Обучающие программы и исследовательские работы учащихся
Помогаем учителям и учащимся в обучении, создании и грамотном оформлении исследовательской работы и проекта.

Наш баннер

Мы будем благодарны, если Вы установите наш баннер!
Баннер сайта Обучонок
Код баннера:
<a href="https://obuchonok.ru/" target="_blank"> <img src="https://obuchonok.ru/banners/banob2.gif" width="88" height="31" alt="Обучонок. Исследовательские работы и проекты учащихся"></a>
Все баннера...

Тематика: 
Физика
Автор работы: 
Губанова Мария
Руководитель проекта: 
Абдрахманова Марина Хасанзяновна
Учреждение: 
МБОУ «Гимназия №10» г.Зеленодольск
Класс: 
9

В готовой исследовательской работе по литературе "Умный светильник" ученицей была поставлена цель создать "умный" светильник. Для этого автором проекта было проведено исследование теоретической базы по истории возникновения электрических осветительных приборов и их видоизменения с течением времени.

Подробнее о работе:


В ученическом исследовательском проекте по физике на тему "Умный светильник" автор рассматривает теоретическую информацию о лампе накаливания, выясняет, каким образом она устроена, а также рассматривает способы изготовления светильников в домашних условиях с минимальными денежными затратами.

В индивидуальном детском проекте "Умный светильник" автор изучает, из чего состоит "умный светильник", в чем заключается его польза, а также выясняет, как устроены светодиод и фоторезистор. В работе приведены характеристики светодиода и лампы накаливания, определены их плюсы и минусы. В практической части проекта учащаяся описала этапы создания "умного" светильника и правила его сборки.

Оглавление

Введение
1. Историческая справка.
2. Устройство лампы накаливания.
3. Польза «умного» светильника.
4. Из чего состоит «умный» светильник.
5. Как устроены светодиод и фоторезистор.
6. Преимущество светодиода над лампочкой накаливания.
7. Правила сборки.
8. Создание собственного «умного» светильника.
Заключение
Список литературы

Введение


Искусственный свет от лампочки настолько плотно вошел в нашу повседневную жизнь, что мы перестали даже замечать, насколько важным является это изобретение. Оценить его необходимость мы можем лишь иногда, в период кратковременного отключения электричества, и то, если это случается вечером, когда темно.

Сейчас в мире множество разных современных модернизированных светильников: меняющие цвет, на пульте управления, включающиеся по хлопку и многие другие. Но мне показался самым интересным и востребованным «умный» светильник, самостоятельно включающийся в темноте и выключающийся при свете. И именно на тему «Умный светильник» я и захотела сделать проект, и, в процессе проекта, собрать его.

Цель: Создание «умного» светильника.

Задачи:

  1. Изучить историю создания лампочки
  2. Изучить из чего состоит «умный светильник»
  3. Понять, как устроены светодиод и фоторезистор

Историческая справка

Первая лампа накаливания изобретена русским электротехником Александром Николаевичем Лодыгиным. В качестве нити накаливания он применил угольный стержень, который поместил в вакуумный сосуд. На свое изобретение летом 1874 года Лодыгин получил патент. Но на этом он не остановился. Александр Николаевич продолжил свои исследования, работая над тем, чтобы использовать тугоплавкие металлы в качестве нити накаливания.

Спустя год, Василию Федоровичу Дидрихсону удалось усовершенствовать лампу Лодыгина, тем самым продлив срок ее службы. Он предложил откачивать воздух из сосуда, а также использовать не одну, а несколько нитей накаливания.

Параллельно с Лодыгиным работу в этом же направлении вел и известный американский изобретатель Томас Эдисон. В своей лампе он использовал платиновую нить накаливания, а в 1879 году запатентовал свое изобретение. Однако такое изделие стоило очень дорого, поэтому не получило широкого распространения. Вернувшись к работе с угольным стержнем, Томас через год создает лампу, работающую в течение сорока часов. Именно Эдисон придумал цоколь и патрон, а спустя некоторое время наладил производство лампочек по цене два с половиной доллара за штуку.

Лодыгин, продолжая работать с тугоплавкими металлами, создает лампочку с вольфрамовой нитью накаливания. В 1906 году компания «GeneralElectric» покупает у него патент на это изобретение. Спустя три года сотрудник компании ИрвингЛенгмюр добился увеличения времени работы вольфрамовой нити путем наполнения лампы аргоном. Чуть позже американский физик Уильям Дэвид Кулидж смог усовершенствовать метод изготовления вольфрамовой нити. Все эти изобретения в комплексе позволили лампе с вольфрамовой нитью накаливания постепенно завоевать весь рынок и вытеснить конкурентов.

Устройство лампы накаливания

умный светильник 1

Строение и схема лампы накаливания выглядят так:

  • стеклянная колба грушевидной или округлой формы;
  • тело накала (вольфрамовая или угольная нить), расположенное в ней на двух держателях-крючках;
  • два электрода;
  • предохранитель;
  • ножка;
  • цоколь (корпус) с изолятором;
  • его контакт (донышко).

