МКОУ «Сетовенская средняя общеобразовательная школа»

Макушинский район

Курганская область

Учебный проект

«Да будет свет…»

2014

Паспорт проекта

1. Название проекта: « Да будет свет…»

2. Учебный предмет, в рамках которого разрабатывается проект, и смежные с ним дисциплины: физика, информатика

3. Тип проекта: учебный, межпредметный, долгосрочный

4. Цель проекта: выяснить, какие лампы выгодные для использования

5. Задачи проекта:

• изучить историю появления лампы накаливания ,люминесцентной лампы, светодиодной лампы;

• рассмотреть и сравнить основные характеристики различных ламп;

• сравнить расход электроэнергии в семье в стандартных условиях (использование ламп накаливания) и в условиях использования энергосберегающих ламп.

6. Руководитель проекта: Ю.Н.Касенова

7. Возраст участника проекта: 14 лет

8. Аннотация проекта.

Данный проект ориентирован на выявление более выгодной лампы для освещения, выгодной с точки зрения: энергосбережения, безопасности, доступности. В результате работы автор проекта изучил следующие вопросы: « История изобретения лампы накаливания», « История изобретения люминесцентной лампы», « История изобретения светодиодной лампы»; рассмотрела устройство и принцип работы каждой лампы; составила сравнительную характеристику ламп и на основании ее выявила более выгодную лампу; провела и обработала социологический опрос « Какие лампы вы используете ?»; рассчитала энергопотребление разных видов ламп в домашних условиях; разработала памятки «Экономичное использование ламп накаливания» и « Правила использования энергосберегающих ламп».

9. Предполагаемый продукт проекта: проект « Да будет свет…», буклет, слайд-фильм

10. Этапы работы над проектом

№ п/п

Мероприятие

Сроки

Ответственный

Результат

1

Разработка проекта

1октября

Касенова Юлия Николаевна

2

Распределение заданий исследования

2-я неделя октября

Касенова Юлия Николаевна

Темы исследований

3

Поисковая работа

октябрь

Лыжина Дарья

Исследование темы

4

Выполнение практической части

ноябрь

Лыжина Дарья

Выводы по практической работе

5

Создание буклета

декабрь

Лыжина Дарья

буклет

6

Создание слайд-фильма

декабрь

Лыжина Дарья

Слайд-фильм

7

Презентация проекта на общешкольном родительском собрании

декабрь

Касенова Юлия Николаевна,

Лыжина Дарья

8

Участие в районном конкурсе « Лучший молодежный проект по энергосбережению»

декабрь

Касенова Юлия Николаевна,

Лыжина Дарья

11.Необходимое оборудование и ресурсы: компьютер, подключенный к сети Интернет, мультимедиа, принтер, фотоаппарат

Оглавление

Введение: 5

I.Результаты исследования 7

1.Изобретение лампы накаливания 7

1.1 Конструкция лампочки 8

1.2 Принцип работы лампы накаливания 8

1.3Анализ зависимость энергии от частоты излучения. 8

1.4 Преимущества и недостатки ламп накаливания 9

2.История создания энергосберегающей лампы 10

2.1 Принцип работы 10

2.2 Преимущества и недостатки энергосберегающей лампы 11

3.Светодиодные лампы 12

3.1 История создания. 12

3.2 Конструкция светодиодного светильника 13

3.3 Принцип работы 14

3.4 Преимущества и недостатки. 15

II.Практическая часть 17

1.Сравнительная характеристика ламп накаливания, люминесцентных ламп и светодиодных ламп 17

2. Социологический опрос 18

3. Расчет энергопотребления разных видов ламп 19

Заключение: 20

Список литературы 21

Приложение 1 22

Приложение 2 23

Введение:

Энергосбережение-это не только экономия денег ,но и забота о планете!

Каждый из нас является частью планеты, поэтому любое наше действие или бездействие способно повлиять на развитие событий!

