[WhyEveryday]节能灯真的省电么?

感谢 牙龈 同学的投稿

现在市场上的灯泡种类繁多,价格从几块到几十块不等,其中节能灯泡占据了大壁江山。而这些比普通灯泡价格高出几倍甚至几十倍的灯泡真的能省电么?它的技术工艺要比普通灯泡复杂很多么?下面是我找到的一些资料。

节能灯,又称为省电灯泡、电子灯泡、紧凑型荧光灯及一体式荧光灯,是指将荧光灯与镇流器(安定器)组合成一个整体的照明设备。

优点: 1. 节能灯的光效比白炽灯高得多,同样照明条件下,前者所消耗的电能要少得多,所以称为节能灯。但是与荧光灯(尤其是T5灯管)相比,还是比较浪费能源。 2. 标准规格、已经内建镇流器、更换方便。

缺点: 1. 有别于白炽灯,节能灯在使用时,会产生些微的电磁波与微波。每一瓦特的节能灯产生的电磁波强度约为4.67毫高斯,与微波约3.3μW/cm²。2. 含汞、可能有紫外线泄漏;而且许多中国工人因为制造节能灯而汞中毒。3. 光衰,用久了光度会低于新品。4. 节能灯的单价高于白炽灯,必须在经常使用的情况才会省钱。 5. 大多数无法调光,不适用于可调光亮度的灯具。6. 不适用需要经常开关的场所,在这些场所以LED或CCFL照明(CCFL节能灯)较佳。7. 演色性较低:白炽灯及卤素灯演色性为100,表现完美;节能灯演色性大多在80至90之间,节能灯演色性最高只有超过90;若要更高演色性,则可选购最完美的T8荧光灯管,演色性达到98至99。而低演色的光源不但看东西颜色不漂亮、也对健康及视力有害。

白炽灯的发光原理是:电流通过接触线流到钨丝,发出大量的热,直到发光(钨丝的发光温度超过2200℃)。在白炽灯所消耗的电能中,只有大约10%是用来发出可见光的,其余90%左右的电能都被转换为热量散发掉了。但是节能灯的能效大约是白炽灯的4倍,也就是说,一盏26瓦的节能灯,亮度可以和一盏100瓦的白炽灯相媲美,而所消耗的电能仅是白炽灯的1/4。而且,节能灯的使用寿命还是白炽灯的10倍呢。所以,选择使用节能灯成为人们追求绿色生活、向气候变化宣战的一个标志。把家用和商用白炽灯换成节能灯后,每年可以减少排放不少温室气体呢。

节能灯的发光原理是:通过镇流器给灯管灯丝加热,大约在1160K温度时,灯丝就开始发射电子(因为在灯丝上涂了一些电子粉),电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞,氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子,汞原子在吸收能量后跃迁产生电离,发出253.7nm 的紫外线,紫外线激发荧光粉发光,由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右,比白炽灯工作的温度2200K-2700K低很多,所以它的寿命也大提高,达到5000小时以上,由于它不存在白炽灯那样的电流热效应,荧光粉的能量转换效率也很高,达到每瓦50流明以上。

在网上寻找资料的时候我还看到了这样一种说法“实际上所谓的节能灯,指的就是三基色的荧光灯。”但是通过更深入的资料查阅,我发现三基色的荧光灯和节能灯并非同一概念。

先解释一下什么是三基色节能灯:全称三基色节能型荧光灯,是一种预热式阴极气体放电灯,分直管形、单U型、双U型、2D形和H形等几种。以H形节能荧光灯为例,它由两根顶部相通的玻璃管(管内壁涂有稀土三基色荧光粉)、三螺旋状灯丝(阴极)和灯头组成。其工作原理与普通荧光灯相似,即可配用电感型镇流器(要配有启辉器),也可配用电子镇流器(不配用启辉器)。

三基色节能灯和普通节能灯的区别:

物质发光现象大致分为两类:一类是物质受热,产生热辐射而发光,另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)在反回到基态的过程中,以光的形式放出能量。以稀土化合物为基质和以稀土元素为激活剂的发光材料多属于后一类,即稀土荧光粉。稀土元素原子具有丰富的电子能级,因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道,为多种能级跃迁创造了条件,从而获得多种发光性能。   

三基色荧光粉(由红、绿、蓝三种稀土的荧光粉按一定比例混合而成)制成的节能灯,由于光效高于白炽灯二倍以上,光色也好,受到世界各国的重视。典型的热阴极荧光灯是在玻璃管内壁涂有荧光粉,在紫外线激发下发出可见光。   

当灯通电时,封装在灯两端的钨丝电极之间放电。主要是通过荧光粉将短波辐射转变成可见光而发光。稀土三基色荧光灯,它含有钇、铕和铽稀土荧光粉,能发出更亮的光,比标准荧光灯更接近太阳光谱。同时这种光可以节省50%的能耗,三基色荧光粉是将三种发射窄带红(611nm)、绿(545nm)和兰(450nm)色光谱的三种荧光粉混合而成。   

