Проект по физике "От ламп накаливания до светодиодных ламп" 8 класс.

Районная научно-практическая конференция.

От лампы накаливания до светодиодной.

Проект по физике.

Выполнил: Бабаков Максим

ученик 8 класса МКОУ «Троицкая СШ».

Учитель: Дайч Т.В.

2016г.

Цель: Проследить историю лампы накаливания и выяснить насколько эффективна замена обычных ламп накаливания на светодиодные в Троицкой СШ.

Задачи:

• Систематизация и анализ собранной информации по исследуемому вопросу;

• Проведение сравнительного анализа технических параметров светодиодных светильников и осветительных приборов с альтернативными источниками света;

• Проведение анализа затрат электроэнергии при использовании ламп разного вида;

• Изложение вывода на основе полученных результатов исследований.

Гипотеза: Замена ламп накаливания на светодиодные приведёт к меньшей энергозатрате и большей экономии бюджетных средств в Троицкой СШ.

Введение.

Проблема энергосбережения в настоящее время принимает всё большую актуальность. Значительная часть электроэнергии, потребляемая предприятиями и организациями, расходуется на освещение производственных помещений и уличное освещение. Следовательно, возникает задача производства модернизации в области освещения путём применения энергосберегающих источников света. Одним из путей решения данной задачи может являться использование светодиодного освещения. В процессе работы необходимо проанализировать преимущества светодиодного освещения относительно других видов искусственного освещения.

В данной исследовательской работе, объектом являются светодиодные светильники и осветительные приборы на основе других источников света, предметом исследования являются технические показатели рассматриваемых осветительных приборов.

История возникновения лампы накаливания.

В 1802 г русский ученый В.В. Петров зажег первый электрический источник света – электрическую дугу с "огромной наипаче батареей" из 2100 медно-цинковых элементов, названную в честь одного из создателей электричества Вольты, "вольтовой".

В августе 1873 года А.Н. Лодыгин продемонстрировал образцы изобретённой им электрической лампы накаливания в физической аудитории Петербургского технологического института, а в 1874 Петербургская Академия Наук присудила ему Ломоносовскую премию.

Эдисон зарегистрировал патент на свою систему освещения и продавал права на ее изготовление в США и Европе.

Достоинства и недостатки ламп накаливания.

Достоинства:

- при включении они зажигаются практически мгновенно;

- имеют незначительные размеры;

- стоимость их невысока.

Основные недостатки:

- лампы обладают слепящей яркостью, отрицательно отражающейся на зрении человека, поэтому требуют применения соответствующей аппаратуры, ограничивающей ослепление;

- обладают незначительным сроком службы (порядка 1000 часов);

- срок службы ламп существенно снижается при повышении напряжения питающей электросети.

Световой КПД ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%.

Таким образом, основной недостаток ламп накаливания — низкая светоотдача. Ведь лишь незначительная часть потребляемой ими электрической энергии превращается в энергию видимых излучений, остальная часть энергии переходит в тепло, излучаемое лампой.

Принцип действия

Принцип действия ламп накаливания основан на преобразовании электрической энергии, проходящей через нить, в световую. Температура разогретой нити достигает 2600...3000 °С. Но нить лампы не плавится, потому что температура плавления вольфрама (3200...3400 °С) превышает температуру накала нити. Спектр ламп накаливания отличается от спектра дневного света преобладанием желтого и красного спектра лучей.

Рис. 4.1. Устройство и включение

Полезные советы!

Если вам приходится менять электрические лампы чаще одного раза в год, значит у вас в квартире повышенное или нестабильное напряжение. Если же лампы служат более двух лет, значит они горят с недостаточным накалом и их эксплуатация неэффективна. В этом случае применяйте лампы, рассчитанные на более низкое рабочее напряжение.

Чтобы лампы и ярко светили, и не перегорали преждевременно, нужно правильно выбрать диапазон напряжений приобретаемых ламп. В пределах каждого диапазона лампа накаливания дает хороший световой поток и достаточно долговечна. Наличие нескольких диапазонов объясняется тем, что рабочее напряжение в сети отличается от номинального: у источника питания (подстанции) оно выше, а вдали от источника питания ниже.

Лампы накаливания очень чувствительны даже к относительно небольшим повышениям напряжения: при повышении напряжения всего на 6% срок службы снижается вдвое. По этой причине лампы накаливания, освещающие лестничные клетки, довольно часто перегорают, так как ночью электросеть мало нагружена и напряжение повышено.

Светодиодные лампы.

