节约能源：做个精明用电者！
延展部分——整章内容属于2025年初中科学课程的延展部分，并与初中地理科的“能源”课题相关。
为手机充电、开空调、用电热水壶烧水——全部都要用电能，而且要付钱！在这一章，你会学习计算电器用了多少能量、它的效率有多高和运作要花多少钱，学会阅读能源标签，以及如何低碳地用电。这些技能可以帮家人节省金钱，也能保护我们的地球。
1. 功率：用电有多快
什么是功率？
功率是电器每秒所消耗（或转移）的能量。功率的单位是瓦特（W）。
\(1\ \text{W} = 1\ \text{J/s}\)——1瓦特即是每秒消耗1焦耳（J）的能量。
想象一个水龙头：完全拧开的水龙头（高功率）很快便注满一桶水；滴水的水龙头（低功率）则要很久才注满。桶里的水就好比消耗的总能量。
瓦特与千瓦
功率较大时，我们会用千瓦（kW）：
\(1\ \text{kW} = 1000\ \text{W}\)
把W转换为kW，要除以1000：2000 W的电热水壶即是2 kW，60 W的电风扇即是0.06 kW。
常见家用电器的功率
电器的额定功率印在电器的标签或说明书上。一般数值如下（实际型号各有不同）：
LED灯泡——约5 W至10 W
电风扇——约40 W至60 W
空调——约1 kW至2 kW
电热水壶或吹风机——约1 kW至2 kW
要点：功率告诉我们电器消耗能量有多快，单位是W或kW。
2. 用了多少能量？功率与时间
电器消耗的能量取决于它的功率和开动了多久。
\(\text{能量} = \text{功率} \times \text{时间}\)，以符号表示即 \(E = P \times t\)
所以高功率电器只用一会儿，消耗的能量可能比开了几小时的低功率电器还要少！
方法A：以焦耳（J）为单位
如果功率以瓦特（W）为单位，时间以秒（s）为单位，能量的单位便是焦耳（J）：
\(\text{能量 (J)} = \text{功率 (W)} \times \text{时间 (s)}\)
例题1：吹风机
一个1500 W的吹风机使用了5分钟。它消耗了多少焦耳的能量？
步骤1：把时间转换为秒：\(5 \times 60 = 300\ \text{s}\)
步骤2：\(E = P \times t = 1500\ \text{W} \times 300\ \text{s} = 450\,000\ \text{J}\)
方法B：以千瓦时（kWh）为单位
焦耳是很小的单位，所以电力公司采用一个大得多的单位——千瓦时（kWh）。如果功率以kW为单位，时间以小时（h）为单位，能量的单位便是kWh：
\(\text{能量 (kWh)} = \text{功率 (kW)} \times \text{时间 (h)}\)
1 kWh是一部1 kW的电器开动1小时所消耗的能量。kWh是能量的单位，不是功率的单位。
例题2：同一个吹风机，以kWh计算
步骤1：把功率转换为kW：\(1500 \div 1000 = 1.5\ \text{kW}\)
步骤2：把时间转换为小时：\(5 \div 60 = \dfrac{1}{12}\ \text{h}\)
步骤3：\(E = 1.5\ \text{kW} \times \dfrac{1}{12}\ \text{h} = 0.125\ \text{kWh}\)
把kWh转换为焦耳
\(1\ \text{kWh} = 1000\ \text{W} \times 3600\ \text{s} = 3\,600\,000\ \text{J}\)
验算：\(0.125 \times 3\,600\,000 = 450\,000\ \text{J}\)——和例题1的答案一样！
记忆小贴士：“W配s得J”，“kW配h得kWh”。千万不要混用！
常见错误：把瓦特和分钟直接代入kWh的公式。1500 W是1.5 kW，30分钟是0.5 h。计算之前先转换单位。
你知道吗？家中的电表记录的就是用了多少kWh，大家常说的“一度电”就是1 kWh。1 kWh足够让一个10 W的LED灯泡亮100小时！
