Источник света, работающий при напряжении U = 5,0 кВ и потребляющий ток I =1,0 мА, излучает в секунду n = 2,1⋅1018 фотонов Определите коэффициент полезного действия источника света.

Для определения коэффициента полезного действия (КПД) источника света нам нужно найти отношение полезной мощности (в виде излучаемых фотонов) к потребляемой электрической мощности.

Дано:
— Напряжение U = 5,0 кВ = 5,0 × 10^3 В
— Ток I = 1,0 мА = 1,0 × 10^-3 А
— Количество фотонов в секунду n = 2,1 × 10^18 фот/с
— Средняя длина волны λ = 400 нм = 4,0 × 10^-7 м

Шаг 1: Найдем потребляемую электрическую мощность.
Pэл = U × I = 5,0 × 10^3 В × 1,0 × 10^-3 А = 5,0 Вт

Шаг 2: Найдем энергию одного фотона.
E = h × c / λ
E = (6,626 × 10^-34 Дж·с) × (3,0 × 10^8 м/с) / (4,0 × 10^-7 м)
E = 4,97 × 10^-19 Дж

Шаг 3: Найдем полезную оптическую мощность.
Pопт = E × n = 4,97 × 10^-19 Дж × 2,1 × 10^18 фот/с = 1,04 Вт

Шаг 4: Найдем коэффициент полезного действия.
КПД = Pопт / Pэл × 100%
КПД = (1,04 Вт / 5,0 Вт) × 100% = 20,8%

Таким образом, коэффициент полезного действия источника света составляет 21%.