Проектно-исследовательская работа по физике «Энергосберегающие лампы «За» и «Против

МКОУ «Опоченский центр образования»

Проектно-исследовательская работа по физике

«Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»

Автор :Шишкова Дарья –

ученица 8 класса

Руководитель: Захарова Алла Александровна –

учитель физики

2018 г

Проектно-исследовательская работа по физике «Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретическая часть.

1.1. Устройство лампы накаливания

1.2. Устройство энергосберегающей лампы

Глава 2. Практическая часть.

2.1. Преимущества энергосберегающих ламп

2.2. Недостатки энергосберегающих ламп

2.3. Выбор энергосберегающих ламп

2.4Расчет экономии средств, с использованием энергосберегающих ламп.

2.5 Опрос: использование энергосберегающих ламп в быту.

Заключение

Библиография

Введение.

С ростом уровня жизни увеличивается количество необходимой человеку энергии, в связи с этим возникают проблемы энергообеспечения и энергосбережения. На мой взгляд, эти проблемы очень актуальны в наше время. Они не могут не интересовать любого здравомыслящего человека и требуют всеобщего пристального внимания, изучения и решения. Научно-технический прогресс, несомненно, будет продолжаться в направлении поисков более экономных ресурсосберегающих технологий, что позволит постепенно сократить потребности во многих природных источниках производства. Но нам самим следует научиться экономить, что бы наша жизнь стала лучше. И для тех, кто быстрее научиться это делать, культурно и грамотно, экономическое бремя реформ не будет слишком тяжелым.

Учет вышеизложенных фактов определил тему моей работы «Энергосберегающие лампы: «За» и «Против».

Цель работы: изучить один из способов решения проблемы энергосбережения, на основе использования энергосберегающих ламп.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить историю возникновения электрического освещения и виды ламп.2. Изучить устройство и принцип действия лампы накаливания и энергосберегающей лампы3. Сравнить характеристики ламп накаливания и энергосберегающих ламп.
4. Рассчитать экономию средств, с использованием энергосберегающих ламп.
5 Рассмотреть достоинства и недостатки энергосберегающих ламп. 6. Провести опрос об использовании энергосберегающих ламп в быту

Гипотеза: использование энергосберегающих ламп для освещения наших квартир - экономически выгодное решение.

В процессе работы я использовал следующие методы исследования:
1.проведение наблюдений;
2. работа с научной литературой;3. моделирование ситуации для определения экономической выгоды энергосберегающих ламп;4. проведение сравнительного анализа и выявление противоречий между характеристиками ламп накаливания и энергосберегающими лампами.

Свою работу я начала с более подробного рассмотрения устройств ламп накаливания и энергосберегающих ламп. Я это сделал для того, чтобы правильно провести сравнительный анализ недостатков и достоинств. Далее я изучил основные характеристики этих ламп: температуру, мощность, световой поток. Рассчитала экономию электроэнергии и денежных средств при использовании энергосберегающих ламп в обычной 2-х комнатной квартире. Рассмотрела использование энергосберегающих ламп в помещениях в зависимость от температуры лампы и цвета. Провела опрос по использованию энергосберегающих ламп.

Таким образом, применение энергосберегающих ламп – это один из способов решения проблемы дефицита электроэнергии. Простыми расчетами я попыталась убедиться в том, что использование таких ламп выгодно и выгодно не только государству, но и нам – потребителям.

В процессе работы я использовал учебник физики А.В. Перышкина для 8 класса, где рассмотрены вопросы истории изобретения, а так же устройство и принцип действия лампы накаливания.

Глава 1. Теоретическая часть.

1.1.Устройство лампы накаливания

Лампа накаливания была изобретена в 1872 году русским электротехником А.Н. Лодыгиным. Основным элементом первой лампы был тонкий угольный стерженек, нагреваемый током до температуры, при которой он начинал светиться. Стерженек размещался под стеклянным колпаком. Срок службы первых ламп составлял 30-40 минут. В 1879 году американец Томас Эдисон усовершенствовал лампу, улучшив технику откачки воздуха, и заменил угольный стержень обугленной палочкой из бамбука. В 1890 году Лодыгин изобретает лампу с металлической (вольфрамовой) нитью. Лодыгин потратил 27 лет жизни на поиски лучшего материала для нити лампы накаливания.