В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу во многих странах введен или планируется к вводу запрет на производство, закупку и импорт ламп накаливания с цепью вынуждения замены их на энергосберегающие( компактные люминесцентные, светодиодные, индукционные и др.) лампы. 1 сентября 2009 года в Евросоюзе в соответствии с директивой 2005/32/EG вступил в силу поэтапный запрет на производство, закупку магазинами и импорт ламп накаливания ( за исключением специальных ламп). С 2009 года запрещены лампы накаливания мощностью 100 Вт и более ( с 1 сентября 2010 года) и др. С 2005 года на Кубе ограничено использование ламп накаливания мощностью более 15 Вт. С 2009 года ограничения коснулись также Новой Зеландии и Швейцарии, с 2010 года-Австралии. В России 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 утвержденный Советом федерации закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Согласно документу, с 1 января 2011 года на территории страны не допускается продажа электрических ламп накаливания мощностью 100 Вт и более, а также запрещается размещение заказов на подставку ламп накаливания любой мощности для государственных и муниципальных нужд.

В настоящее время на полках магазина можно увидеть разные лампы: лампы накаливания, люминесцентные, светодиодные. Они отличаются как по мощности, так и по цене, и перед многими возникают вопросы: « Какая лампа лучше, безопаснее, энергосберегающая?»

Гипотеза

Я предположила, что если правильно выбрать лампу для освещения , то расход электроэнергии в семье сократится

Область исследования: физика

Цель: выяснить, какие лампы выгодные для использования

Задачи:

• Изучить историю появления лампы накаливания ,люминесцентной лампы, светодиодной лампы

• Рассмотреть и сравнить основные характеристики различных ламп

• Сравнить расход электроэнергии в семье в стандартных условиях (использование ламп накаливания) и в условиях использования энергосберегающих ламп.

Место исследования: МКОУ « Сетовенская средняя общеобразовательная школа»

Сроки исследования: октябрь-декабрь 2014 года в рамках внеклассной работы по физике

Объект исследования: лампа накаливания , энергосберегающая лампа, светодиодная

Методы реализации проекта:

1. Работа в сети Интернет, поиск информации об истории изобретения лампы накаливания , энергосберегающей лампе, светодиодной лампы

2. Выявление преимуществ и недостатков разных видов ламп

3. Социологический опрос « Какие лампы вы используете для освещения комнат?»

4. Расчет электропотребления разных видов ламп

Направление работы: энергосбережение в быту

Авторы работы

Руководитель проекта: Ю.Н. Касенова

Участник проекта: Лыжина Дарья

I.Результаты исследования

Лампа накаливания- электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещенное в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счет протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.

1.Изобретение лампы накаливания

Лампа накаливания , так же как радио , телефон и кинематограф была изобретена в 19 веке и точно также , как и радио у лампы накаливания несколько изобретателей.

• В 1809 году англчанин Деларю сконструировал первую лампу накаливания ( с платиновой спиралью).

• В 1838 году бельгиец Жобар изобрел угольную лампу накаливания

• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал первую «современную» лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде.

• В 1860 год английский химик и физик Джозеф Уилсон Суон продемонстрировал первые результаты и получил патент, но с получением вакуума в те годы было сложно, и лампа Суона работала недолго и неэффективно. Он не остановился на достигнутом и в 1878 году получил патент на лампу с угольным волокном. В ней волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.

• 11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещенный в вакуумированный сосуд.

• В 1875 году В.Ф.Дидрихсон усовершенствовал лампу Ладыгина, откачав из нее воздух и применил в лампе несколько волосков, чтобы в случае перегорания одного из них , следующий включался автоматически.

Во второй половине 1870-х годов Томас Эдисон взялся за усовершенствования лампы накаливания и провел серию опытов , используя вкачестве нити различные металлы. По результатам опытов в 1879 году он запотентовал лампу с платиновой нитью , а в 1880 году он вернулся к работе с угольным волокном и создщал лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно с этим Эдисон изобрел бытовой поворотный выключатель. Несмотря на долговечность лампы Эдисона постепенно начали вытеснять газовое освещение.

Лодыгин также не оставлял работы над усовершенствованием лампочек и в 1890-х годах он предложил применять в лампах нити из вольфрама и молибдена и закручивать нить накала в форме спирали. Предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух , что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина

1.1 Конструкция лампочки

Независимо от назначения ламп накаливания, конструктивно они мало отличаются друг от друга: тело накала, колба и токоотводы.

