Меню
Разработки
Разработки  /  Физика  /  Разное  /  11 класс  /  Исследовательская работа " Анализ современных источников освещения"

Исследовательская работа " Анализ современных источников освещения"

23 ноября 2009 г. Президент Российской Федерации Д.А. Медведев подписал Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В связи с этим в средствах массовой информации очень часто поднимается вопрос о переходе населения страны на энергосберегающие лампы.

В этой работе я рассмотрю главные «плюсы» и «минусы» различных ламп и рассчитаю затраты на электроэнергию кабинета физики. Также выясню зависимость освещенности от расстояния до источника света.

Цель и задачи проекта

Цель проекта: изучить и сравнить характеристики трех видов ламп, рассчитать затраты на электроэнергию кабинета физики.

Прогресс в технологии производства мощных светодиодов, а также растущий энергетический кризис свидетельствуют о том, что мощные светодиоды будут играть ключевую роль в создании осветительных приборов уже в ближайшем будущем во всем мире, если не будет изобретен новый источник света, отвечающий требованиям нашего времени.

13.04.2017

Содержимое разработки

23 ноября 2009 г. Президент Российской Федерации Д.А. Медведев подписал Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В связи с этим в средствах массовой информации очень часто поднимается вопрос о переходе населения страны на энергосберегающие лампы.

В этой работе я рассмотрю главные «плюсы» и «минусы» различных ламп и рассчитаю затраты на электроэнергию кабинета физики. Также выясню зависимость освещенности от расстояния до источника света.

Цель и задачи проекта

Цель проекта: изучить и сравнить характеристики трех видов ламп, рассчитать затраты на электроэнергию кабинета физики.

В ходе исследования я познакомлюсь с прибором для определения освещенности - люксметром. С его помощью измерю освещенность кабинета и сравню ее с допустимыми нормами.

Методы исследования:

1.Сбор информации

2.Измерение освещенности кабинета физики

3.Сравнительный анализ полученных данных

4. Систематизация материала в форме презентации

Задачи исследования:

  • Изучить устройство и принцип действия каждого вида ламп.

  • Определить достоинства и недостатки ламп

  • Провести эксперимент по подсчету затраченной электроэнергии, при работе каждого вида ламп.

  • Провести эксперимент по определению зависимости освещенности от расстояния до источника света

Гипотеза проекта:

Если знать все плюсы и минусы каждого вида ламп, то потребителю представится возможность сделать правильный выбор при приобретении лампы.

Расскажу немного о развитии электрического освещения.

Самые первые приборы для освещения, которые работали на электрическом токе, были созданы в начале XIX века. Их пытались использовать для освещения улиц, однако они были слишком дорогими и неудобными. Переворот совершил инженер из России Павел Яблочков, который 12 декабря 1876 года открыл «электрическую свечу», которая с помощью электричества стала удобным источником для освещения.

Важную доработку в созданной Яблочковым лампе накаливания изобрел знаменитый американец Томас Эдисон. Он поместил устройство в вакуумную оболочку, которая защитила контакты с электрической дугой от окисления, поэтому его лампа могла давать свет достаточно длительное время. 21 октября 1879 года он включил первую лампочку, которая смогла гореть два дня.

В 1901 году Купер-Хьюит продемонстрировал ртутную лампу низкого давления.В 1905 году в мастерской Ауэра была изготовлена первая осветительная лампа с вольфрамовой спиралью. В 1983 году были изобретены компактные люминесцентные ламп. В современное время уже хорошо отлажено серийное производство самых различных электрических источников света, в том числе и светодиодов, которые получили окончательное признание в истории. Их преимуществами являются огромный срок службы, высокая сила света, крошечные размеры и практически неисчерпаемый потенциал энергосбережения.

Проблемы энергосбережения в современных условиях приобретают все большую актуальность. Мировое сообщество обеспокоено надвигающимся энергетическим кризисом и предпринимает огромные усилия по изысканию новых технологических и технических решений, направленных на сокращение потребления энергии, а также планирует использование возобновляемых источников энергосбережения.

2 июля 2009 года на заседании в Архангельске президиума Государственного совета по вопросам повышения энергоэффективности Президент Российской Федерации Д. А. Медведев предложил запретить в России продажу ламп накаливания.

23 ноября 2009 года Д. А. Медведев подписал принятый ранее Государственной думой и утверждённый Светом федерации закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внеси изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Согласно документу, с 1 января 2011 года на территории страны не допускается продажа электрический ламп накаливания мощностью 100Вт и более.