稀土荧光粉主要应用于办公室、商店和工厂中的高性能荧光灯。80年代中期以来,随着含铽较少的较便宜的荧光粉开发成功,这种节能灯的应用迅速增长。90年代中期,国际上推出了TMT2直管型荧光灯,管径仅7mm,功率为6W~13W,光效为621m/W。T5直管型荧光灯管径为16mm,功率14W~35W,28W荧光灯光效可达104m/W,寿命大于16000h。我国新开发的大功率强光型55W~120W适用于室外照明的稀土紧凑型节能荧光灯管,光效801m/W以上。   

三基色节能型荧光灯的优点是:体积小、光色柔各、显色性好、造形别致;发光效率比普通高3节能灯30%左右,比白炽灯高5-7倍,即一支7瓦的三基色荧光灯发出的光通量,与一只普通40瓦白炽灯发出的光通量相同。

参观中国馆的时候我记得节能减排主题区还介绍了LED节能灯,好像是目前节能的最佳首选。

LED即半导体发光二极管,LED节能灯是用高亮度白色发光二极管发光源,光效高、耗电少,寿命长、易控制、免维护、安全环保;是新一代固体冷光源,光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗,绿色环保,适用家庭,商场,银行,医院,宾馆,饭店他各种公共场所长时间照明。无闪直流电,对眼睛起到很好的保护作用,是台灯,手电的最佳选择。

 LED节能灯的特点

1、节能. 白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10,节能灯的1/4.   

2、长寿. 寿命可达10万小时以上,对普通家庭照明可谓\”一劳永逸\”.   

3、可以工作在高速状态.节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很快的坏掉.

4、固态封装,属于冷光源类型。所以它很方便运输和安装,不怕振动。   

5、LED技术正日新月异的在进步,它的发光效率正在取得惊人的突破,价格也在不断的降低。一个LED进入家庭的时代正在迅速到来。   

6、环保,没有汞的有害物质。LED灯泡的组装部件可以非常容易的拆装,不用厂家回收都可以通过其它人回收。   

7、配光技术使LED点光源扩展为面光源,增大发光面,消除眩光,升华视觉效果,消除视觉疲劳;   

8、透镜与灯罩一体化设计。透镜同时具备聚光与防护作用,避免了光的重复浪费,让产品更加简洁美观;   

9、大功率LED平面集群封装,及散热器与灯座一体化设计。充分保障了LED散热要求及使用寿命,从根本上满足了LED灯具结构及造型的任意设计,极具LED灯具的鲜明特色;   

10、节能显著。采用超高亮大功率LED光源,配合高效率电源,比传统白炽灯节电80%以上,相同功率下亮度是白炽灯的10倍;   

11、 超长寿命50,000小时以上,是传统钨丝灯的50倍以上。LED采用高可靠的先进封装工艺—共晶焊,充分保障LED的超长寿命;   

12、无频闪。纯直流工作,消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳;   

13、绿色环保。不含铅、汞等污染元素,对环境没有任何污染;   

14、耐冲击,抗雷力强,无紫外线(UV)和红外线(IR)辐射。无灯丝及玻璃外壳,没有传统灯管碎裂问题,对人体无伤害、无辐射。   

15、低热电压下工作,安全可靠。表面温度≤60℃(环境温度Ta=25℃时);

16、宽电压范围,全球通用。85V~ 264VAC全电压范围恒流,保证寿命及亮度不受电压波动影响;   

17、采用PWM恒流技术,效率高,热量低,恒流精度高;   

18、降低线路损耗,对电网无污染。功率因数≥0.9,谐波失真≤20%,EMI符合全球指标,降低了供电线路的电能损耗和避免了对电网的高频干扰污染;   

19、通用标准灯头,可直接替换现有卤素灯、白炽灯、荧光灯;   

20、发光效率可高达801m/w,多种色温可选,显色指数高,显色性好;

资料中说“LED光源是21世纪光源市场的希望,众多优点预告其未来将逐步取代传统光源,奥科委指出高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后,最伟大的发明之一,当前全球能源危机的时候,能源是一种宝贵的资源,所以节约能源是我们未来面临的问题。LED作为一种新型的节能、环保的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势。”由此看来,如果LED灯泡价格能够更加贴近民意,将会是一个不错的选择。