Олег Лосев, создатель одного из первых светодиодов в сеҏедине 1920-гг. Хотя люминесценцию в карбиде кҏемния в первый раз, кстати, наблюдал Раунд в 1907 г., Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиолаборатории в 1923 г. показал, ҹто она возникает вблизи p-n-пеҏехода. О. В. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с довольно таки низким напряжением питания и довольно таки высоким бысҭҏᴏдействием. Полученные им два авторских свидетельства на «Световое ҏеле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) формально закҏепили за Россией приоритет в области светодиодов, утраченный в 1960-гг. в пользу США после изобҏетения совҏеменных светодиодов, пригодных к практическому применению .

Светодиодные лампы или светодиодные светильники в качестве источника света используют светодиоды, применяются для бытового, промышленного и уличного освещений. Светодиодная лампа является одним из самых экологически чистых источников света. Принцип свечения светодиодов позволяет применять в производстве и работе самой лампы безопасные компоненты. Светодиодные лампы не используют веществ, содержащих ртуть, поэтому они не представляют опасности в случае выхода из строя или разрушения. Различают законченные устройства — светильники и элементы для светильников — сменные лампы.

Преимущества

Преимущество светодиодного светильника по сравнению с лампами накаливания — 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, зачастую — небольшие габариты.

Полная экологическая безопасность позволяет сохранять окружающую среду, не требуя специальных условий по утилизации: не содержит ртути, её производных и других ядовитых, вредных или опасных составляющих материалов и веществ. Иногда производители не соблюдают экологические нормы. Лампы таких производителей содержат токсичные пластики, электролиты, свинец-содержащие пайки и т. п., а также печатные платы драйвера пропитывают связующими компонентами (фенол и формальдегидными смолами)

Недостатки

Основные недостатки — высокая цена, многие светодиодные лампы светят только в одном направлении (что может быть и достоинством). В дешёвых лампах за счёт экономии на конденсаторах возникает не видимое невооружённому глазу высокочастотное мерцание. Кроме того, при выходе из строя любого из элементов светильник чаще всего подлежит замене на аналогичный. Эти недостатки чаще всего компенсируются экономией электроэнергии, экономией на обслуживании (замене ламп, что особенно актуально для уличного освещения). Лампы получаются дорогими. Падение яркости со временем из-за выгорания светодиодов.

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники.

Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.

Интеҏес к светодиодам растет быстҏее, чем территория их применения в светотехнике. Говорят, за ними будущее!

Принцип работы светодиода заключается в следующем: свечение возникает при ҏекомбинации ϶лȇкҭҏᴏнов и дырок в области p-n-пеҏехода. Значит, пҏежде всего нужен p-n-пеҏеход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для эҭого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую - донорскими.

Светодиод хорош тем, ҹто в нём, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, ϶лектрический ток пҏеобразуется конкретно в световое излучение, и теоҏетически эҭо можно сделать поҹти без потерь. Наконец, светодиод - низковольтный ϶лекҭҏᴏприбор, а стало быть, безопасный.

Практическая часть:

Таблица 1. Сравнение технических параметров светодиодных и ртутных уличных светильников

Сравнительная таблица соотношения светового потока (люмен) к потребляемой мощности светильника (Вт) для светодиодных ламп, ламп накаливания и люминесцентных ламп.

Люмен – это единица измерения светового потока источника света.

Освещение Троицкой СШ.

Всего в нашей школе насчитывается 174 лампы. Тариф – 1 кВт * ч – 3,59 руб., взят согласно расценкам РосГосЭнерго. Среднее время работы ламп – 6 ч, 20 дней в месяц.

Экономия: 403 611,64 руб. в год.

Заключение

В результате проведения сравнительного анализа различных источников света, направленного на выявление преимуществ светодиодных светильников, были выявлены следующие основные преимущества:

- низкое энергопотребление;

- экологическая безопасность и отсутствие необходимости специальной утилизации;

- мгновенность выхода на полную рабочую мощность;

Я измерил в нашей школе напряжение, оно равно 250 В. (повышенное), поэтому такое большое потребление ламп накаливания у нас в школе. При этом в описании светодиодной лампы производитель утверждает, что это в диапазоне рабочих напряжений.

Конечно, светодиодная лампа стоит дороже, чем обычная лампа накаливания (на 111 руб.), но в год выходит огромная экономия.

Экономия электроэнергии – в 6 раз.

Необходимо отметить, что в работе были затронуты лишь некоторые аспекты проблемы и данная тема требует дальнейших глубоких проработок и исследований.

Вывод: Экономия бюджетных средств в Троицкой СШ при замене ламп накаливания на светодиодной составляет 403 611,64 руб. в год. Замена ламп накаливания на светодиодные в нашей школе эффективна.

Список литературы.

1. Алфёров Ж.И.// Физика и техника полупроводников.1998. Т32. № С.3-18.

2. Берг А., Дин П.// Светодиоды (перевод с англ. под редакцией Юновича А.Э.). М.,1979.

3.Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.bibliofond.ru,

4.http://www.km.ru/referats/335526-ispolzovanie-svetodiodnykh-svetilnikov