Чтобы познакомиться с устройством электрической лампы накаливания я решила рассмотреть ее. Нашла основные части лампы:нить, держатели нити, цоколь, баллон. Далее я изучила принцип действия лампы.

В основу работы лампы положено явление нагревания проводника при прохождении электрического тока, то есть тепловое действие тока.

Нить с помощью двух проводников соединяется с винтовой нарезкой и с основанием лампы, изолированной от цоколя. При прохождении тока через нить, температура вольфрама достигает 3000градусов. При такой температуре вольфрамовая нить накаливается до красна, а потом до бела и светит ярким светом. Из стеклянной колбы выкачан воздух, так как в состав воздуха входит кислород, который способствует горению. Кроме того в вакууме идет быстрое испарение вольфрама, чтобы препятствовать этому лампу наполняют азотом или инертным газом.

Для включения лампы в сеть её ввинчивают в патрон. Внутренняя часть патрона содержит пружинистый контакт, касающийся основания цоколя лампы, и винтовую нарезку, удерживающую лампу. Пружинистый контакт и винтовая нарезка имеют зажимы, к которым прикрепляют провода сети.

Электрические лампы накаливания широко используются. Наша промышленность выпускает в год миллиарды самых разнообразных ламп накаливания:

220В и 127В – для осветительной сети;

50В – для железнодорожных вагонов;

12В и 6В - для автомобилей;

3,5В и 2,5В – для карманных фонарей.

Эти лампы отличаются друг от друга назначением, а также формой тела накала и размерами колбы. Рассчитаны они на напряжение от долей до сотен вольт при мощности, достигающей десятков киловатт. (2)

В настоящее время только 5% энергии, выделяемой лампой накаливания, попадает в диапазон видимой части спектра, остальная энергия выделяется в виде ненужной и даже вредной теплоты.Я проверил это утверждение. В течение некоторого времени я вела наблюдения за лампой. Она нагрелась через 15минут. В результате простого эксперимента я пришла к выводу, что лампы накаливания не экономичны. Наша страна быстрыми шагами идет к рыночной экономике. С каждым годом цены на электроэнергию будут расти, и приближаться к мировым. В таких условиях мы вынуждены будем обращаться к вопросу экономии электроэнергии. Основной способ экономии в квартирах это применение энергосберегающей техники (класса А), обогреватели с высоким КПД, применение двухтарифных счетчиков, экономия света при использовании энергосберегающих ламп.

1.2. Устройство энергосберегающей лампы.

Компактные энергосберегающие лампы работают так же, как и обычные люминесцентные лампы с тем же принципом преобразования электрической энергии в световую.Энергосберегающая лампа состоит из трех основных компонентов: цоколя, люминесцентной лампы и электронного блока. Цоколь (как и у обычной лампочки) предназначен для подключения лампы к сети.. Электронный блок обеспечивает зажигание и дальнейшее горение лампы. Благодаря ему, энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает без мигания, свойственного обычным люминесцентным лампам.
Благодаря механизму действия энергосберегающих ламп, удается добиться снижения потребления электроэнергии на 80%, по сравнению с лампами накаливания при аналогичном освещении. Колбы энергосберегающих ламп наполнены парами ртути и аргоном. 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.

Глава 2. Практическая часть.

2.1. Преимущества энергосберегающих ламп.

Рассматривая применение энергосберегающих ламп для экономии электричества я попыталась ответить на следующий вопрос: выгодно ли использование данных ламп при сегодняшних тарифах на электроэнергию. Для начала я сравнила характеристики энергосберегающих ламп (таблица №1) и ламп накаливания (таблица №2).(5)

Таблица №1

Таблица №2

 Изучив данные таблицы, я пришел к выводу, что лампа накаливания в 25 Ватт и энергосберегающие лампы 20 Ватт и 11 Ватт имеют приблизительно одинаковую температуру, но экономичные лампочки освещают помещение много лучше. Лампа накаливания в 100Ватт освещает помещение, так же как и энергосберегающая лампа в 20 Ватт, но её температура более чем в два раза выше. Таким образом, часть энергии просто теряется, тратится на нагрев воздуха.Главным преимуществом энергосберегающих ламп считается их высокая световая отдача, превышающая тот же показатель ламп накаливания в несколько раз. Максимум электроэнергии в энергосберегающих лампах превращается в свет, тогда как в лампах накаливания до 90% электроэнергии уходит просто на разогрев вольфрамовой проволоки.