Колба защищает тело ( спираль) накала от воздействия атмосферных газов. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала тела накала.

Газовая среда. Первые лампы были вакуумированными. Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами ( кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Смеси азота с аргоном являются наиболее распространенными в силу своей себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже- криптон или ксенон.

Тело накала может быть разной формы , наиболее распространенное- спираль из проволоки круглого поперечного сечения, но применяются и ленточные тела накала ( из металлических ленточек). Поэтому правильно будет использовать термин « тело накала», вместо « нить накала».

Цоколь. Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Джозефом Уилсоном Суоном. Размеры цоколей стандартизированы. У ламп бытового применения наиболее распространены цоколи Эдисона Е14, Е27 и Е40 - цифра обозначает наружный диаметр в миллиметрах. Также встречаются цоколи без резьбы.

1.2 Принцип работы лампы накаливания

В лампе используется эффект нагревания проводника ( тела накаливания- спирали) при протекании через него электрического тока.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение , а часть уходит в результате процессов теплопроводимости и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, тогда как основная доля приходится на инфракрасное излучение.

Для повышения коэффициента полезного действия ( КПД) лампы и получения максимально « белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в сою очередь ограничена свойствами материала нити- температурой плавления.

Если бы вольфрамовые тела накала использовались на открытом воздухе, то при таких температурах вольфрам мгновенно бы превратился в оксид. Именно поэтому тело накала помещено в колбу, из которой откачан воздух.

Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп резко уменьшают скорость испарения вольфрама, благодаря чему не только увеличивается срок службы лампы, но и есть возможность повысить температуру тела накала, что позволяет повысить КПД и приблизить спектр излучения к белому. Колба газонаполненной лампы не так быстро темнеет за счет осаждения материала тела накала , как у вакуумной лампы.

1.3Анализ зависимость энергии от частоты излучения.

Для оценки качества света используется цветовая температура. При типичных для ламп накаливания температурах 2200-3000 K излучается желтоватый свет, отличный от дневного. В вечернее время «тёплый» (< 3500 K) свет более комфортен и меньше подавляет естественную выработку мелатонина, важного для регуляции суточных циклов организма и нарушение его синтеза негативно сказывается на здоровье.

Низковольтные лампы накаливания при той же мощности имеют больший ресурс и светоотдачу благодаря большему сечению тела накаливания. Поэтому в многоламповых светильниках (люстрах) целесообразно применение последовательного включения ламп на меньшее напряжение вместо параллельного включения ламп на напряжение сети. Например, вместо параллельно включенных шести ламп 220 В и 60 Вт применить шесть последовательно включенных ламп 36 В 60 Вт, то есть заменить шесть тонких спиралей одной толстой.

Возрастающая характеристика сопротивления нити накала (при увеличении тока сопротивление растет) позволяет использовать лампу накаливания в качестве примитивного стабилизатора тока. При этом лампа включается в стабилизируемую цепь последовательно, а среднее значение тока выбирается таким, чтобы лампа работала вполнакала.

В мигающих лампах последовательно с нитью накала встраивается биметаллический переключатель. За счёт этого такие лампы самостоятельно работают в мерцающем режиме.

1.4 Преимущества и недостатки ламп накаливания

Преимущества

Недостатки

Высокий индекс цветопередачи , Ra 100

Низкая световая отдача

Налаженность в массовом производстве

Относительно малый срок службы

Низкая цена

Хрупкость, чувствительность к удару и вибрации

Небольшие размеры

При термоударе или разрыве нити под напряжением возможен взрыв баллона

Нечувствительность к ионизирующей радиации

Резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения

Мгновенное зажигание и перзажигание

Лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает, в зависимости от мощности , следующих величин: 25 Вт-100ºС, 40 Вт-145ºС, 75 Вт-250ºС, 100 Вт-290ºС, 200 Вт-330ºС. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности ламп мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут

Нагрев частей лампы требует термостойкой арматуры светильников

Невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения

Отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации

Возможность работы на любом роде тока

Нечувствительность к полярности напряжения

Возможность изготовления ламп на самое разное напряжение ( от долей вольта до сотен вольт)

Отсутствие гудения при работе на переменном токе

Возможность использования регуляторов яркости

Не боятся низкой и повышенной температуры окружающей среды, устойчивы к конденсату

Непрерывный спектр излучения

2.История создания энергосберегающей лампы

Первым предком лампы дневного света были газоразрядные лампы. Впервые свечение газов под воздействием электрического тока наблюдал Михаил Ломоносов, пропуская ток через заполненный водородом стеклянный шар.

