Индивидуальный исследовательский проект "От ламп накаливания до современных ламп".

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

От ламп накаливания до современных ламп

Индивидуальный исследовательский проект

Выполнил: учащийся 9 «б» класса

Торосян Оваким

Руководитель проекта: учитель физики

Новикова Е.В.

с. Перемышль

2021 г.

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Теоретическая часть 4

1.1. Характеристики лампы накаливания. 4

1.2. Характеристики энергосберегающей лампы 6

1.3. Характеристики светодиодной лампы 8

Глава 2. Практическая часть 11

Заключение 15

Список использованных источников 16

Лампочки в современном мире играют очень важную роль, так как они самый доступный, надежный и эффективный источник света. Нашу жизнь невозможно представить без искусственного освещения. Конструкции квартир, домов, помещений и офисных зданий предполагают наличие искусственного освещения. Для жизни и работы людям просто необходимо освещение с применением ламп.

По традиции мы для освещения своих квартир применяем обычные лампочки накаливания.

Но из школьного курса физики известно, что коэффициент полезного действия в традиционных лампочках накаливания очень мал, и в лучшем случае достигает 50%. Из чего следует, что из той электроэнергии потребляемой лампами накаливания, за которую мы заплатили, только половина пошла на реальное освещение квартиры или помещения.

Технический прогресс не стоит на месте, и терпеть такое расточительство традиционных ламп накаливания современные изобретатели не могли. На смену старой лампе накаливания пришла новая лампа – комплексная люминесцентная лампа или энергосберегающая лампа.

Актуальность темы состоит в том, что использование компактных люминесцентных энергосберегающих ламп в быту – это увеличение эффективности освещения в доме, а значит реальный способ помочь природе, сэкономить электроэнергию и собственные деньги.

Цель работы:

Исследовать и сравнить следующие критерии различных ламп:

• уровень освещенности ламп на разных высотах

• время розжига ламп

• температуру нагрева

• потребляемая фактическая мощность (энергопотребление)

• световой поток

Гипотеза исследования: если изучить и сравнить свойства ламп накаливания и энергосберегающих ламп, их мощность и энергопотребление, а также затраты на оплату коммунальных платежей за электорэнергию, то можно узнать, какие лампы более эффективны – энергосберегающие или обычные.

1. Характеристики лампы накаливания.

Лампа накаливания — искусственный источник света, в котором свет испускает тело накала, нагреваемое электрическим током до высокой температуры.

В качестве тела накала чаще всего используется спираль из тугоплавкого металла (чаще всего — вольфрама), либо угольная нить. Чтобы исключить окисление тела накала при контакте с воздухом, его помещают в вакуумированную колбу либо колбу, заполненную инертными газами или парами галогенов. В лампе накаливания используется эффект нагревания тела накаливания при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Если пропустить через лампочку электрический ток, то вольфрамовая нить накаляется до очень высокой температуры и начинает излучать световой поток. В 1854 году, немецкий учёный Генрих Гёбель представил лампу с бамбуковой нитью, которая находилась в вакуумной колбе. В то время ещё очень много было представленных различных ламп, различными учёными. Но все они имели очень короткий срок службы, и были не эффективными. В 1890 году учёный Лодыгин А. Н. впервые представил лампу, у которой нить накаливания была из вольфрама, и имела вид спирали. Так же этот учёный делал попытки откачивания из колбы воздуха, и заполнение её газами. Что значительно увеличивало срок службы ламп.

Устройство лампы накаливания

Лампа состоит из следующих деталей: цоколь, колба, электроды, крючки для держания нити накаливания, нить накаливания, штенгель, изолирующий материал, контактная поверхность. Колба – изготавливается из обычного стекла и нужна для защиты нити накаливания от внешней среды. В неё вставляется штенгель с электродами и крючками, которые держат саму нить. В колбе специально создаётся вакуум, или она заполняется специальным газом. Обычно это аргон, так как он не поддается нагреванию. Колба защищает тело накала от воздействия атмосферных газов. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала тела накала. Колбы первых ламп были вакуумированы. Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). С той стороны, где находятся вывода электродов, колба заплавляется стеклом и приклеивается к цоколю. Цоколь нужен для того, чтобы лампочку можно было вкрутить в патрон. Обычно он изготовляется из алюминия. Нить накаливания – деталь, которая излучает свет. Изготавливается в основном из вольфрама. Для уменьшения размеров тела накала ему обычно придаётся форма спирали, иногда спираль подвергают повторной или даже третичной спирализации, получая соответственно биспираль или триспираль. КПД таких ламп выше за счёт уменьшения теплопотерь из-за конвекции (уменьшается толщина ленгмюровского слоя).

Преимущества:

• Лампа накаливания выпускается в массовом производстве

• Доступная стоимость – она недорогая и даже если перегорит, замена не скажется на семейном бюджете. В особенности если речь идет о массовой закупке и замене

• Мгновенное зажигание и относительно невысокая чувствительность к перепадам электричества в сети и скачкам напряжения.

