Question

17．廣義上說，一切節(jié)能行為都有助于減輕霧霾，針對目前城市路燈照明系統(tǒng)存在能耗高問題，某城市提出了一個(gè)較為完善的路燈綜合控制系統(tǒng)，即用LED路燈替換原先的高壓鈉燈，并與交通紅綠燈控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，利用每一路段紅綠燈的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對下一路段燈光強(qiáng)弱的控制．
某路口有一信號燈，紅綠燈交替使用各30秒，該路口下一路段共10盞路燈，原先使用高壓鈉燈，每盞功率均為500W．現(xiàn)在改用LED燈，每盞LED燈分甲，乙兩組，每組功率均為50W，甲，乙燈組在紅綠燈循環(huán)狀態(tài)的工作狀態(tài)如表所示：

紅綠燈工作狀態(tài)	0  1  0  1  0  1  0  1  0  1	注：“1“為綠燈工作，“0“為綠燈不工作
甲組工作狀態(tài)	1  1  0  1  1  1  0  1  1  1	注：“1“為工作，“0“為不工作
乙組工作狀態(tài)	0  1  1  1  0  1  1  1  0  1

這樣既能夠讓每組燈組留有較為充足的散熱時(shí)間，延長LED路燈的使用壽命．
（1）這種路燈綜合控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光效率高、節(jié)能降耗（寫兩點(diǎn)）．
（2）使用LED燈后，這一路端路燈一年可以減少電費(fèi)多少元？按一年360天，每天平均工作12小時(shí)，每度（千瓦時(shí)）電價(jià)格0.5元計(jì)算．

Answer 1

分析 （1）LED燈電壓低，功率小，響應(yīng)時(shí)間短，故可從以上幾點(diǎn)進(jìn)行分析其優(yōu)點(diǎn)．
（2）根據(jù)W=Pt計(jì)算出普通高壓鈉燈消耗的電能；
根據(jù)循環(huán)工作時(shí)間表中綠燈工作的規(guī)律，明確LED燈的工作的時(shí)間：紅綠燈工作，甲乙兩組LED燈工作，紅綠燈不工作，乙兩組LED燈工作，根據(jù)題意計(jì)算出一年工作時(shí)間為360×12h×$\frac{1}{2}$=2160h；
已知兩只燈的額定功率和使用時(shí)間，根據(jù)公式W=Pt可計(jì)算消耗的電能，從而算出電費(fèi)

解答 解：（1）白熾燈是通過鎢絲高溫發(fā)光把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，而LED燈是通過二極管發(fā)光，電能直接轉(zhuǎn)化為光能，從而發(fā)光效率高，節(jié)省電能；LED燈的額定電壓低，人直接接觸不會觸電；LED燈響應(yīng)時(shí)間短，也就是從開始發(fā)光到正常發(fā)光所用的時(shí)間短；LED燈額定功率小，節(jié)約能源．故優(yōu)點(diǎn)可從發(fā)光效率高、節(jié)能降耗，響應(yīng)時(shí)間短、環(huán)保、額定電壓低（安全電壓）以上任意寫出兩點(diǎn)均可．
（2）普通高壓鈉燈消耗的電能：W₁=P₁t₁=10×0.5kW×360×12h=21600kW•h，
循環(huán)工作時(shí)間表中，黃燈的時(shí)間算為紅燈時(shí)間時(shí)，可看作紅燈和綠燈交替工作，綠燈亮30s，黃燈亮5s，紅燈亮25s，共60s，
綠燈亮的時(shí)間占總時(shí)間的：$\frac{30}{30+5+25}$=$\frac{1}{2}$，
紅燈（含黃燈）亮的時(shí)間占總時(shí)間的：$\frac{30}{30+5+25}$=$\frac{1}{2}$，
由表中的代碼表示的意義可知：
綠燈工作時(shí)，甲乙組同時(shí)工作，LED燈工作的時(shí)間：t₂=360×12h×$\frac{1}{2}$=2160h，消耗的電能為W₂=P₂t₂=10×2×0.05kW×2160h=2160kW•h，
綠燈不工作時(shí)，乙組工作，LED燈工作的時(shí)間：t₃=360×12h×$\frac{1}{2}$=2160h，消耗的電能為W₃=P₃t₃=10×0.05kW×2160h=1080kW•h，
一年可以節(jié)約的電能：W=W₁-W₂-W₃=21600kW•h-2160kW•h-1080kW•h=18360kW•h，
節(jié)約電費(fèi)：0.5元/kW•h×18360kW•h=9180元．
答：①發(fā)光效率高、節(jié)能降耗．
②使用LED燈后，這一路段一年可以減少電費(fèi)9180元．

點(diǎn)評 隨著科技創(chuàng)新，傳統(tǒng)的紅綠交通信號燈逐漸被發(fā)光二極管（LED）燈所替代．如果同學(xué)們仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在一些手電筒的燈泡也被LED燈所取代．LED燈是怎樣發(fā)光的？使用LED燈有什么優(yōu)點(diǎn)？等等問題相信很早就縈繞在你的心頭，通過本題會幫助你解開一些謎團(tuán)．