Question

小明發(fā)現(xiàn)他家的電源插排上有多個(gè)指示燈，如圖14甲所示。小明將電源插排拆開后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)指示燈實(shí)際上是一個(gè)發(fā)光二極管，每個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)定值電阻串聯(lián)后接在220V的電源上。

他通過查閱資料得知，發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)在發(fā)光二極管上加正向電壓時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光；當(dāng)加反向電壓時(shí)，發(fā)光二極管截止(電阻可視為無窮大)且不發(fā)光。如果將發(fā)光二極管D和電阻只接在如圖14乙所示的正弦交流電路中，只有在交流電壓正半周期時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，在負(fù)半周期時(shí)不導(dǎo)通。并可以證明：若用UD表示發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)其兩端的電壓，當(dāng)所加的交流電壓為U時(shí)，電阻R上的電壓為 實(shí)際上交流電壓值是變化的，其瞬時(shí)可達(dá)到的最大值約為。

查表可知發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)其兩端的電壓約為2V，通過它的電流約為10mA，

計(jì)算時(shí)忽略發(fā)光二極管發(fā)光過程中消耗功率的變化。

(1)為了保證發(fā)光二極管的安全，需要串聯(lián)一個(gè)多大阻值的定值電阻?

(2)此時(shí)發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率為多大?

(3)如果我國有一億個(gè)家庭每天使用帶有一個(gè)發(fā)光二極管指示燈的插排，每天工

作24小時(shí)，那么我國每年(按365天計(jì)算)要損耗多少度電?

(4)根據(jù)此現(xiàn)象警示我們平時(shí)要如何節(jié)約用電?

Answer 1

1．因電阻與二極管串聯(lián)，所以通過二者的電流均為I=10mA

         電阻兩端的最大電壓

         定值電阻的阻值

     2．加在電阻上的電壓UR=0.45U-UD＝97V

       電阻所消耗的功率

發(fā)光二極管消耗的功率PD＝UDI＝2×0.01W=0.02W

發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率：P總=PR+PD＝0.32W

3．消耗電能；W總＝P總t＝108×0.32×10-3×365×24kWh=2.8×108kWh

4．當(dāng)電源插排不用時(shí)，及時(shí)關(guān)閉電源插排上的開關(guān)，或拔掉電源插頭。