Официально первая люминесцентная или, как еще называют, флуоресцентная лампа была создана в начале прошлого века инженером -изобретателем из США Питером Купером Хьюиттом, получившим на нее патент 17 сентября 1901 года. Хотя некоторые исследователи оспаривают его первенство в изобретении, называя «отцом» люминесцентной лампы малоизвестного немецкого физика Мартина Аронса, экспериментировавшего с ртутными лампами в конце 19 века.

Изобретенная и запатентованная Хьюиттом люминесцентная лампа содержала ртуть , пары которой нагревались проведенным через нее электротоком. Лампа Хьюитта была шарообразной формы и слегка изогнута , она давала больше света, чем лампа Лодыгина -Эдисона, но свет этот был голубовато-зеленым, неприятным для глаза. По этой причине первые ртутные лампы использовали только фотографы и они не получили широкого распространения.

Люминесцентная лампа в ее практически современном виде была создана группой немецких изобретателей во главе с Эдмундом Гермером, запатентовавшими свое изобретение 10 декабря 1926 года. Именно Гермеру пришла идея нанести флуоресцирующее покрытие на поверхность лампы изнутри, которое преобразовывало ультрафиолетовое свечение ртутной лампы в белый свет, не режущий глаз. Альберт Халл , инженер компании « General Eleсtric», разработал люминесцентную лампу с аналогичным покрытием к началу 1927 года, но компания была вынуждена приобрести патент Эдмунда Гермера, как оформившего его раньше.

С момента приобретения патента Гермера инженеры « General Eleсtric» активно принялись за совершенствование люминесцентных ламп, стараясь довести их до серийного производства. Для сокращения размеров колбы были созданы лампы круглой и U-образной формы, продемонстрированные на стенде «GE» на всемирной нью-йорской выставке 1939 года, лампы с компактной спиралевидной колбой разработаны инженером « General Eleсtric» Эдвардом Хаммером в 1976 году. Впрочем, спиралевидные люминесцентные лампы в 80-х так и не были запущены в производство, поскольку руководители компании сочли расходы на строительство новых заводов чрезмерными. В 1995-м медлительностью « General Eleсtric», воспользовались китайские производители, наладив выпуск энергосберегающих ламп со спиралевидными колбами.

2.1 Принцип работы

Компактные энергосберегающие лампы работают так же, как и обычные люминесцентные лампы с тем же принципом преобразования электрической энергии в световую. Трубка имеет на концах два электрода, которые нагреваются до 900-1000 С и испускают множество электронов, ускоряемых приложенным напряжением, которые сталкиваются с атомами аргона и ртути. Возникающая низкотемпературная плазма в парах ртути преобразуется в ультрафиолетовое излучение. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, преобразующим ультрафиолетовое излучение в видимый свет . Подбирая определенный вид люминофора, можно изменять цветность света лампы. К электродам подводится переменное напряжение, поэтому их функции постоянно меняются: они становятся то анодом, то катодом. Генератор подводимого к электродам напряжения работает на частоте в десятки килогерц, поэтому энергосберегающие лампы, по сравнению с обычными люминесцентными лампами, не мерцают.

2.2 Преимущества и недостатки энергосберегающей лампы

Преимущества

Недостатки

приближенный к естественному спектру излучения лампы

химическая опасность

низкий уровень потребления электричества увеличивает срок эксплуатации электрической проводки;

неравномерный спектр

средняя продолжительность срока службы энергосберегающей лампы от года до нескольких лет;

Фаза разогрева длится до 2 минут,мерцание лампы с частотой питающей сети

возможность выбора в товарной линейке товара с определенным уровнем свечения и необходимым оттенком (например, теплый дневной или холодный дневной);

вышедший из строя стартёр вызывает фальстарт лампы (визуально определяется несколько вспышек перед стабильным зажиганием)

каждая лампа сопровождается гарантийным талоном

Ограниченный температурный диапазон. Большинство энергосберегающих ламп не предназначены для эксплуатации их при температуре ниже -15°С.