要点：\(E = P \times t\)。用W和s得出J，用kW和h得出kWh。\(1\ \text{kWh} = 3\,600\,000\ \text{J}\)。
3. 效率：有多少能量是有用的？
没有电器能把所有输入的能量全部转换成我们想要的形式，总有部分能量被浪费，通常变成热能散失。
有用的能量与浪费的能量
灯泡把电能转换为光能（有用）和热能（浪费）。电风扇产生动能（有用），同时产生一些热能和声能（浪费）。（能量转换可参阅“家居用电”一章。）
能量既不能被创造，也不能被消灭，所以：
\(\text{能量输入} = \text{有用的能量输出} + \text{浪费的能量}\)
效率公式
效率是输入中转换为有用输出的百分比：
\(\text{效率} = \dfrac{\text{有效功率输出}}{\text{功率输入}} \times 100\%\)
用能量代替功率计算，答案也一样。由于有用输出永远不会大于输入，实际电器的效率必定小于100%。效率越高，浪费的能量越少。
例题3：电热水壶
一个2000 W的电热水壶向水提供1800 W的有效加热功率。求它的效率。
\(\text{效率} = \dfrac{1800\ \text{W}}{2000\ \text{W}} \times 100\% = 90\%\)
其余10%（200 W）浪费在加热水壶本身和周围的空气上。
比较LED灯泡、节能灯和卤素灯泡
在实验室里，可以比较亮度大致相同的灯泡：用功率计测量功率输入，并把光传感器放在与每个灯泡相同距离的位置测量光输出（公平测试）。灯泡包装上的光输出通常以流明（lm）表示。
以下是示例数据，每个灯泡都提供约2 W的有用光（实际灯泡各有不同）：
卤素灯泡——功率输入40 W，效率 \(\dfrac{2}{40} \times 100\% = 5\%\)
节能灯（紧凑型荧光灯）——功率输入10 W，效率 \(\dfrac{2}{10} \times 100\% = 20\%\)
LED灯泡——功率输入5 W，效率 \(\dfrac{2}{5} \times 100\% = 40\%\)
卤素灯泡把大部分能量浪费为热能，所以它会变得很热。LED灯泡只用八分之一的功率便发出同样的光，最能节约能源。节能灯含有少量水银，用完后要妥善回收。
常见错误：用输入除以输出，得出超过100%的答案。牢记把有用输出放在分子。
要点：效率比较有用输出与输入。在亮度相同的情况下，LED灯泡的效率最高。
4. 缴付电费：用电的费用
香港的电力公司——中华电力和香港电灯——按住户所用的kWh收取电费。
电费公式
\(\text{电费} = \text{所用能量 (kWh)} \times \text{每kWh的价格}\)
这里我们采用示例电价：每kWh \(\text{HK}\$1.5\)——这是供练习用的虚构数字。真实的电费单较为复杂，但原理相同。
例题4：空调
一部1.2 kW的空调每晚开动8小时。求1晚和30晚的电费。
步骤1——一晚的能量：\(E = 1.2\ \text{kW} \times 8\ \text{h} = 9.6\ \text{kWh}\)
步骤2——一晚的电费：\(9.6 \times 1.5 = 14.4\)，即\(\text{HK}\$14.40\)
步骤3——30晚的电费：\(14.4 \times 30 = 432\)，即\(\text{HK}\$432\)
例题5：一年的照明
一个灯泡每天开4小时，共365天：\(4 \times 365 = 1460\) 小时。采用第3部分的灯泡：
卤素灯泡（40 W = 0.04 kW）：\(0.04 \times 1460 = 58.4\ \text{kWh}\)；电费 \(58.4 \times 1.5 = 87.6\)，即\(\text{HK}\$87.60\)