При перепадах напряжения энергосберегающие лампы продолжают светить, а лампы накаливания очень чувствительны и могут перегореть. Если напряжение на лампе окажется выше номинального на 1% лампа начнет светить ярче, но срок её службы сократиться на 15%. Если, же напряжение превысит номинальное на 15%, лампа тут, же выйдет из строя. Среднее время работы обычной лампы 1000 часов.

      Другим несомненным преимуществом является их срок службы,Среднее время работы энергосберегающей лампы 4000-6000 часов.Ежедневно лампы горят около 3 часов, в год 1000 часов. Таким образом, экономичной лампы хватит на 4 года. За это время сгорит 4 обычных лампы.

     Третьим достоинством  можно назвать возможность выбора цвета свечения. Он может быть трех видов: дневным, естественным и теплым. ЕСЛИ вы выбираете для своей квартиры энергосберегающие лампы, помните - стоит обращать внимание на световую температуру и цветовой спектр. Y - 2700 К – теплый (желтый) свет;N - 4000 К – нейтральный (дневной) свет;W - 6400 К – холодный (белый) свет.

1.Тёплый свет (2700-4000 К) - желтоватый, самый тёплый из спектра цвет. Подходит для кухни и спальни. А вот в рабочей зоне будет вызывать раздражение и дискомфорт.

2. Дневной свет (4000-5000 К) - тон, наиболее приближенный к стандартной «лампочке Ильича», нейтральный мягкий свет. Подходит для гостиной и детской комнаты.

3. Холодный белый свет (6000-6500 К) - ярко-белое, голубоватое освещение. Подходит для офисных помещений, кабинетов. А вот в кухне и детской будет вызывать явный дискомфорт, утомляя глаз.

Еще одним преимуществом энергосберегающих ламп является незначительное тепловыделение, которое позволяет использовать компактные люминесцентные лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах. Использовать в них лампы накаливания с высокой температурой нагрева нельзя, так как может оплавиться пластмассовая часть патрона, либо провод.

       Следующее преимущество состоит в том, что их свет распределяется мягче, равномернее, чем у ламп накаливания. Это объясняется тем, что в лампе накаливания свет идет только от вольфрамовой спирали, а энергосберегающая лампа светится по всей своей площади, что снижает утомляемость человеческого глаза.

2.2. Недостатки энергосберегающих ламп.

Часто энергосберегающие лампы кажутся не комфортными для глаза. Это можно объяснить тем, что они неправильно подобраны к помещению. Недавно Всемирная организация здравоохранения заявила, что столь популярные энергосберегающие лампы вовсе не безопасны: в них содержится высокотоксичная ртуть 3-5 мг, а радиационный фон и электромагнитное излучение равны тем, что возникают при свете ультрафиолета. В Европе, например, отработавшие свое энергосберегающие лампы собирают в специальные контейнеры для токсичных отходов. А у нас производители не считают своим долгом даже проинформировать покупателя о такой необходимости. Я изучила инструкции купленных ламп и не нашла каких – либо предупреждений. Следует подумать о мерах безопасности при контакте с отработанными лампами и способах их утилизации.

При выборе энергосберегающих ламп обращайте внимание на мощность лампы. Энергосберегающие лампы значительно экономят энергию, но с ростом мощности они потребляются больше электричества. Имейте также в виду, что цоколи делятся на два вида: E27, который применяется в большинстве потолочных люстр, и E14 – меньший по размеру цоколь, он применяется только в маленьких светильниках. Выбирайте лампу с тем видом цоколя, который подходит вашему светильнику. Следует учитывать также и срок службы лампы. Если лампу трудно устанавливать по каким-либо причинам, выбирайте лампу с наиболее возможным сроком службы, чтобы менять ее как можно реже. Плюс, учитывайте цветовую температуру лампы. Представьте себе, какой свет будет лучше подходить комнате, и в зависимости от этого выберите лампу с температурой 2700, 4200 или 6400 Кельвинов. Если вы примете во внимание советы выше, вы без труда сможете подобрать люминесцентную энергосберегающую лампу, которая прослужит долго и сэкономит вам не так уж мало средств.

2.4 Расчет экономии средств, с использованием энергосберегающих ламп.