отмечается больший по сравнению с лампой накаливания уровень свечения и площадь светового покрытия;

Жёсткие требования к напряжению в сети. В случае снижения питающего напряжения энергосберегающих ламп более чем на 10% они попросту не зажигаются. Т. е, «в полнакала», как обычные лампы накаливания в «просаженной» сети эти лампы работать не будут. Весьма важный фактор, т. к, далеко не все электрические сети у нас имеют стандартные показатели качества электроэнергии (зачастую, это сельские сети, сети дачных массивов).

в процессе длительной эксплуатации производственные характеристики лампы остаются неизменными;

Высокая стоимость

энергосберегающие лампы обладают низким уровнем теплоотдачи. Это обстоятельство делает их безопасными для детей и расширяет спектр применения (можно использовать в светильниках и приборах, выполненных из материалов с низкой температурой плавления).

Другим недостатком энергосберегающих ламп является то, что 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. Однако если человек находится на расстоянии не ближе, чем 30 сантиметров от ламп, вред ему не наносится.

Также не рекомендуется использовать в жилых помещениях энергосберегающие лампы мощностью более 22 ватт, т.к. это тоже может негативно отразиться на людях, чья кожа очень чувствительна. Очень многие люди стали пользователями энергосберегающих ламп, однако британские ученые обнаружили, что такие лампы могут нанести серьезный вред чувствительной коже и здоровью.

Специалисты провели исследование, которое показало, что свет энергосберегающих ламп может стать причиной мигреней и даже приступов эпилепсии. А вот у людей, у которых очень чувствительная кожа, из-за таких лампочек могут появиться сыпь, экземы, псориаз и отеки на коже. Также такие осветительные приборы вредны для нежной кожи младенцев. Медики отмечают, что энергосберегающие лампы не вырабатывают канцерогенных веществ. Не отмечено ни одного случая возникновения злокачественной опухоли, который был бы связан с применением этих источников света. Все жалобы, которые когда-либо касались таких ламп, связаны с чрезмерной чувствительностью кожи.

На сегодняшний день существует 2 вида энергосберегающих ламп: коллагеновые и флуоресцентные. Наиболее опасные из них - флуоресцентные. Специалисты советуют исключить из продажи лампочки этого вида, рассчитанные на 100 ватт. Лампы энергоемкостью 40 и 60 ватт считаются менее вредными, сообщили эксперты.

3.Светодиодные лампы

3.1 История создания.

Светодиодная лампа является одним из самых экологически чистых источников света. Принцип свечения светодиодов позволяет использовать в производстве и работе самой лампы безопасные компоненты. Светодиодные лампы не содержат ртутьсодержащих веществ, поэтому они не представляют опасности в случае выхода из строя или разрушения. Различают законченные устройства - светильники и элементы для светильников - сменные лампы.

Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом из Маркони Лабс.

В 1961 году Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли и запатентовали технологию инфракрасного светодиода.

Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал Ник Холоньяк в компании General Electric в 1962 году. Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода». Его бывший студент, Джордж Крафорд, изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз в 1972 году. В 1976 году Т.Пирсол создал первый в мире высокоэффективный светодиод высокой яркости для телекоммуникационных применений, изобретя полупроводниковые материалы, специально адаптированные к передачам через оптические волокна.

Светодиоды оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года (около $ 200 за штуку), их практическое применение было ограничено. Компания «Monsanto » была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах. Компании «Hewlett-Packard » удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.

Вплоть до начала 1970-х годов американскими учёными светодиоды назывались «Losev Light» (Свет Лосева). Постепенно название «Losev Light» упоминалось реже и реже, и постепенно забылось.

О. В. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием. Полученные им два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927г.) формально закрепили за СССР приоритет в области светодиодов, утраченный в 1960-гг. в пользу США после изобретения современных светодиодов, пригодных к практическому применению.