节能灯（10 W = 0.01 kW）：\(0.01 \times 1460 = 14.6\ \text{kWh}\)；电费 \(14.6 \times 1.5 = 21.9\)，即\(\text{HK}\$21.90\)
LED灯泡（5 W = 0.005 kW）：\(0.005 \times 1460 = 7.3\ \text{kWh}\)；电费 \(7.3 \times 1.5 = 10.95\)，即\(\text{HK}\$10.95\)
在这个例子中，把一个卤素灯泡换成LED灯泡，每年可节省\(\text{HK}\$76.65\)。想象一下整所学校能省下多少！
要点：先计算kWh，再乘以电价。每节省1 kWh，就节省一笔电费。
5. 阅读能源标签
在香港，根据强制性能源效益标签计划，空调、冰箱等很多常见电器都必须贴上能源标签。
标签告诉你什么
1. 能源效益级别——由第1级（最具能源效益）至第5级（最低能源效益）。
2. 能源消耗量——预计耗用的kWh，通常以每年计算。
3. 其他资料——品牌、型号、大小或容量。
利用标签比较不同型号
两部类型和大小相同的冰箱（示例数据）：
型号A（第1级）：每年300 kWh，每年电费 \(300 \times 1.5 = 450\)，即\(\text{HK}\$450\)
型号B（第4级）：每年450 kWh，每年电费 \(450 \times 1.5 = 675\)，即\(\text{HK}\$675\)
型号A每年节省150 kWh和\(\text{HK}\$225\)。即使它的售价较高，在使用期内也能省钱——而且碳排放较少。
要点：第1级最具能源效益。比较同类型号的kWh数字。
6. 低碳生活：减少你的碳足迹
为什么节约用电有助保护地球？
香港有不少电力来自燃烧天然气和煤等化石燃料的发电厂。燃烧化石燃料会释放二氧化碳（CO2），这种温室气体会加剧全球变暖。
你的碳足迹是你的活动所释放的温室气体总量，以千克二氧化碳当量（kg CO2e）计算。用电越少，碳足迹越小。
例题6：一个家庭每年的碳排放
一个家庭每月用电300 kWh。采用示例排放系数：每kWh 0.5 kg CO2e（虚构数字；实际数值取决于电力公司和年份）。
步骤1——每年用电量：\(300 \times 12 = 3600\ \text{kWh}\)
步骤2——每年碳排放：\(3600 \times 0.5 = 1800\)，即每年约1800 kg CO2e
如果这个家庭减少10%用电量，每年便可避免排放180 kg CO2e。
低碳用电的方法
1. 关掉插座开关——处于待机状态的电器仍会消耗少量电力。
2. 选择高效能电器——选用第1级能源标签的电器和LED灯泡。
3. 明智地使用空调——香港政府一直建议把室温设定在约25.5 °C。关好门窗、定期清洗过滤网，天气较凉时改用电风扇。
4. 善用天然光——日间拉开窗帘。
5. 精明使用冰箱——尽快关上冰箱门，热食物放凉后才放入。
6. 精明洗衣和干衣——攒够一整桶衣服再洗，并把衣服晾干。
7. 支持清洁能源——太阳能和风能发电产生的CO2少得多。
要点：用电越少，排放的CO2越少。积少成多！
重点回顾
1. 功率是每秒消耗的能量；\(1\ \text{kW} = 1000\ \text{W}\)。
2. \(E = P \times t\)：W配s得J；kW配h得kWh；\(1\ \text{kWh} = 3\,600\,000\ \text{J}\)。
3. \(\text{效率} = \dfrac{\text{有用输出}}{\text{输入}} \times 100\%\)，必定小于100%。LED灯泡胜过节能灯，节能灯又胜过卤素灯泡。
4. \(\text{电费} = \text{kWh} \times \text{每kWh的价格}\)。
5. 能源标签：第1级最具能源效益。
6. 关掉电源、选用高效能电器、合理设定空调温度，就能减少你的碳足迹。
做得好！试试找出家中三件电器的功率，计算它们每月的电费——结果可能会令你大吃一惊！