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白炽灯、节能灯与 LED 灯
白炽灯是根据电流的热效应制成的发光元件。将白炽灯接入电路中,当灯丝温度升高到 $700\ K$ 时,电流流过灯丝的热效应即可使白炽灯发出连续的可见光和红外线。白炽灯的灯体比较热,普通灯泡、碘钨灯都是白炽灯。白炽灯工作时将大量的电能转化为内能,放出热量,只有极少一部分可以转化为有用的光能。
节能灯,又称为电子灯、紧凑型荧光灯及一体式荧光灯,是指将荧光灯与镇流器组合成一个整体的照明设备。节能灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热,温度大约到 $1160\ K$ 时,灯丝就开始发射电子(灯丝上涂有电子粉),电子碰撞氩原子后使氩原子获得能量,氩原子又撞击汞原子,汞原子在吸收能量后跃迁产生电离,发出紫外线,紫外线激发荧光粉发光。荧光灯工作时灯丝的温度大约在 $1160\ K$,比白炽灯工作的温度 $2200～2700\ K$ 低很多,所以它的寿命也大大提高,可到 $8000\ h$ 以上。节能灯不存在白炽灯那样的电流热效应。
LED 灯又叫发光二极管。图 $17 - 24(a)$ 是 LED 手电筒,图 $17 - 24(b)$ 是 LED 吸顶灯,它们的主要部件是高亮度白色发光二极管。这种发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成,具有光效高、耗电少,寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点,是继白炽灯和节能荧光灯后新兴的电光源,是极具发展前途的新光源。它是一种固态的半导体器件,可以直接把电能转化为光能,实物图和电路符号分别如图 $17 - 24(c)$ 和 ($d$) 所示。LED 的“心脏”是一个半导体晶片,晶片的一端附在一个支架上,支架的一端是负极,另一端连接电源的正极,整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是 $P$ 型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一部分是 $N$ 型半导体,它里面主要是电子。这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个 $PN$ 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向 $P$ 区,在 $P$ 区里电子与空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是 LED 灯发光的原理。一颗 LED 发出的光比较少,所以需要使用多颗 LED 同时工作。LED 灯消耗能量较同光效的白炽灯少 $80\%$ 左右,较节能灯少 $40\%$ 左右,因而其发光效率较高,是新一代固体冷光源。LED 灯具从室外装饰、工程照明,逐渐发展到家用照明,将逐步取代传统光源。

1. LED 灯主要由(选填“导体”“半导体”或“超导体”)材料制成；它之所以节能,是因为 LED 灯的发光效率比白炽灯(选填“高”或“低”)。
2. 将标有“$220\ V 15\ W$”的 LED 灯和“$220\ V 15\ W$”的白炽灯分别接入家庭电路中,发现 LED 灯的亮度远高于白炽灯的亮度,下列说法中正确的是()。
A. 通过 LED 灯的电流大于通过白炽灯的电流
B. LED 灯的实际功率大于白炽灯的实际功率
C. 相同时间内 LED 灯消耗的电能等于白炽灯消耗的电能
3. 某个家庭原来全部用白炽灯来照明,平均每月照明用电 $50\ kW\cdoth$,现全部改用 LED 灯,相同情况下可节能约 $70\%$。已知每“消耗 $1\ kW\cdoth$ 电”相当于排放 $1.1\ kg$ 的二氧化碳,则改用 LED 灯后,这个家庭平均每月能减排二氧化碳约$kg$。
4. (多选题)由于许多显示屏需滚动显示内容,LED 工作的个数也在不停地发生变化。如图 $17 - 25$ 所示,整个显示屏工作过程中发生了变化的物理量是()。
A. 电源电压
B. 插头处的电流
C. 整个显示屏的功率
D. 相同时间内的耗电量

1. 半导体 高 2. C 3. 38.5 4. B、C、D