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mirror - 如何思考系列(六),就差一点儿。

已有 3659 次阅读 2010-4-8 02:08 |个人分类:镜子大全|系统分类:教学心得|关键词:学者| 松鼠会, 电能, 节能灯, 电功率, 相位差

如何思考系列(六),就差一点儿。 (2532 bytes)
Posted by: mirror
Date: April 06, 2010 06:29PM

看上去就差“一点儿”,但是这“一点儿”实际上是差了很多。评说“节能灯开关瞬间消耗多少电能?” 

“节能灯开关瞬间消耗多少电能?”是松鼠会的实验党针对江湖上节能灯(或者日光灯)开关的时候最费电传说的一个实验([www.sciencenet.cn]),松鼠们的行动能力很值得赞赏。 

人们对“永久”很关心,对“瞬时”的理解就有些困难了。因此解说“瞬间消耗多少电能”这个问题与其说是“实验第一”不如说是“思辨第一”。思辨跟不上,作实验也是瞎忙活。人们在说电的时候有两个事情常常混淆:电功率和电能。两者的关系是电能=电功率对时间的积分。这里的“电”实际上有些多余,从抽象的概念上看,就是个功率和功(能)的问题。一般机械开关的速度是毫秒的量级,电灯的掌灯时间是千秒的量级。两者之间相差一百万倍。也就是说开关瞬间的功率如果是常态功率的一百万倍的话,点20分钟的用电与一次开关耗电是相等的。问题是这个世界上有多少相差一百万倍事情呢?可以想象的大约也就是超导了。“瞬间”的长短也是个技术开发的前沿。毫秒(ms)基本上是小儿科,如今是飞秒、阿秒(fs=1e-15s、as=1e-18s)的量级了。由于时间很短,一点点能量的变化也能有巨大的功率,比如说TW=1e13W、PW=1e15W都是可能的。 

交流点的特点是电流和电压有变化,而且两者之间有 相位差。这个相位又是一个令人费解的地方。由于这个相位差的存在,电流x电压并不直接等于功率。因此就有个“毛功率”的概念,单位是VA,就是负荷直接的电压电流读数。实际功率的W要做一个电流矢量和电压矢量的内积。其实这些事情老百姓往往搞不清楚,也有过许多杯具(有时间另说)。 

有个说法叫做“宜粗不宜细”,此话词儿糙可理儿不糙。松鼠们的文章就是“太细”了。做错了的事情再论细节就没有意义了。
引用:
松鼠:
开关闭合后,节能灯正常发光时,只要用普通的万用电表就可以测量电阻两端的电压UR,实测UR为1.4伏。同时我们测得外电路电压为119.8伏。因此通过灯泡的电流为I=UR/R≈0.103安培。那么这只灯泡在稳定工作时的功率就是P=ULI=(119.8-1.4)×0.103≈12.2瓦,稍低于灯泡上标识的“14瓦”(我们推测是因为电压略低于额定值或者灯泡有些老化)。

要知道,如今的厂家在电的计量方面是很规范的。与其怀疑灯泡的功率,不如怀疑自己的测量上的问题。这个实验至少有两个错误。第一,那只电阻的功率是1/8W,而实际加在上面的负载是0.14W,超负荷了。事情虽小,但是必须要知道、理解超负荷的隐患。第二,既然是测了“电流”的波形,也应该同时直接测测灯泡两端的电压才好。一般电压与电流之间都有个相差角,可以用那个示波器测出来。电灯的(平均)功率是要用自己的电压(波形)与电流(电阻测量的波形代用)乘积对时间的积分得出。 

现代社会生活中很多事情都连在一起,整体效益与部分效益的调和不是一拍脑袋可以想像出来的。因此开关灯的问题还需要考虑到灯具、开关寿命的问题。讨论其实是个思考的最好方式,而国人教育中最薄弱的环节就是讨论问题。

就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。

http://www.starlakeporch.net/bbs/read.php?1,63176


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2 朱志敏 吕喆

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