3.2 Конструкция светодиодного светильника

Светодиодный модуль;

Осветительная арматура;

Печатная плата;

Алюминиевое основание;

Светодиод;

Винтовой цоколь;

Блок питания;

Место крепления.

Основу светодиода составляет искусственный полупроводниковый кристаллик размером 0,3 × 0,3 мм. Цвет свечения зависит от материала кристаллика. Так, красные и желтые светодиоды, как правило, изготовляют на основе арсенида галлия, зеленые и синие - на галлий-нитридной основе. Усиления свечения добиваются разными способами. В одних случаях в состав кристаллика вводят специальные добавки и присадки, в других - применяют многослойные структуры, что позволяет реализовать в одном кристаллике сразу несколько р-n-переходов, увеличив тем самым яркость его свечения.

Кристаллик "сажают" в металлическую полированную чашечку (медную или алюминиевую), которая является отражателем и "катодом" (-), к самому кристаллику "приваривают" золотую нить -"анод" (+). Затем всю конструкцию заливают прозрачным компаундом*, которому придают определенную форму (назовем это колбой).

От нее зависит угол излучения света, испускаемого кристалликом. Если верх колбы плоский, свет выходит широким пучком (угол составляет 120-130°). Если верх выпуклый, получается линза, собирающая свет в более узкий пучок (угол 8-60°). Чем меньше угол излучения, тем более интенсивный световой поток дает кристалл.

Выпускаются светодиоды разных цветов: красного, желтого, зеленого, синего, сине-зеленого и белого; причем белые светодиоды с недавних пор бывает нескольких оттенков (холодного, теплого, "солнечного" и т. д.).

Стоимость светодиодов зависит от цвета и колеблется довольно существенно. Если выбрать для примера наиболее простые устройства с диаметром колбы 5 мм, то самыми дешевыми окажутся красные, а самыми дорогими - зеленые.

Иногда светодиодным светильником называют традиционный светильник с установленной сменной светодиодной лампой. Однако специально спроектированный светильник обладает большей энергоэффективностью и надежностью. Светодиодные источники света в основном используются для направленного или местного освещения по причине особенностей полупроводникового излучателя светить преимущественно в одном направлении.

3.3 Принцип работы

Сегодня физика работы светодиода кажется весьма простой: при подаче «прямого» напряжения на p- и n- области кристалла полупроводника, через p-n переход носителями положительных и отрицательных зарядов начинает создаваться электрический ток. В процессе передачи тока происходит так называемая рекомбинация - слияние и взаимная компенсация электронов (отрицательных зарядов) и «дырок» (положительных зарядов). Но рекомбинация, как явление энергетических превращений, обязательно сопровождается излучением какого-либо кванта. В обычных полупроводниках высвобожденная энергия рекомбинации превращается в тепло. Но изменяя состав полупроводникового кристалла, можно достичь эффекта, когда «свободным» квантом рекомбинации будет фотон. А фотон, как известно - квант света. Таким образом, свечение светодиода есть следствие рекомбинации зарядов в p-n переходе полупроводника специального состава. Очевидно, что если практически вся энергия рекомбинации переходит в световую энергию, то на тепловую ничего не остается. Этим объясняется отсутствие нагрева работающего светодиода. Цвет излучаемого светодиодом света не монохроматичен, как у лазера, но имеет довольно узкий спектр, что долгое время определяло область применения светодиодов как индикаторных приборов. Но в зависимости от состава полупроводника, оказалось возможным создавать светодиоды, излучающие от средне-инфракрасного до жесткого ультрафиолетового спектры. Эта особенность светодиодов сильно расширила горизонты использования приборов: от медицинских до научно-исследовательских лабораторий. Легкий, надежный, эффективный и стабильный источник излучения нашел применение в тысячах и тысячах отраслях

3.4 Преимущества и недостатки.

Преимущества

Недостатки

Высокая световая отдача. Современные светодиоды сравнялись по этому параметру с натриевыми газоразрядными лампами и металлогалогенными лампами, достигнув 150 Люмен на Ватт.

Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих).

