В ходе индивидуального исследовательского проекта по физике на тему «Виды ламп и их особенности» учащийся 11 класса подробно изучил каким образом изменяются уровень освещенности, время розжига, температура нагрева, энергопотребление и световой поток ламп при условии изменений высоты.

Подробнее о работе:

В процессе работы над исследовательской работой (проектом) по физике на тему «Виды ламп и их особенности» обучающийся 11 класса просчитал и оформил в виде таблиц расходы на электроэнергию при использовании различных видов ламп, а также произвел приблизительный расчет для выяснения возможных цифр экономии.

Оглавление

Введение

1. Лампы накаливания
2. Энергосберегающие лампы
3. Устройство лампы
4. Светодиодные лампы
5. История светодиодных ламп
6. Виды светодиодных ламп
7. Преимущества светодиодных ламп
8. Практическая часть №1

Заключение
Список использованных источников

Жизнь человека тесно связана с электричеством: часто мы задаемся вопросом: какую электрическую лампу выбрать и как при этом сэкономить?

Чтобы разобраться в этом, я исследовал свойства различных видов энергосберегающих ламп.
Результаты работы представлены мной в исследовании: «Виды ламп: достоинства и недостатки».

Цель работы: исследовать и сравнить следующие критерии ламп:

• уровень освещенности ламп на различных высотах;
• время розжига ламп;
• температуру нагрева;
• энергопотребление;
• световой поток.

Я предположил: лампы накаливания имеют меньшую светоотдачу, чем светодиодные лампы. Меньший уровень освещенности, большую температуру нагрева по сравнению со светодиодными лампами.

План моих действий: исследовать различные виды ламп, сравнить их характеристики (освещенность, температуру нагрева, потребляемую мощность).
В ходе проделанной мною работы были проведены различные опыты, оценивающие различные виды ламп.

Лампа накаливания — искусственный источник света, в котором свет испускает тело накала, нагреваемое электрическим током до высокой температуры. Это самые распространенные в быту источники света. Они бывают нескольких типов. Их используют там, где к освещению не предъявляют особых требований, где потребление энергии и срок службы не являются определяющими.

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.

Самую первую лампочку накаливания придумал английский учёный Деларю ещё 1840 году. Она была с платиновой спиралью. Немного позже, 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.

Преимущества ламп накаливания:
Имеют отличные цветовые характеристики, их цвет приятен для глаз; можно легко управлять интенсивностью и направлением света; их удобно применять, легко и просто заменять; для них не нужны системы электронного запуска и стабилизации; они универсальны.

Недостатки ламп накаливания:
Низкая световая отдача, относительно малый срок службы, представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40 Вт — 145 °C, 75 Вт — 250 °C, 100 Вт — 290 °C, 200 Вт — 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

Энергоэффективная лампа — электрическая лампа, обладающая более сильной светоотдачей (соотношением между световым потоком и потребляемой мощностью), например, в сравнении с наиболее распространёнными сейчас в быту лампами накаливания.

Благодаря этому замена ламп накаливания на энергосберегающие способствует экономии электроэнергии.

Компактная люминесцентная лампа состоит из нескольких основных узлов:

1. Встроенный электронный балласт
2. Колба с газообразным наполнением
3. Цоколь

Принцип функционирования ЭЛ основывается на явлении под названием люминесценция. Внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором. Это вещество может иметь разный состав, от чего 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 энергосберегающих ламп:

• экономичность в 5 раз выше, чем у ламп накаливания.
• срок службы 8-10 тыс. часов;
• низкая теплоотдача; равномерность излучения;
• широкая цветовая гамма.

Недостатки энергосберегающих ламп:

• сложность плавной регулировки яркости;
• снижение напряжения приводит к отключению лампы;
• небольшая мощность;
• чувствительность к скачкам напряжения;
• задержки при включении ламп: стационарный режим освещения наступает через 2 минуты;
• зависимость срока службы от количества переключений.
• ЭЛ - самые вредные из всех типов ламп из-за находящихся в них паров ртути. Их запрещено выбрасывать вместе с бытовыми отходами дома;
• относительно высокая цена;
• излучение ультрафиолетового света, негативно влияющего на кожный покров. Для чувствительных к нему людей допустимо находиться на расстоянии от светильника не ближе 30 см, а мощность следует выбрать не более 21 Вт.

Несмотря на большое количество недостатков, достоинства существенно преобладают.

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.

Впервые свечение полупроводникового перехода обнаружил в 1923 году советский физик Олег Лосев. Первые светодиоды назвали "Losev Light" (Свет Лосева). Сначала появился красный светодиод, затем в начале 70-х годов появились желтые и зеленые светодиоды.