Недостатки:

• Низкий процент отдачи света в сравнении с современными моделями осветительных лампочек

• Небольшой срок службы – всего 1 000 часов, когда современные лампы могут работать и 5 000, а иногда и до 15 и 30 тысяч часов

• Колба самой лампочки достаточно хрупкая и чувствительна к даже самым небольшим по силе ударам и вибрациям.

1. Характеристики энергосберегающей лампы

Энергосберегающая лампа — электрическая лампа, обладающая существенно большей светоотдачей (соотношением между световым потоком и потребляемой мощностью), например, в сравнении с наиболее распространёнными сейчас в обиходе лампами накаливания.

Устройство энергосберегающей лампы

Компактная люминесцентная лампа состоит из нескольких основных узлов: встроенный электронный балласт, колба с газообразным наполнением, цоколь. Принцип функционирования ЭЛ основывается на явлении под названием люминесценция. Внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором. Это вещество может иметь разный состав, от чего 9 будет зависеть качество освещения и соответственно целевое назначение источника света. Устройство такой лампы предполагает наличие двух электродов, которые установлены в трубке. Под напряжением между ними возникает дуговой разряд. В колбе содержится ртуть в небольшой концентрации и инертный газ.

Преимущества:

•экономичность в 5 раз выше, чем у ламп накаливания

• срок службы 8-10 тыс. часов

• низкая теплоотдача; равномерность излучения

•.широкая цветовая гамма.

Недостатки:

• снижение напряжения приводит к отключению лампы

• небольшая мощность

• снижение светоотдачи при изменении цветовой температуры в сторону красного спектра

• ЭЛ – самые вредные из всех типов ламп из-за находящихся в них паров ртути. Их запрещено выбрасывать вместе с бытовыми отходами дома.

1. Характеристики светодиодной лампы

Светодиодная лампа — это достаточно сложное электронное устройство с несколькими десятками деталей, от которых зависит качество света, безопасность его для здоровья и долговечность лампы.

Главное преимущество светодиодных ламп — экономия электричества. При том же количестве света, излучаемого лампой, светодиодная лампа потребляет в 7-10 раз меньше электроэнергии, чем обычная лампа накаливания. Уже сейчас можно купить 6-ваттные светодиодные лампы - «груши» и 4-ваттные лампы - «свечки», которые дают столько же света, сколько 60- и 40-ваттная лампа накаливания соответственно. Светодиодные лампы повторяют все возможные виды ламп накаливания, галогенных и люминесцентных ламп. Выпускаются обычные лампы-"груши", "свечки" и "шарики" с цоколями E27 и E14, "зеркальные" лампы R39, R50 с цоколями E14, и R63 с цоколем E27, 12 споты с цоколями GU10 и GU5.3, капсульные микролампы с цоколями G4 и G9, лампы для потолков с цоколем GX53. В светодиодных лампах используются различные типы светодиодов. В самых первых светодиодных лампах использовались обычные светодиоды в пластиковом корпусе. Такие лампы получили название "кукуруза" (Corn) за визуальное сходство с кукурузным початком. Сейчас светодиоды в корпусах используются в лампах довольно редко, и, как правило, это мощные светодиоды.

Устройство светодиодной лампы

Преимущества:

• Экономичность — при том же количестве света современная светодиодная лампа потребляет в 7-10 раз меньше электричества

• Долговечность — светодиодная лампа служит в 15-50 раз дольше обычной

• Небольшой нагрев — ребѐнок не обожжётся о светодиодную лампу в настольной лампе

• Одинаковая яркость при разном напряжении сети — в отличие от ламп накаливания, светодиодные лампы светят так же ярко при пониженном напряжении в сети.

Недостатки:

• Высокая цена

• Присутствие на рынке ламп с плохим качеством света (пульсация, плохие цветовые характеристики, дискомфортная цветовая температура, несоответствие светового потока и эквивалента лампы накаливания заявленным)

• Проблемы у некоторых ламп с выключателями, имеющими индикатор.

Для исследования я взял несколько видов ламп:

1.Лампы накаливания на 75 Вт, 95 Вт ;

2.Энергосберегающие (люминесцентные лампы) на 15 Вт (холодный белый свет), 20Вт ( теплый свет).

3.Светодиодные лампы на 12 Вт (нейтральный свет), 8 Вт (теплый свет).

Исследование характеристик ламп.

Располагая лампы на разных высотах 1 м и 50 см, над люксметром определить освещенность ламп. Заметить время розжига ламп и оценить температуру нагрева.

Лампы накаливания

Вывод: В ходе проделанной работы я определил, что освещенность и световой поток больше у лампы мощностью 95 Вт. Лампам не требуется время на розжиг и имеют большую температуру нагрева.

Энергосберегающие лампы

Вывод: В ходе проделанной работы я сравнил освещенность, световой поток и время розжига энергосберегающих ламп разной мощности. Лампа на 20 Вт имеет большую освещенность, световой поток, цветовую температуру, чем лампа на 15 Вт. Срок службы ламп одинаковый.