Данное решения является спорным. В поддержку его приводится очевидные доводы сбережения электроэнергии и подталкивания развития современных технологий. Против – соображение, что экономия на замене ламп накаливания полностью сводится на нет повсеместно распространённым устаревшим и энергонеэффективным промышленным оборудованием, линиями электропередачи, допускающими большие потери энергии , а также относительно высокой стоимостью комплектных люминесцентных и светодиодных ламп , малодоступных для беднейшей части населения.

Кроме того, в России отсутствует налаженная система сбора и утилизации отработавших люминесцентных ламп, что не было учтено при принятии закона и в результате чего ртутьсодержащие люминесцентные лампы бесконтрольно выбрасываются. В условиях низких температур многие «энергосберегающие» лампы оказываются неспособными запуститься. Люминесцентные энергосберегающие лампы неприменимы в прожекторах направленного света, так как святящееся тело в них в десятки раз крупнее нити накаливания, что не даёт возможности узкой фокусировки луча. В силу своей дороговизны, «энергосберегающие» лампы чаще становятся объектом кражи из общедоступных мест (например, подъездов жилых домов), такие кражи наносят более весомый материальный ущерб.

В ходе исследования я изучил устройство и принцип действия трех видов ламп: лампы накаливания, светодиодной и энергосберегающей.

Лампа накаливания

Лампа накаливания (ЛН) — электрический источник света, светящимся телом которого служит так называемое тело накала. В качестве материала для изготовления ТН в настоящее время применяется практически исключительно вольфрам и сплавы на его основе.

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции.

Первые ЛН изготавливали вакуумными; в настоящее время только лампы малой мощности (для ЛОН - до 25 Вт) изготавливают в вакуумированной колбе. Колбы более мощных ЛН наполняют газом (азотом, аргоном или криптоном).

КПД составляет 5%.

Преимущества и недостатки ламп накаливания.

Преимущества:

- малая стоимость;

- небольшие размеры;

- ненужность пускорегулирующей аппаратуры;

- при включении они зажигаются почти мгновенно;

- отсутствие токсичных компонентов;

- возможность работы как на постоянном (любой полярности), так и на переменном токе;

- возможность изготовления ламп на самое разное напряжение;

- отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе;

- непрерывный спектр излучения;

- устойчивость к электромагнитному импульсу;

- возможность использования регуляторов яркости;

- нормальная работа при низких температурах окружающей среды.

Недостатки:

- низкая световая отдача;

- относительно малый срок службы;

- резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения;

- цветовая температура лежит только в пределах 2300 – 2900 К, что придает свету желтоватый оттенок;

- лампы накаливания представляют пожарную опасность.

Утилизация.

Отслужившие лампы накаливания не содержат вредных для окружающей среды веществ и могут утилизироваться как обычные бытовые отходы.


Светодиодная лампа

Впервые светодиод был изготовлен известным инженером Ником Холоньяком в 1962 году. Сконструированный им прибор излучал видимый красный свет.

Современные светодиодные LED-лампы собираются с использованием следующих комплектующих:

- Цоколь.Как и в лампах накаливания, этот элемент в данном случае предназначен для вкручивания прибора в патрон светильника.

-Драйвера в пластиковом корпусе с вентиляционными отверстиями. Предназначен этот узел для преобразования переменного тока в постоянный. Кроме того, в его конструкцию входят специальные конденсаторы, необходимые для охлаждения лампы.

- Стабилитрон, который используется для выравнивания перепадов напряжения в сети.

-Радиатор. Этот узел изготавливается из алюминия и имеет очень большое количество ребер. Он также необходим для охлаждения светодиода.

-Выполненная из алюминия плата. На ту ее сторону, которая обращена к радиатору, наносится специальная термопаста. На плату передается около 90 % излучаемого светодиодом тепла.

-Рассеиватель. Светодиодные лампы дают узконаправленный свет. Этот элемент в их конструкции предназначен для его рассеивания в целях равномерного освещения помещения.

Собственно светодиодом называют особый полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в световую.

