關燈費電的話題漸漸的很少有人談起了。

隨著時代的發(fā)展，照明燈也更新換代，日光燈，節(jié)能燈，都比白熾燈的能量效率更高，更省電：要實現同樣的亮度，需要的電能小多了。這種燈管啟動的時候，常常需要一個很高的電壓來預熱，外電路的電壓恒定不變，這種高壓啟動一般是通過燈具內部的電路來實現，比如日光燈管的啟動器。

也許因為要預熱，江湖上流傳著節(jié)能燈(或者日光燈)開關的時候最費電，比如“如果照明本身使用的是節(jié)能燈，那么電燈的開關瞬間消耗的電能比一小時內穩(wěn)定發(fā)光時還要多”[1]，甚至“開關一次節(jié)能燈相當于持續(xù)點10小時的節(jié)能燈”[2]。這種說法廣為流傳，而且“N個小時”中的“N”在各個版本的傳言中都不一樣。為此筆者上網搜索了很久，卻始終沒有發(fā)現任何定量的數字證據證明這個觀點。

初聽起來，剛啟動時需要高電壓所以有可能造成大量能量損耗似乎有些道理。但真的像傳言中那么多么?如果想真的等同于10個小時的耗電量，以20瓦的燈泡來說，啟動的瞬間會耗電高達720千焦，足夠把兩升水燒開了。這么大的熱量在極短的時間內散發(fā)開來，開燈的時候我們居然感覺不到熱浪撲面而來，豈不是太奇怪了?

那么，到底節(jié)能燈開關的瞬間消耗多少電能呢?我們用一個實驗來回答這個問題。

 

 

EDXO-14型節(jié)能燈，額定電壓120伏(60Hz，美電)，額定功率14瓦

我們利用手頭上有的一個節(jié)能燈泡(見上圖)和一些電路原件(電阻、萬用電表和示波器)，搭建了如下所示的電路，上為實物圖，下為電路圖：

 

 

 

 

電路實物圖和等效電路圖

如電路圖所示，一個小電阻(13.6歐姆)和節(jié)能燈泡串聯在一起連接到120伏，60赫茲的交流電源上(美國交流電的電壓和頻率跟中國的不一樣)。通過測量電阻兩端的電壓，我們就可以計算出通過節(jié)能燈泡的電流，從而計算出燈泡的功率。

首先，測量穩(wěn)定工作時節(jié)能燈泡的功率很容易。開關閉合后，節(jié)能燈正常發(fā)光時，只要用普通的萬用電表就可以測量電阻兩端的電壓UR，實測UR為1.4伏。同時我們測得外電路電壓為119.8伏。因此通過燈泡的電流為I=UR/R≈0.103安培。那么這只燈泡在穩(wěn)定工作時的功率就是P=ULI=(119.8-1.4)×0.103≈12.2瓦，稍低于燈泡上標識的“14瓦”(我們推測是因為電壓略低于額定值或者燈泡有些老化)。

但是我們關心的“高壓”啟動問題，在普通萬用電表上卻完全顯示不出來。我們嘗試多次打開閉合開關，萬用電表的讀數上沒有任何異常。這說明開始的高壓啟動時間非常短，遠小于萬用電表的響應時間。我們必須尋找另一種可以看到短時間信號的儀器。這里我們選用的是示波器(如下圖)。

 

 

DSO3202A型示波器上顯示的燈泡穩(wěn)定工作時的波形圖

利用示波器，我們可以將電阻兩端電壓(正比于電路電流)隨著時間變化的波形顯示出來(如下圖)。從穩(wěn)定部分的波形上估算的能耗和用萬用表測量出來的平均值計算的結果基本吻合。

但是，我們并沒有觀察到網上傳言所說的“節(jié)能燈開燈后5分鐘以上才會發(fā)光穩(wěn)定”[2]。我們實際的觀測結果是，一旦接通電源，波形圖在不到一秒鐘的時間內就穩(wěn)定在上圖顯示的正常工作結果上，不會再有什么變化，而不是“幾分鐘”才能穩(wěn)定下來的樣子。

不過，在接通的一瞬間，我們看到了期盼已久的“高壓啟動”——一個極短的脈沖峰出現在示波器的波形圖上。這正代表了節(jié)能燈的“高壓啟動”過程。那么，在這個過程中耗費了多少電能呢?

 

 

節(jié)能燈啟動瞬間的尖峰波形(紅色箭頭所指)

如下圖所示，這個尖峰發(fā)生在1毫秒(0.001秒)之內，隨后波形就正常了。這個瞬時的大電流約有正常工作情況下的5~7倍。以7倍計，我們可以估計出節(jié)能燈泡這個時間內的電能消耗不超過0.1焦耳，只相當于穩(wěn)定工作下不到10毫秒(0.01秒)的耗能。

從這個實驗我們可以看出，傳言的節(jié)能燈開關瞬間大量費電的說法是完全站不住腳的。節(jié)能燈在啟動的時候消耗的電能總量其實很小，并不會有開關一次等于幾個小時持續(xù)發(fā)光的情況。大家不用為了“省電”而不關燈。

當然，過于頻繁的開關電器對電器的壽命肯定會有所影響。從這點來說，避免過于頻繁的開關節(jié)能燈是有一定道理的。

本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/1103962.html

相關閱讀：天降飲料瓶砸穿車窗 物理老師：高空拋物太危險