Transcript 能量和能源的使用電力使用（一）

能量和能源的使用
第1章
電力使用（一）
每章扉頁
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1.1
家居用電
1.2
照明
1.3
照明度的量度
電力使用（一）
能量和能源的使用
每章扉頁
電力照明
• 在現代化的都巿中，電能
成為了不可或缺的能源。
• 照明則是其中一種最常見
的電能應用。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
• 不論在建築物內外、廣告
招牌、大街小巷、戶外場
地或運動場上，都可找到
各式各樣的照明設施。
• 燈光璀璨的維港夜景，成
為了香港繁榮與多元化的
象徵。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
1.1
家居用電
• 當電器運作時，電能會被轉換成其他形式的能量。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
• 最終能源效益的定義為輸出的效用能量與輸入的能量之比，即
小測試 (p.7) O
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電力使用（一）
能量和能源的使用
1.2
照明
• 常見的照明器具有三種：
– 白熾燈
– 氣體放電燈
– 發光二極管 (LED)
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電力使用（一）
能量和能源的使用
光的放射
• 當原子由受激態躍遷至能量較低的狀態時，就會放射光子。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
白熾燈
• 白熾燈依靠鎢絲發光。
• 鹵鎢燈是經改良的白熾燈。
小測試 (p.11) O
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電力使用（一）
能量和能源的使用
氣體放電燈
• 一般熒光燈 (FTL) 的外貌為一條長玻璃管。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
當熒光燈運作時，一個電勢
差會加於兩端的電極之間。
電極因受熱而放射電子，電
子與燈管中的水銀原子碰撞。
碰撞中所放出的紫外輻射撞
向燈管內壁的磷光體塗層。
磷光體塗層放出可見光。
帶電聚氯乙烯管和熒光燈
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電力使用（一）
能量和能源的使用
• 熒光燈的鎮流器可穩定兩個電極之間的電流，
而啟動器則產生放電時所需的啟動電壓。
啟動器
電磁鎮流器
電子鎮流器
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電力使用（一）
能量和能源的使用
• 緊湊型熒光燈 (CFL) 的運作原理與熒光燈相若，但是它們的體
積較小，可用於原本為白熾燈而設的照明裝置。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
例題 1.1
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小測試 (p.15) O
電力使用（一）
能量和能源的使用
• 高強度放電燈 (HID) 與熒光燈的運作原理相若，同樣依靠氣體
放電而發光，亦需要鎮流器啟動放電和保持電流穩定。
水銀燈的內部結構
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能量和能源的使用
• 常見的高強度放電燈有三種：
– 水銀燈
– 金屬鹵化物燈
– 高壓鈉燈
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電力使用（一）
能量和能源的使用
發光二極管
• 早期發光二極管所發出的光，其波長局限於一個狹窄的範圍。
• 直至 1990 年代中期，研究人員終於發展出白色發光二極管，
發光二極管才開始被應用於照明上。
發光二極管的應用
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電力使用（一）
紅色、藍色、綠色發光二極管
能量和能源的使用
• 發光二極管中有兩種半導體物料接合在一起，形成接面。
• 在接面兩端施加正向電壓，電子便會「跳」過接面，發出可見
光。
• 發光二極管的能源效益非常高。
發光二極管的運作原理
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電力使用（一）
例題 1.2
能量和能源的使用
眼睛對不同波長光波的反應
• 我們對顏色的感覺，源於眼睛對不同波長光波的反應。
• 我們對光源顏色的感覺取決於兩項因素：
– 光源所發出的光譜
– 人眼對各種波長光波的不同敏感度
三種視錐細胞對不同波長光波的敏感度
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電力使用（一）
小測試 (p.20) O
能量和能源的使用
1.3
照明度的量度
光源的光輸出量和效率
• 光通量為光源在每單位時間所產生的光能。
• 光通量的單位為流明 (lm)。
光通量較高的光源，每單位時間發出較多的光能。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
• 發光效率量度電光源發光的效率：
• 發光效率的單位為流明每瓦特 (lm W –1)。
與光輸出量相近的白熾燈相比，緊湊型熒光燈
的耗電功率較小，發光效率因而較高。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
實驗 1.1
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例題 1.3
電力使用（一）
能量和能源的使用
照明度
• 照明度 E 的定義是每單位
面積所接受的光通量 Φ：
其中 A 為該表面的面積。
• 照明度的單位為 lm m–2 或
lux。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
手提式照度計
小測試 (p.26) O
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電力使用（一）
能量和能源的使用
平方反比定律和朗伯餘弦定律
• 當一個細小的光源均勻地向四周
發光時，光源對於一個表面的照
明度為
• 光源所產生的照明度 E 隨距離 r
的平方減少。
• 這關係稱為平方反比定律。
驗證平方反比定律
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電力使用（一）
例題 1.4
能量和能源的使用
• 注意上述方程只適用於細小的光源（嚴格而言應為點光源），
而且光源必須均勻地向四周發光。
在上述的三個情況中，平方反比定律都不適用。
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電力使用（一）
能量和能源的使用
• 若從點光源發射出來的光以入射角 θ 照射在一個表面上，與沿
法線方向入射的情況相比，照明度會以 cos θ 的因子下降：
此方程稱為朗伯餘弦定律。
利用電筒照亮某平面
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電力使用（一）
能量和能源的使用
• 此外，從上式可得
其中 d 為光源與表面的垂直
距離。
例題 1.5
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電力使用（一）
例題 1.6
小測試 (p.31) O
能量和能源的使用
第 1 章完
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電力使用（一）