Очень высокая цена от 300 до 2000 рублей

Длительный срок службы - от 30000 до 100000 часов (при работе 8 часов в день - 34 года). Но и он не бесконечен - при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

Светодиоды дают направленный свет, поэтому для получения привычной освещенности , необходимо использовать более одной лампы

Спектр современных светодиодов бывает различным - от тёплого белого = 2700 К до холодного белого = 6500 К. Малая инерционность - включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутно-фосфорных ламп время включения от 1 секунды до 1 минуты, а яркость увеличивается от 30 % до 100 % за 3-10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды.

Для стабильной и долговечной работы этих светильников нужно применять весьма дорогие источники питания и системы охлаждения. Без этих устройств светодиоды быстро деградируют. Источники питания используются импульсные, т.к. в наших электросетях большие перепады напряжения, несовместимые даже с ГОСТом, источники часто выходят из строя

Количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света - ламп накаливания, газоразрядных ламп).

Различный угол излучения - от 15 до 180 градусов.

Низкая стоимость индикаторных светодиодов, но относительно высокая стоимость при использовании в освещении, которая снизится при увеличении производства и продаж.

Безопасность - не требуются высокие напряжения, низкая температура светодиода или арматуры, обычно не выше 60 градусов Цельсия.

Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

Экологичность - отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения в отличие от люминесцентных ламп.

II.Практическая часть

1.Сравнительная характеристика ламп накаливания, люминесцентных ламп и светодиодных ламп

Изучив преимущества и недостатки всех видов освещения я решила их объединить в одну таблицу, чтобы выяснить какая лампа имеет больше плюсов.

Лампа накаливания

Компактно люминесцентная лампа

Светодиодная лампа

Срок службы

1000-2000 часов

5000-10000 часов

30000-100000 часов

Потребление энергии

100 Вт

20 Вт

10 Вт

Безвредность

безвредны

содержат ртуть

безвредны

Необходимость утилизации

нет

да

нет

Необходимость утилизации

Не требует особых мер утилизации

требует специальных мер утилизации

Не требует особых мер утилизации

Использование во влажных и пыльных помещениях

возможно, но не желательно

нежелательно, сокращается срок службы

возможно

Задержка включения

нет

да

нет

Частое включение и отключение питания

сокращает срок службы

сокращает срок службы

не влияет на срок службы

Мерцание

есть

возможно

нет

Нагрев поверхности лампы

120 градусов

60 градусов

30 градусов

Виброустойчивость

нет

нет

да

Техническое обслуживание

часто

умеренно

нет

Из этой таблицы можно сделать следующий вывод, что больше всего плюсов имеет светодиодная лампа, на втором месте лампа накаливания и последнее место занимает энергосберегающая лампа.

Значит, надо задуматься, стоит ли менять лампы накаливания на энергосберегающие?

Поэтому я разработала памятку «Экономичное использование ламп накаливания»

( приложение 1)

2. Социологический опрос

Изучив теорию, я провела социологический опрос среди учащихся 8-11 классов и работников школы. Были предложены следующие вопросы:

Какие лампы вы используете для освещения?

Пользуетесь ли Вы настольными лампами при выполнении домашнего задания?

Какая лампочка стоит в настольной лампе? Лампа накаливания, лампа дневного света или энергосберегающая лампа?

Как вы избавляетесь от перегоревших ламп?

Проанализировав ответы, я пришла к выводу, что:

У 50% учащихся в доме есть энергосберегающие лампы;

80% опрошенных, пользуются настольными лампами при выполнении домашнего задания;

У 37% в настольной лампе стоит энергосберегающая лампочка, у 39% - лампа накаливания и у 24% - лампа дневного света.

94% опрошенных просто выбрасывают перегоревшие (испорченные) лампы

Большинство учащихся, а именно 89%, свет, исходящий от энергосберегающих ламп не раздражает, у остальных он вызывает неприятные ощущения.

По результатам опроса я выяснила что:

1. Количество энергосберегающих ламп в домах наших учащихся недостаточно велико, эти лампы используют в комнатах, где не требуется нагрузка на глаза в вечернее время

2. 80% опрошенных используют настольные лампы, в которых стоят энергосберегающие лампочки. Ученые доказали , что если человек находится на расстоянии ближе, чем 30 сантиметров от ламп, ему наносится вред и поэтому мне хотелось бы предостеречь учащихся нашей школы о правилах пользования энергосберегающими лампочками.

