江湖傳言，電燈的開(kāi)關(guān)瞬間消耗的電能比N小時(shí)穩(wěn)定發(fā)光還要多。作為物理實(shí)驗(yàn)黨門(mén)下弟子，我們決定親自動(dòng)手，檢驗(yàn)何謂真理。
小時(shí)候就聽(tīng)大人說(shuō)，“不要總是開(kāi)燈關(guān)燈，開(kāi)燈關(guān)燈最費(fèi)電了”，那個(gè)時(shí)候，家里用的還是白熾燈泡。等我們上了中學(xué)學(xué)了物理，明白了電壓電流電阻等等的時(shí)候，也就明白了白熾燈將電流轉(zhuǎn)化為熱能，雖然說(shuō)開(kāi)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(gè)時(shí)間很短，根本就談不上費(fèi)電。后來(lái)，白熾燈開(kāi)燈關(guān)燈費(fèi)電的話題漸漸的很少有人談起了。
隨著時(shí)代的發(fā)展，照明燈也更新?lián)Q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(shí)現(xiàn)同樣的亮度，需要的電能小多了。這種燈管啟動(dòng)的時(shí)候，常常需要一個(gè)很高的電壓來(lái)預(yù)熱，外電路的電壓恒定不變，這種高壓?jiǎn)?dòng)一般是通過(guò)燈具內(nèi)部的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如日光燈管的啟動(dòng)器。
也許因?yàn)橐A(yù)熱，江湖上流傳著節(jié)能燈(或者日光燈)開(kāi)關(guān)的時(shí)候最費(fèi)電，比如“如果照明本身使用的是節(jié)能燈，那么電燈的開(kāi)關(guān)瞬間消耗的電能比一小時(shí)內(nèi)穩(wěn)定發(fā)光時(shí)還要多”[1]，甚至“開(kāi)關(guān)一次節(jié)能燈相當(dāng)于持續(xù)點(diǎn)10小時(shí)的節(jié)能燈”[2]。這種說(shuō)法廣為流傳，而且“N個(gè)小時(shí)”中的“N”在各個(gè)版本的傳言中都不一樣。為此筆者上網(wǎng)搜索了很久，卻始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何定量的數(shù)字證據(jù)證明這個(gè)觀點(diǎn)。
初聽(tīng)起來(lái)，剛啟動(dòng)時(shí)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(gè)小時(shí)的耗電量，以20瓦的燈泡來(lái)說(shuō)，啟動(dòng)的瞬間會(huì)耗電高達(dá)720千焦，足夠把兩升水燒開(kāi)了。這么大的熱量在極短的時(shí)間內(nèi)散發(fā)開(kāi)來(lái)，開(kāi)燈的時(shí)候我們居然感覺(jué)不到熱浪撲面而來(lái)，豈不是太奇怪了?
那么，到底節(jié)能燈開(kāi)關(guān)的瞬間消耗多少電能呢?我們用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)回答這個(gè)問(wèn)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(gè)節(jié)能燈泡(見(jiàn)上圖)和一些電路原件(電阻、萬(wàn)用電表和示波器)，搭建了如下所示的電路，上為實(shí)物圖，下為電路圖：
電路實(shí)物圖和等效電路圖
如電路圖所示，一個(gè)小電阻(13.6歐姆)和節(jié)能燈泡串聯(lián)在一起連接到120伏，60赫茲的交流電源上(美國(guó)交流電的電壓和頻率跟中國(guó)的不一樣)。通過(guò)測(cè)量電阻兩端的電壓，我們就可以計(jì)算出通過(guò)節(jié)能燈泡的電流，從而計(jì)算出燈泡的功率。
首先，測(cè)量穩(wěn)定工作時(shí)節(jié)能燈泡的功率很容易。開(kāi)關(guān)閉合后，節(jié)能燈正常發(fā)光時(shí)，只要用普通的萬(wàn)用電表就可以測(cè)量電阻兩端的電壓UR，實(shí)測(cè)UR為1.4伏。同時(shí)我們測(cè)得外電路電壓為119.8伏。因此通過(guò)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(shí)的功率就是P=ULI=(119.8-1.4)×0.103≈12.2瓦，稍低于燈泡上標(biāo)識(shí)的“14瓦”(我們推測(cè)是因?yàn)殡妷郝缘陀陬~定值或者燈泡有些老化)。
但是我們關(guān)心的“高壓”啟動(dòng)問(wèn)題，在普通萬(wàn)用電表上卻完全顯示不出來(lái)。我們嘗試多次打開(kāi)閉合開(kāi)關(guān)，萬(wàn)用電表的讀數(shù)上沒(méi)有任何異常。這說(shuō)明開(kāi)始的高壓?jiǎn)?dòng)時(shí)間非常短，遠(yuǎn)小于萬(wàn)用電表的響應(yīng)時(shí)間。我們必須尋找另一種可以看到短時(shí)間信號(hào)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(shí)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(shí)間變化的波形顯示出來(lái)(如下圖)。從穩(wěn)定部分的波形上估算的能耗和用萬(wàn)用表測(cè)量出來(lái)的平均值計(jì)算的結(jié)果基本吻合。
但是，我們并沒(méi)有觀察到網(wǎng)上傳言所說(shuō)的“節(jié)能燈開(kāi)燈后5分鐘以上才會(huì)發(fā)光穩(wěn)定”[2]。我們實(shí)際的觀測(cè)結(jié)果是，一旦接通電源，波形圖在不到一秒鐘的時(shí)間內(nèi)就穩(wěn)定在上圖顯示的正常工作結(jié)果上，不會(huì)再有什么變化，而不是“幾分鐘”才能穩(wěn)定下來(lái)的樣子。
不過(guò)，在接通的一瞬間，我們看到了期盼已久的“高壓?jiǎn)?dòng)”——一個(gè)極短的脈沖峰出現(xiàn)在示波器的波形圖上。這正代表了節(jié)能燈的“高壓?jiǎn)?dòng)”過(guò)程。那么，在這個(gè)過(guò)程中耗費(fèi)了多少電能呢?
節(jié)能燈啟動(dòng)瞬間的尖峰波形(紅色箭頭所指)
如下圖所示，這個(gè)尖峰發(fā)生在1毫秒(0.001秒)之內(nèi)，隨后波形就正常了。這個(gè)瞬時(shí)的大電流約有正常工作情況下的5~7倍。以7倍計(jì)，我們可以估計(jì)出節(jié)能燈泡這個(gè)時(shí)間內(nèi)的電能消耗不超過(guò)0.1焦耳，只相當(dāng)于穩(wěn)定工作下不到10毫秒(0.01秒)的耗能。
從這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們可以看出，傳言的節(jié)能燈開(kāi)關(guān)瞬間大量費(fèi)電的說(shuō)法是完全站不住腳的。節(jié)能燈在啟動(dòng)的時(shí)候消耗的電能總量其實(shí)很小，并不會(huì)有開(kāi)關(guān)一次等于幾個(gè)小時(shí)持續(xù)發(fā)光的情況。大家不用為了“省電”而不關(guān)燈。
當(dāng)然，過(guò)于頻繁的開(kāi)關(guān)電器對(duì)電器的壽命肯定會(huì)有所影響。從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，避免過(guò)于頻繁的開(kāi)關(guān)節(jié)能燈是有一定道理的。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/1103962.html
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