Синий светодиод был создан в 1971-м Яковом Панчечниковым, но он был очень дорог. В 1990 году японец Суджи Накамура создал дешевый и яркий синий светодиод. После появления синего светодиода стало возможным делать источники света с тремя кристаллами (RGB). Такие источники до сих пор используются в концертном и декоративном освещении.

Светодиодные лампы повторяют все возможные виды ламп накаливания, галогенных и люминесцентных ламп.
В светодиодных лампах могут использоваться разных типов светодиоды. В одних из самых первых версий светодиодных ламп использовались светодиоды в пластиковом корпусе.
Сейчас довольно редко можно встретить светодиоды в пластиковом корпусе, и, как правило, это мощные светодиоды.

В большинстве современных ламп используются светодиоды без корпуса и светодиодные сборки. В последнее время всѐ чаще используются светодиодные излучатели COB (chip on board). В них множество светодиодов покрыты единым люминофором.

Плюсы по сравнению с обычными лампами накаливания:

• 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 — ребёнок не обяжется 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.
• Возможность установить светодиодную лампу, гораздо более яркую, чем лампа накаливания, в светильник, имеющий ограничение по мощности.
• Свет хороших ламп визуально неотличим от света ламп накаливания.

Плюсы есть и при сравнении с компактными люминесцентными (энергосберегающими) лампами (КЛЛ):

• Экологичность — отсутствие опасных веществ (в колбе любой КЛЛ содержится ртуть).
• Экономичность — лампа потребляет меньше энергии при том же световом потоке.
• Светодиодная лампа мгновенно зажигается на полную яркость, а КЛЛ плавно набирает яркость от 20% до 100% за минуту при комнатной температуре и гораздо медленнее при низких температурах.
• У КЛЛ плохой спектр, состоящий из пиков нескольких цветов. Спектр светодиодной лампы гораздо ближе к естественному освещению и свету лампы накаливания.

Минусы:

• Высокая цена.
• Присутствие на рынке ламп с плохим качеством света (пульсация, плохие цветовые характеристики, некомфортная цветовая температура, несоответствие светового потока и эквивалента лампы накаливания заявленным).
• Проблемы у некоторых ламп с выключателями, имеющими индикатор.
• Регулировку яркости (диммирование) поддерживают только некоторые дорогие модели.

Некоторые физические характеристики ламп.

1. Световая отдача — это характеристика, показывающая количество света, приходящегося на один Ватт мощности. Единицей измерения световой отдачи является Л м/Вт (специалисты говорят «люменов с ватта», подразумевая, что каждый ватт потребленной электроэнергии выдает некоторое количество люменов светового потока).
2. Освещенность — это отношение значения светового потока лампы к площади освещаемой поверхности. Измеряется в «люксах» (Л к). Именно по величине освещенности определяют интенсивность освещения той или иной лампы на разных точках поверхности.

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).

1. Исследование характеристик ламп накаливания.

Цель: исследовать освещенность.
Оборудование: Лампы на 75 Вт и 95 Вт, линейка.
Ход работы: Располагая лампы на разных высотах 1 м и 50 см. Заметить время розжига ламп и оценить температуру нагрева.

№	Характеристики	75 Вт	95 Вт
1.	Освещенность на h1=1 м, h2=50 см	Е1= 95 лк, Е2=350 лк	Е1= 415 лк, Е2= 130 лк
2.	Время розжига ламп	нет	нет
3.	Температура нагрева	250 ̊С	290 ̊С
4.	Срок службы	1000 ч	1000 ч

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

2. Исследование характеристик энергосберегающих ламп.

Цель: исследовать освещенность и световой поток энергосберегающих ламп.
Оборудование: Лампы на 15 Вт и 20 Вт, люксметр (смартфон), линейка.
Ход работы: Располагая лампы на разных высотах 1 м и 50 см, над люксметром определить освещенность энергосберегающих ламп. Заметить время розжига ламп и оценить температуру нагрева.

№	Характеристики	15 Вт	20 Вт
1.	Освещенность на h1=1 м, h2=50 см	Е1= 90 лк, Е2=307 лк	Е1= 110 лк, Е2= 320 лк
2.	Время розжига ламп	2 мин	2 мин
3.	Температура нагрева	Не нагреваются	Нагревается не значительно
4.	Срок службы	10 000 часов	10 000 часов

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

3. Исследование характеристик светодиодных ламп.

Цель: Исследовать освещенность.
Оборудование: Лампы на 12 Вт и 8 Вт, линейка.
Ход работы: Располагая лампы на разных высотах 1 м и 50 см. Заметить время розжига ламп и оценить температуру нагрева.