Преимущества

- низкое энергопотребление, заявленный долгий срок службы от 30’000 до 50’000 и более часов

-простота установки

-более низкая температура корпуса по сравнению с лампой накаливания, имеющей сравнимую яркость

- высокая механическая прочность

-Полная экологическая безопасность

Недостатки -высокая цена -многие светодиодные лампы светят только в одном направлении - Мерцание

-Большинство светодиодов белого света (синий кристалл — жёлтый люминофор) имеют неоднородный спектр, а именно — большой провал в спектре на длине волны 480 нм. На свет именно этой длины волны должен реагировать зрачок глаза сужением, но этого не происходит и глаз (хрусталик, сетчатка) получает большую травмирующую дозу синего света.

-Падение яркости со временем из-за выгорания светодиодов.





Энергосберегающая лампа

Благодаря механизму действия люминесцентных энергосберегающих ламп снижется потребление электроэнергии на 80% в сравнении с обычными лампами накаливания. Так они и получили сове название – энергосберегающие.

Энергосберегающие лампы состоят из колбы, наполненной парами ртути и аргоном, и пускорегулирующего устройства (стартера). На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество, называемое люминофор. Под действием высокого напряжения в лампе происходит движение электронов. Столкновение электронов с атомами ртути образует невидимое ультрафиолетовое излучение, которое, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.

Преимущества

-высокая световая отдача

-срок службы, который определяется промежутком времени от 6 до 15 тысяч часов непрерывного горения.

-возможность выбора цвета свечения. Он может быть трех видов: дневным, естественным и теплым.

-незначительное тепловыделение, которое позволяет использовать компактные люминесцентные лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах, можно спокойно использовать в светильниках, сделанных из ткани.

-свет распределяется мягче, равномернее, чем у ламп накаливания. Из-за более равномерного распределения света энергосберегающие лампы снижают утомляемость человеческого глаза.

-различные формы.

Недостатки

-фаза разогрева у них длится до 2 минут, то есть, им понадобится некоторое время, чтобы развить свою максимальную яркость.

- мерцание.

-человек может находиться от них на расстоянии не ближе, чем 30 сантиметров. Из-за большого уровня ультрафиолетового излучения энергосберегающих ламп при близком расположении к ним может быть нанесен вред людям с чрезмерной чувствительностью кожи и тем, кто подвержен дерматологическим заболеваниям.

-неприспособленны к функционированию в низком диапазоне температур (-15-20ºC), а при повышенной температуре снижается интенсивность их светового излучения.

-Срок службы энергосберегающих ламп ощутимо зависит от режима эксплуатации, в частности, они "не любят" частого включения и выключения.

-Конструкция энергосберегающих ламп не позволяет использовать их в светильниках, где есть регуляторы уровня освещенности.

-содержание ртути и фосфора, которые, хоть и в очень малых количествах, присутствуют внутри энергосберегающих ламп.

-требуют специальной утилизации (их нельзя выбрасывать в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры).

-высокая цена. 

В условиях современной жизни есть очень много причин, по которым люди страдают бессонницей, либо в связи с недостаточным временем сна ощущают постоянную усталость и упадок сил. Среди них отметим  неисключаемые  факторы, такие как, необходимость раннего подъема на работу или учебу, и те  которые можно исправить, избыточное потребление кофеина, нарушение режима питания и т.д. Но есть  факторы, которые  часто остаются недооцененными, и в первую очередь это результат технического прогресса: электрический свет. Без него мало кто будет использовать кофеин, чтобы бодрствовать ночью, и поэтому свет влияет на наши циркадные ритмы сильнее, чем любой наркотик.

Современные источники освещения имеют различную цветовую температуру. Исходя из вышесказанного, следует по возможности правильно подбирать освещение, т.к. для нормального функционирования циркадных ритмов, нужно чтобы в соответствии с собственным режимом на организм воздействовал свет не только разной интенсивности на протяжении дня, но и разной цветовой температуры

Основной характеристикой ламп является степень освещенности.

Освещённость — физическая величина, характеризующая освещение поверхности, создаваемое световым потоком, падающим на эту поверхность. Освещённость измеряется в Люксах (СИ) и обозначают её буквой Е.

1 люкс = 1 люмену на квадратный метр. Единицей измерения освещенности в СГС является фот (один фот равен 10000 люксов).
Не следует путать освещённость с яркостью. Яркость - выражение количества света, отражённого поверхностью.
Освещённость прямо пропорциональна силе света исходящего от источника света и обратнопропорциональна квадрату расстояния от источника.

