小明發(fā)現他家的電源插排上有多個指示燈,如圖 甲所示.小明將電源插排拆開后發(fā)現,每個指示燈實際上是一個發(fā)光二極管,每個發(fā)光二極管和一個定值電阻串聯(lián)后接在220V的電源上.他通過查閱資料得知,發(fā)光二極管的結構與普通二極管相似,由一個PN結構成,具有單向導電性.當在發(fā)光二極管上加正向電壓時,發(fā)光二極管導通并發(fā)光;當加反向電壓時,發(fā)光二極管截止(電阻可視為無窮大)且不發(fā)光.如果將發(fā)光二極管D和電阻R接在如圖乙所示的正弦交流電路中,只有在交流電壓正半周期時,發(fā)光二極管導通,在負半周期時不導通.并可以證明:若用U
D表示發(fā)光二極管導通時其兩端的電壓,當所加的交流電壓為U時,電阻R上的電壓為U
R=
U-U
D≈0.45U-U
D,實際上交流電壓值是變化的,其瞬時可達到的最大值約為
U,查表可知發(fā)光二極管正常發(fā)光時其兩端的電壓約為2V,通過它的電流約為l0mA,計算時忽略發(fā)光二極管發(fā)光過程中消耗功率的變化.
(1)為了保證發(fā)光二極管的安全,需要串聯(lián)一個多大阻值的定值電阻?
(2)此時發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率為多大?
(3)如果我國有一億個家庭每天使用帶有一個發(fā)光二極管指示燈的插排,每天工作24小時,那么我國每年(按365天計算)要損耗多少度電?
(4)根據此現象警示我們平時要如何節(jié)約用電?