参考资料:节能灯  节能灯工作原理 白炽灯发光原理 三基色荧光灯实际上所谓的节能灯,指的就是三基色的荧光灯 三基色节能灯和普通节能灯的区别 LED节能灯

[WhyEveryday]为什么垃圾桶里会生小虫子

感谢 牙龈 同学的投稿

垃圾桶里的神秘小飞虫
我想跟我一样有点儿小懒的人一定会有这样的苦恼,夏天如果没有及时倒垃圾,第二天垃圾桶里就会飞出一群芝麻大小的黑色小虫,尤其有葡萄、西瓜皮的时候,这些小虫就会黑压压的一片,在家里横冲直撞。我一直很困惑,这些小虫怎么平时都不见踪影,突然就出现在垃圾桶里呢?是它们隐藏在家里的阴暗角落,还是这些腐烂的食物滋生孕育了它们?今天,基本算解开了这个困惑。

这种小飞虫原来就是大名鼎鼎的果蝇

果蝇(英文俗名fruit fly或vinegar fly)是原产于热带和亚热带的蝇种,它们以腐烂的水果为主食,因此在人类的栖息地内如果园,菜市场等地区内皆可见其踪迹。除了南北极外,目前至少有1000个以上的果蝇物种被发现,大部分的物种以腐烂的水果或植物体为食,少部分则只取用真菌,树液或花粉为其食物。

果蝇类昆虫与人类一样分布于全世界,并且在人类的居室内过冬。由于体型小,很容易穿过砂窗,因此居家环境内也很常见。所以这些小家伙应该是趁我们睡着了偷偷潜入霉变腐烂的垃圾箱中觅食的,这也就打消了我原本以为是水果蔬菜上残留动物虫卵的疑虑。

资料中说果蝇很好饲养,用一只牛奶瓶,放一些捣烂的香蕉,就可以饲养数百甚至上千只果蝇。想想也是,我们不想饲养它都那么轻而易举的见到它们,饲养这些恼人的小家伙肯定也不是个难事。不过让我意外的是,原来饲养果蝇有着很重要的实际意义呀!因为小果蝇对危害人类健康的家居装饰材料所散发的有毒气体非常敏感,这种有毒气体一般被称为“隐形杀手”。这对刚刚装修好新家的我来说简直像是一针强心剂,我是不是可以就此省下一笔可观的甲醛检测费呢?

上海同济大学基础医学院院长李曙光做过一个有趣的实验,我们发现果蝇的异常表现能反应室内空气污染。在实验中,在一个10平米的新电表房设置五组果蝇,适应各种装修材料甲醛,苯,氨和氡。每组设两点,分别是0.5米(人体躺下来的高度)和1.7米(人体站着的高度)。每一个点,科学家放40种果蝇来检测空气污染度。 实验结果表明,800个果蝇的平均寿命从正常的50天到25天左右,缩短了一半。这些死亡的果蝇数在每一个测试点几乎是相同的。 “这表明,由于不健康的配件,整个房间的空气中充满了有毒气体。如果进入了这样的房间,人的健康就会受损。”李院长说。作为一种真核多细胞昆虫,果蝇有类似哺乳动物的生理功能和代谢系统,对空气质量非常敏感。这也成为了我本次学习中最大的收获。

不知道天气渐凉,一个月之后我是否能够通过果蝇的生活状态了解新家的空气质量呢?

参考资料:果蝇黑腹果蝇果蝇检测环境湿度的分子机制

[WhyEveryday]为什么电脑椅上的气弹簧能锁定在任意高度

每天给自己提一个为什么,然后试着去了解,认识自己的无知才能进步。

为什么电脑椅上的气弹簧能锁定在任意高度,这个问题在几个月前我修理自己的电脑椅时就被深深的困扰了,我始终想不明白:在拨动拨杆(按下阀门)后,施加压力就能将椅子高度降低,调整到合适高度后释放阀门椅子的高度就被锁定了,若对椅子不施加任何压力按下阀门,椅子变恢复到最高的位置。如果是用普通的弹簧和锁扣实现这个功能并不困难,但是用气弹簧我就想不明白,比如:按下阀门后弹簧锁定在某个位置,释放阀门后是什么力量让弹簧恢复原来的位置?

为了弄明白这个问题,我找来了示例图,这个图片展示了三种自锁气弹簧(Locking Gas Spring)的结构,很遗憾,我自己琢磨了半天也没弄个明白它如何复位的,先把图片放出来,希望有明白人给我指导一下.