Светодиодные лампы

Вывод: В ходе проделанной работы я сравнил освещенность, световой поток и время розжига светодиодных ламп разной мощности. Лампа на 12 Вт имеет большую освещенность, световой поток, цветовую температуру, чем лампа на 8 Вт. Срок службы ламп одинаковый. Лампы не нагреваются.

В ходе проделанной работы я пришел к следующим выводам:

1.Каждая лампа имеет разную освещенность, световой поток температуру накала, цветовую температуру;

2.Светодиодные лампы во время работы не нагреваются;

3. Для работы энергосберегающих ламп и светодиодных ламп требуется время розжига, а для ламп накаливания нет;

4. Срок службы ламп больше у светодиодных ламп.

5. Энергосберегающие и светодиодные лампы дают экономию электроэнергии.

Мы узнали о свойствах ламп и определили два вида ламп, которые дают экономию электроэнергии.

Теперь необходимо сравнить, во сколько нам обойдется потребление электроэнергии двух видов ламп — энергосберегающих и ламп накаливания.

Для этого посчитаем, сколько электроэнергии расходует обычные лампочки разной мощности, наиболее популярных в быту.

Лампы накаливания

Потребляемая мощность:

Мощность 60Вт — энергопотребление составит 60 Вт или 0,06 киловатт за 1 час.

Мощность 95Вт — потребляет электричества 95 Вт 0,095 киловатт за 1 час.

Мощность 100Вт — израсходует 100 или 0,1 киловатт Вт электроэнергии за 1 час.

В 1кВт=1000Вт, поэтому для перевода кВт в Вт нам неодходимо число разделить на 1000. Например 75Вт = 0,075 кВт или 0,7 Вт = 0,007 кВт, для 155Вт = 0,155 кВт.

Посчитаем сколько мы заплатим за использование света, если у нас к примеру 3 сотки (зал, кухня, спальня) и 3 на 60 Вт (прихожая, туалет, ванная).

Сколько электроэнергии тратим?

Возьмем к примеру 3 на 100Вт горят 5 часов вечером и 1 час с утра в итоге 6 часов в день, получаем 3 штуки за час наматывают 300 Вт за 6 часов 1800Вт или 1,8 кВт. еще 3 на 60Вт предположим что горят каждая по 1 часу в день, итого получаем в общем 3*60 Вт = 180 Вт или 0,18 кВт. Итого в день около 2 киловатт.

При использовании ламп накаливания расходы электроэнергии будут следующими:

Итого за 1 день будут равны 1,8 кВт + 0,18 кВт ~ 2 кВт

Итого за 1 месяц намотают 2 кВт * 30 дней = 60 кВт

Сколько придется заплатить?

Стоимость электроэнергии в с. Перемышль за 1 кВт=3.54 руб.
Тогда за 1 час лампы 60Вт мы заплатим 0,06 * 3,54 р = 21 коп.
за 1 час лампы 95 или 100Вт = 0,1 * 3,54 р = 35 коп.

При использовании 6 лампочек: 3 лампочки по 100Вт, 6ч/день и 3 лампочки по 60Вт, 1ч 180 ватт/день считаем:

-расходы за 1 день получаем 2 кВт * 3,54 р = 7,08 руб в день

-за 1 месяц 60 кВт * 3,54 р = 212,4 руб. за 1 месяц

Энергосберегающие лампы

Из 1 го столбика мы видим что энергосберегающая лампа в 6 Вт светит так же как лампа накаливания в 30Вт. Следующая табличка из 2 строк показывает отношение светодиодных к лампам накаливания. Тогда чтобы в доме оставалось так же светло как с обычными лампочками нужно поставить соответствующие им по свечению, т.е вместо 60 Вт ставим энергосберегающую на 12Вт, вместо сотки ставим энергосберегающую на 20Вт, таким образом мы сократим энергопотребление и заплатим в 5 раз меньше.

На основании сделанных исследований, я выяснил основные преимущества и недостатки лампы накаливания и энергосберегающей лампы.

Энергосберегающая лампа окупает себя через несколько месяцев её использования, а плата за электричество снижается сразу.

Выгода использования энергосберегающих ламп очевидна, если лампа прослужит заявленный на ней срок.

Так же энергосберегающие лампы перегорают гораздо реже ламп накаливания.

При замене ламп накаливания на энергосберегающие в жилом доме экономия очевидна.

Следовательно, мы убедились в выгодности использования энергосберегающих ламп.

1.Заметки электрика.

http://zametkielectrika.ru/sravnenie-lampy-nakalivaniya-kompaktnojlyuminescentnoj-i-svetodiodnoj-lamp-po-svetovomu-potoku/;

2.Световой поток светодиодных ламп.

http://svoymaster.com/elektrika/svetovoi-potoksvetodiodnyh-lamp.html;

3. Цветовая температура светодиодных ламп

http://elquanta.ru/lampa/cvetovaya-temperaturalamp.html;

4. Плюсы и минусы ламп накаливания.

http://plusiminusi.ru/plyusy-i-minusy-ispolzovaniya-lampnakalivaniya/;

5.Как выбрать энергосберегающие лампы.

http://elquanta.ru/lampa/vybrat-ehnergosberegayushhielampochki.html.