 По наблюдениям лампы накаливания перегорают примерно раз в четыре месяца. Если одна лампа в 75 Ватт стоит 33 рубля, а в вашей квартире таких ламп 9, то покупка новых ламп вам обойдется в сумму 33рублей*9 ламп*3 = 891рубля в год. При этом необходимо учесть инфляцию.

Среднее время работы энергосберегающей лампы 4000-6000 часов.Ежедневно лампы горят около 3 часов, в год 1000 часов. Таким образом, экономичной лампы хватит на 4 года. За это время сгорит 4 обычных лампы. Поэтому достаточно купить один раз 9 энергосберегающих ламп по 240 рублей и затраты на покупку составят 2160 рублей на 4 года. То есть 540 рублей в год.

Теперь рассмотрим 2-х комнатную квартиру. Предположим, в коридоре лампа горит 0,5 часов в сутки, в ванной – 1,5 часа в сутки, в туалете - 0,5 часа в сутки, на кухне -3 часа в сутки, в одной комнате – 3 лампы по 4 часа в сутки, в другой комнате – 2 лампы по 4 часа в сутки. Всего используем 9 ламп.

Рассчитаем энергопотребление освещения при использовании ламп накаливания, если мощность ламп равна 75 Вт (0,075кВт): 0,5*1*0,075 +1,5*1*0,075+ 0,5*1*0,075+3*1*0,075+3*4*0,075+2*4*0,075=1,9125 кВт/сутки.

В год расходы на освещение в квартире с использованием ламп накаливания составляют 1954,58рублей, при тарифе 2,8 рубля/кВт.

Рассчитаем энергопотребление освещения при использовании энергосберегающих ламп:

0,5*1*0,011 +1,5*1*0,011+ 0,5*1*0,011+3*1*0,011+3*4*0,011+2*4*0,011=0,28 кВт/сутки, при мощности ламп 11Ватт.

В год расходы на освещение в квартире с использованием энергосберегающих ламп составляют 286,16рубля.

Расход электроэнергии уменьшается более, чем в 6 раз. (1,9125кВт/сутки : 0,28кВт/сутки = 6)

Экономия на расходы на освещение составят : 1824,27рублей рублей – 286,16рубля = 1538,11 рублей.

Экономия на покупку ламп: 891рубля – 540 рубля = 351рубля.

Экономия за год: 1538,11 рублей +351рубль = 1689,11 рублей в год.

Экономия за 4 года составит 6756,44 рубля.

2.5 Опрос: использование энергосберегающих ламп в быту.

Вопросы:1. Сколько всего в вашей квартире ламп?

2. Сколько из них энергосберегающих?

3. Знаете ли Вы «+» и «-» энергосберегающих ламп?

Заключение.

Выполняя практическую часть работы, я пришла к выводу, что потребление электроэнергии энергосберегающей лампой меньше, чем потребление электроэнергии лампой накаливания. Таким образом, энергосберегающие лампы действительно экономят электроэнергию. Так же результаты опроса показали, что энергосберегающие лампы являются востребованными, так как экономят электроэнергию. А расчеты финансовых затрат на замену ламп в своей квартире убедили меня, что энергосберегающие лампы, несмотря на высокую стоимость, действительно экономичнее.Однако наряду с плюсами энергосберегающих ламп имеют и минусы.Энергосберегающие лампы являются экологически вредными, так как являются ртутьсодержащим продуктом, и требуют утилизации.

ВЫВОДЫ:

С точки зрения экономии электроэнергии и денежных средств энергосберегающие лампы более предпочтительны.

Однако, полностью перейти на новый вид ламп мешает психологический фактор «привычности» и осторожного отношения ко всему новому.

Надо найти «золотую середину»:

- постепенный переход на новый вид ламп

- учитывая «-» энергосберегающих ламп использовать параллельно с ними и лампы накаливания

Библиография.

http://festival/ 1 September/ru/articles/520190/

Перышкин А.В. Физика: учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений/ А.В. Перышкин–М.:Дрофа, 2009.-191с.

Лымарева Н.А. Физика 9-11 классы: проектная деятельность учащихся: пособие для учителя/ Н.А. Лымарева - Волгоград: Учитель, 2008.-187с.

Буравчикова Д. Лампа лампе рознь//статья из журнала/ Аргументы и факты №21, 2009.

7