[singlepic id=209 w=1080 h=710 float=center]

同时还有一个flash展示全阻尼气弹簧的工作状态:

参考资料:[PDF]LOCKABLE GAS SPRINGhow do gas spring work , Explain That Stuff , [PDF]About Gas Spring

[WhyEveryday]为什么柴油机效率高

每天给自己提一个为什么,然后试着去了解,认识自己的无知才能进步。

学习中学物理的时候我知道柴油机的效率比汽油机高,而且根据进一步的了解,我知道柴油机是所有常规热机里面效率最高的(The diesel engine has the highest thermal efficiency of any regular internal or external combustion engine),而原因呢,简言之就是因为压缩比(Compression ratio)高。

1,压缩比是根本原因
压缩比表示发动机内气体被压缩的程度,表示气体压缩前的体积与压缩后的体积之比。通常汽油机的压缩比为6-10,柴油机的压缩比为16-22。通常认为压缩比越高,燃料的气化以及和空气的混合就越好,热机的效率就越高。

2,工作方式不同
汽油机工作时是汽油和空气混合着喷入气缸,然后气缸压缩,气缸内温度升高火花塞点燃混合物,汽油燃烧做功,所以汽油机是点燃式发动机。
而柴油机工作时进入气缸的只有空气,然后气缸压缩,当气缸内空气温度很高时喷出柴油,此时气缸内已经达到柴油自燃点,柴油直接燃烧做功,无需火花塞,故柴油机是压燃式发动机。

3,压缩比不能无限提高
爆震(knocking)是指在发动机中的油气混合物因为高温高压产生自燃(爆炸),与火花塞产生的爆炸相互撞击的现象,震爆又称作”爆燃”,震爆会是气缸内压力骤增,损坏内部零件。所以压缩比不能过高,否则会因为震爆导致发动机无法使用。一些比赛中为了得到更高的热机效率会使用超高压缩比的发动机,比如F1的引擎压缩比就接近17,所以F1引擎使用的燃料也是极其苛刻的,以避免在高达18000转每分钟的高转速下产生震爆。
而柴油机的压缩比远高于汽油机(超过22)是因为柴油和汽油的特性不同。

4,标号
既然提到压缩比就不能不了解一下汽油和柴油的标号,国内加油站常见的90#、93#、97#汽油和5#、0#、-5#等柴油有是什么意思?
汽油和柴油的标号含义是完全不同的,汽油的标号是指其辛烷值,即抗震爆的能力,93#汽油即表示可以使用在压缩比9.3的汽油机上,由于比较高档的车动力一般较好,所以其发动机通常压缩比也较高,故应该使用较高标号的汽油。但是使用何种标号的汽油应该根据发动机的参数选择,并非越高越高,使用超标号的汽油会出现”滞燃”现象,燃烧不完全。
而柴油的标号表示其含蜡系数通常认为其表示工作环境温度,标号越低表示可以在越低的环境下使用。

参考资料

柴油机
压缩比
爆震
辛烷值

[WhyEveryday]为什么犹太人被迫害

每天给自己提一个为什么,然后试着去了解,认识自己的无知才能进步。

关于二战的时候纳粹屠杀犹太人是众人皆知的,但是纳粹为什么屠杀犹太人,甚至现代社会里为什么还有很多人歧视犹太人,具体原因是什么我却并不知道,网上查阅了一番感觉这个问题很复杂,大约是如下的原因:

1, 宗教
耶稣是犹太人,基督教也来源于犹太教。(令人意外的同根同源)
犹太人只信犹太教,犹太教也只允许犹太人信仰,基督教谁都可以信。(群众基础不同)
犹太教认为真正的救世主(弥赛亚)尚未到来,甚至现在也未出现,但耶稣竟然自称救世主,惹怒了犹太教众人,于是他们用收买了加略人犹大(出卖耶稣的犹大不是犹太人而是被犹太人所收买),并向政府施压逮捕并搞死了耶稣,这是写在圣经里的梁子之一。后来犹太人就被基督教众视为异教徒,在基督教流行的欧洲大地遭受迫害也不难理解了。(最终导致手足相残,刀剑相向)
古代封建社会统治者因为自己的信仰而迫害其他信仰的情况并不鲜见。比如中国就既有焚书坑儒,又有罢黜百家独尊儒术。

2, 政治和民族恩怨
纳粹对犹太人的屠杀是反犹太主义的高潮,对于希特勒为什么顽固的仇恨犹太人至今没有足够明确的答案,据记载二战前,犹太人拥有几乎一半的德国私人银行,犹太人股票经纪人统治着证券交易所,几乎一半的国家报纸,百分之八十的连锁商店是犹太人所经营。老百姓谴责犹太资本家是使战争失败的罪魁祸首。出身底层的希特勒产生对犹太人的仇恨不难理解。(就像汉人对新疆人的偏见一样,民族问题从古到今都是难题)

[p.s.]后来发现这个问题提的太大了,尽管最终我也没能找到完美的答案,但是在求解过程中还是获得了不少知识,比如关于基督教的新约旧约,耶稣之死,以巴冲突的原因,党卫军如何鉴别犹太人等。而且知道了就在家乡附近开封就曾有不少犹太人。

[ref]主要参考资料:wiki-反犹太主义; douban-耶稣是犹太人么 ; yeeyan-发现了希特勒仇恨犹太人的真正原因? 等