3. Все лампы этого типа выбрасываются, тем самым увеличивая с каждым днем количество соединений ртути в окружающей среде, что ухудшает экологическую обстановку .

Решение: разработать памятки « Правила использования энергосберегающих ламп» и донести их до населения ( приложение 2)

3. Расчет энергопотребления разных видов ламп

Цель: рассмотреть энергопотребление разных видов ламп в домашних условиях.

Рассчитать потребление и стоимость энергии при использовании светодиодов ( мощность 5Вт), лампы накаливания ( мощность 75 Вт),энергосберегающей лампы ( мощность 15 Вт)

светодиоды

Лампа накаливания

Энергосберегающая лампа

Время работы

10 часа

10 часа

10 часа

Потребляемая энергия, кВт·ч

0,05

0,75

0,15

Стоимость, руб

0,12

1,85

0,37

Расчет экономической целесообразности применения светодиодных ламп

Светодиодные лампы

Энергосберегающие лампы

Лампа накаливания

Потребляемая мощность, Вт

8,5

14

60

Срок службы, час

50 000

6000

1000

Стоимость лампы, руб

490

300

20

Количество кВт·ч, используемых за 50 000 часов работы

425

700

3000

Стоимость электроэнергии ( тариф 2,4 6 руб. за кВт·ч)

1045,5

1722

7380

Количество ламп необходимых для срока службы 50 000 часов

1

9

50

Общая стоимость ламп, руб

490

2700

1000

Общая стоимость эксплуатации лампы за 50000 часов, руб.

1535,5

4422

8380

Вывод: Таким образом, светодиодные лампы менее энергозатратны, следовательно, финансово более выгодны.

Заключение:

В настоящее время в продаже можно встретить и лампы накаливания, и энергосберегающие лампы, и светодиодные лампы. С целью экономии энергии лучше всего использовать энергосберегающие и светодиодные лампы. Но при использовании энергосберегающих ламп возникает проблема утилизации, так как они химически опасны, а светодиодные лампы имеют очень высокую цену . Выбор лампы это дело каждого человека. Я считаю, что можно использовать и лампу накаливания и платить столько же, как при использовании энергосберегающих ламп.

Список литературы

1. energosber.info/articles/energy-tools/61919/

2. ru.wikipedia.org

3. netschools.ru/sch1567/dost/demowork/zaslav.pdf

4. lib.znate.ru/docs/index-243535.html

5. himtrade.com.ua/support/49.htm

Приложение 1

Памятка «Экономичное использование ламп накаливания»

1. Не забывайте выключать за собой свет там, где он не нужен.

2. Для улучшения естественного освещения в помещении выполняйте отделку стен и потолка светлыми тонами.

3. Не мешайте проникновению естественного света в помещение: следите за чистотой окон, не заставляйте подоконник комнатными растениями, не закрывайте без необходимости шторы днем.

4. Содержите в чистоте лампы и плафоны.

Приложение 2

Памятка « Правила использования энергосберегающих ламп»

1. Люминесцентные лампы используйте в теплых помещениях при температуре от +20°С

2. Не выбрасывайте энергосберегающие лампы в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры.

3. Если вы разбили лампу дома, то, чтобы не получить отравления парами ртути, надо предпринять меры по демеркуризации помещения: необходимо провести механическую очистку от соединений ртути и устроить проветривание помещения на несколько часов.

4. Люминесцентные лампы различаются по типу свечения: естественный свет, дневной и тёплый. Для освещения в доме и квартире используйте теплый свет.

5. Не используйте люминесцентные лампы в детских комнатах

6. Если вы используете люминесцентные лампы в настольных лампах , то располагайте их на расстоянии не менее 30 см от себя

7. Чтобы правильно рассчитать количество Ватт для комфортного освещения в помещении нужно умножить площадь помещения на количество Вт из строчки таблицы, соответствующей типу освещения, в результате проведения вычислений, можно определить количество ламп

Люминесцентная лампа

Уровень освещенности

Вт/м²

Приглушенный свет

2

Средний свет

3

Яркий свет

4

3