Формула для определения освещенности
E=I/r2
где I — сила света в канделах; r — расстояние до источника света;

Освещенность помещений можно определить с помощью люксметра

Переносной фотоэлектрический люксметр Ю-116 общепромышленного назначения, применяется для контроля освещенности в промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте и других отраслях народного хозяйства, а также для исследований, проводимых в научных, конструкторских и проектных организациях. Измеритель освещенности Ю-116 рекомендован для проверки освещенности на рабочих местах, при лицензировании некоторых видов деятельности.

Люксметр Ю-116 состоит из селенового фотоэлемента с фильтрами-насадками и гальванометра со шкалой. Фотоэлемент срабатывает под влиянием света, вырабатывая электрический ток, силу которого измеряют гальванометром. Стрелка его указывает число люксов, что отвечает исследуемой освещенности.
На панели измерительного прибора установлены кнопки переключателя и табличка со схемой, которая связывает действие кнопок и насадки с различными диапазонами измерений. Селеновый фотоэлемент, который присоединяется к прибору с помощью вилки, находится в пластмассовом корпусе.

С помощью люксметра я провел измерения освещенности в кабинете физики, используя три вида ламп: лампу накаливания, светодиодную и энергосберегающую лампы.

Для измерения освещенности, лампы одна за другой прикреплялись к штативу. Освещенность измерялась на расстоянии 0,5 и 1 метр от источника освещения.

Таблица 1. Результаты измерения освещенности в кабинете физики

п/п

Наименование лампы

Освещенность(0,5м) Е, лк

Освещенность(1м) Е, лк

1

Лампа накаливания

250

50

2

Светодиодная

250

50

3

Энергосберегающая

100

50


Итак, проанализировав полученные данные можно сделать вывод о том, что при уменьшении расстояния освещенность поверхности увеличивается и наоборот. Это объясняется тем, что увеличение расстояния ведет к большему рассеиванию света вследствие чего уменьшается освещенность рассматриваемой поверхности.

При сравнении трех ламп оказалось, что результаты освещенности для ламп теплого света (лампа накаливания и светодиодной) оказались одинаковыми. Освещенность при холодном свете (энергосберегающая) меньше, чем при теплом.

Таблица 2.Результаты измерения освещенности над учебным столом

п/п

Наименование лампы

Освещенность Е, лк

1

Лампа накаливания

50

2

Светодиодная

40

3

Энергосберегающая

45

Чтобы соответствовать нормам освещённости и освещения СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 необходимо , чтобы в кабинете физики ламп накаливания было 10 штук, светодиодных – 13 штук, энергосберегающих -11 штук.


Таблица 3. Расход электроэнергии при использовании различных видов ламп

п/п

Наименование лампы

Мощность лампы, Вт

Стоимость лампы, руб

Время работы,

ч

Стоимость электроэнергии 1квт*ч, руб

Потребляет в сутки, кВТ*ч

Затраты на электроэнергию в сутки (1 лампа), руб

Затраты на электроэнергию в сутки, руб

1

Лампа накаливания

60

12

24

4,05

1,44

5,83

58,3

2

Светодиодная

6,5

199

24

4,05

0,156

0,63

8,19

3

Энергосберегающая

13

130

24

4,05

0,312

1, 26

13, 86


Выводы: Минимальные затраты на электроэнергию кабинета физики будут в случае, если использовать светодиодные лампы. При этом и срок службы у такой ламы максимальный, по сравнению с другими.

Сроки служб:

Лампа накаливания-1000 часов

Светодиодная лампа- 50000 часов

Энергосберегающая лампа -12000 часов

Пока трудно сказать, к чему приведет в России переход на энергосберегающие и светодиодные лампы. Однако в этом переходе есть и свои плюсы - та же экономия. Ведь потребляют они намного меньше электричества по сравнению с обычными лампами накаливания.

Прогресс в технологии производства мощных светодиодов, а также растущий энергетический кризис свидетельствуют о том, что мощные светодиоды будут играть ключевую роль в создании осветительных приборов уже в ближайшем будущем во всем мире, если не будет изобретен новый источник света, отвечающий требованиям нашего времени.







-70%
Курсы повышения квалификации

Исследовательская деятельность учащихся

Продолжительность 72 часа
Документ: Удостоверение о повышении квалификации
4000 руб.
1200 руб.
Подробнее
Скачать разработку
Сохранить у себя:
Исследовательская работа " Анализ современных источников освещения" (34.65 KB)
0
1057
35

Комментарии 0

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или на сайт