№	Характеристики	12 Вт	8 Вт
1.	Освещенность на h1=1 м, h2=50 см	Е1= 110 лк, Е2=450 лк	Е1= 60 лк, Е2= 195 лк
2.	Время розжига ламп	1-2 с	1-2 с
3.	Температура нагрева	Не нагреваются	Не нагреваются
4.	Срок службы	10 000 часов	10 000 часов

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

В ходе индивидуального исследовательского проекта по физике на тему «Виды ламп и их особенности» я пришел к следующим выводам:

1. Каждая лампа имеет разную освещенность, температуру накала;
2. Светодиодные лампы во время работы не нагреваются;
3. Для работы энергосберегающих ламп и светодиодных ламп требуется время
4. розжига, а для ламп накаливания нет;
5. Срок службы ламп больше у светодиодных ламп.
6. Энергосберегающие и светодиодные лампы дают экономию электроэнергии.

Я посчитал расходы на электроэнергию при использовании ламп накаливания, энергосберегающих и светодиодных ламп. Получился приблизительный расчёт, но он позволяет составить представление о порядке цифр возможной экономии.

	Лампа накаливания	Энергосберегающая	Светодиодная
Количество ламп	3 за 1 год	3 за 1 год	3 за 1 год
Установленная мощность	75 Вт=0,075 кВт; 3 лампы=0,225 кВт	20 В т= 0,02 кВт; 3 лампы = 0,06 кВт	12 Вт = 0,012 кВт; 3 лампы = 0,036 кВт.
Затраты на лампы	1 лампа по 25 рублей; 3 лампы =75 рублей;	1 лампа по 230 рублей; 3 лампы = 690 рублей;	1 лампа по 120 рублей; 3 лампы = 360 рублей.
Плата за электроэнергию 3,89 руб/кВтч	0,225*1000*3,89= 875,25	0,06*1000*3,89= 233,40	0,036*1000*3,89= 140,04
Итого с затратами на лампы	889,14	958,60	512,25
Экономия	27,15	-	387,15

Выводы: На основании сделанных исследований можно отметить, что

• самыми экономичными и безопасными для обращения являются светодиодные лампы;
• самыми простыми являются лампы накаливания;
• самыми вредными являются энергосберегающие лампы, т.к. содержат ртуть и излучают ультрафиолетовое излучение;
• самый большой срок работы у энергосберегающих и светодиодных ламп;
• самыми дорогими являются энергосберегающие лампы.

Рекомендации по выбору ламп:

• Лампы накаливания не рекомендуется применять в тех помещениях, где свет горит долгое время, а также в светильниках для натяжных потолков по причине сильного нагрева. Лампы можно применять для освещения коридора, туалета, ванной комнаты, т.е. там, где существует потребность частого включения-выключения света при непродолжительном времени использования.
• Энергосберегающие лампы плохо переносят частое включение-выключение, именно поэтому их не рекомендуется устанавливать в коридоре, ванной комнате или санузле.
• При выборе светодиода учесть, что существует две основных разновидности колб - матовая и прозрачная. Светодиоды матового типа отличаются более рассеянным светом, а прозрачного типа наиболее ярким, что будет идеальным для люстры из хрусталя.
• Приобретая такую лампу, следует помнить, что только светодиоды высокого качества будут соответствовать заявленным на упаковке параметрам потребления электроэнергии.
• Светодиоды, произведённые в Китае, соответствуют по КПД люминесцентной лампе.
• При выборе отталкиваться лучше от гарантийного срока эксплуатации, что составляет от 3 до 5 лет. Если за этот временной отрезок лампочка сломается, ее должны заменить на новую бесплатно.
• Учитывайте цену лампы. Качество не может стоить дешево. Низкая цена - признак невысокого качества товара, служба которого будет недолгой, и желаемой экономии не будет. Покупать товар лучше известного производителя, предпочтительнее - европейского.

1. Верне и Сильвия Карлсон. «Настольная книга осветителя».
2. Леонид Варфоломеев. «Элементарная светотехника».
3. Давиденко Ю.Н. Настольная книга домашнего электрика: люминесцентные лампы.
4. Кладницкий Д.А., Чубатый С.И. Справочник по осветительной аппаратуре.
5. Козловская В.Б., Радкевич В.Н., Сацукевич В.Н. Электрическое освещение.
6. Ю.Б. Айзенберг , Ю.Г. Басов , М.М. Гуторов, С.А. Клюев , Ц.И. Кроль , Е.И. Мясоедова , Е.А. Никитина, Г.Н. Рохлин. Справочная книга по светотехнике.
7. Кодряну Константин. Электрическое освещение.