Рассмотрев, из чего состоит лампочка, важно понять и принцип её работы:

  • При включении света через донышко цоколя к телу накала проходит ток.
  • Вольфрамовая нить сильно разогревается после замыкания электрической цепи, что приводит к её свечению.
  • На этот момент температура нити достигает 570 градусов.
  • Таким образом спектр свечения лампочек сдвинут в сторону теплых температур.

Для справки: чем ниже градус вольфрамовой/угольной нити, тем ниже будет доля энергии, которая подходит к телу накала и провоцирует его видимое излучение. Ретро-лампы тем и отличаются, что медленнее и слабее прогревают спираль.

Польза «умного» светильника


А сейчас возвратимся к «умному светильнику» и рассмотрим его пользу.

Данный прибор включается при наступлении темноты и отключается при наступлении рассвета. Применение такого светодиодного светильника достаточно целесообразно, особенно, в условиях постоянного удорожания энергии.

Из чего состоит «умный» светильник

Умный светильник состоит из светодиода, фоторезистора, резистора, ключа и источника тока, соединёнными проводами.

Светодиод - это полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

умный светильник 3

Фоторезистор - полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом. Не имеет p-n перехода, поэтому обладает одинаковой проводимостью независимо от направления протекания тока.

умный светильник 4

Резистор - пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления.

умный светильник 5

Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

Ключ - это устройство, применяемое для замыкания и/или размыкания электрической цепи или группы электрических цепей.

умный светильник 6

Как устроены светодиод и фоторезистор

Цилиндрический корпус из эпоксидной смолы с двумя выводами стал первым конструктивом для светоизлучающего кристалла. Закругленный цветной или прозрачный цилиндр служит линзой, формируя направленный пучок света. Выводы вставляются в отверстия печатной платы (DIP) и с помощью пайки обеспечивают электрический контакт. Излучающий кристалл располагается на катоде, который имеет форму флажка, и соединяется с анодом тончайшим проводом.

Существуют модели с двумя и тремя кристаллами разного цвета в одном корпусе с количеством выводов от двух до четырёх. Кроме этого, внутри корпуса может быть встроен микрочип, управляющий очередностью свечения кристаллов либо задающий чистоту его мигания.Светодиоды в DIP корпусе относятся к слаботочным, используется в подсветке, системах индикации и гирляндах.

умный светильник 7

Принцип действия фоторезистора заключается в следующем: между двумя проводящими электродами находится полупроводник (на рисунке изображен красным), когда полупроводник не освещен – его сопротивление велико, вплоть до единиц МОм. Когда эта область освещена её проводимость резко возрастает, а сопротивление соответственно падает.

В качестве полупроводника могут использоваться такие материалы как: сульфид Кадмия, Сульфид Свинца, Селенит Кадмия и другие. От выбора материала при изготовлении фоторезистора зависит его спектральная характеристика. Простыми словами – диапазон цветов (длин волн) при освещении которыми будет корректно изменяться сопротивление элемента.

умный светильник 8

Преимущество светодиода над лампочкой накаливания


Криптоновые и биспиральные лампы накаливания обладают повешенными характеристиками, но всё же лампы накаливания в целом стремительно уходят в прошлое из-за преобладания недостатков над достоинствами.

Они имеют только жёлтый тон света, недолгий срок работы, хрупкость, нагрев (максимум 30% потребляемой энергии идёт на освещение), очень энергозатратны, перегорают при перепадах электроэнергии.

Светодиодные лампочки – торжество высоких технологий. Светодиоды не нагреваются, очень долго работают, максимально экономят энергию, экологичные (выброшенная лампочка не нанесёт вреда земле и воздуху), прочные, спокойно переносят частое включение-выключение, имеют многообразные формы и цвета света.

Правила сборки

[МАКЕТНАЯ ПЛАТА]

  1. Это ключевой элемент каждого проекта. Чтобы собрать устройство по схеме, нужно аккуратно вставлять в отверстия ножки деталей.
  2. Отверстия внутри соединены по 5 штук вместе металлическими рейками.
  3. При сборке следить, чтобы ножки компонентов, которые нужно соединить, оказались на одной рейке.
  4. Любому устройству нужно питание.
  5. Не перепутать «плюс» и «минус».

[ПОЛЯРНОСТЬ]

  1. Не спутать «плюс» и «минус» важно не только для батареек, но и для некоторых других элементов. Их называют полярными.
  2. Ставить элементы в точности, как на рисунке, а не задом наперёд.

[ПРАВИЛА СБОРКИ]

  1. Сборку любого устройства начинают с расстановки компонентов на макетной плате.
  2. Когда все детали размещены, сравнить схему и убедиться в отсутствии ошибок.
  3. Затем переходить к установке проводов.
  4. Подключать батарейки, только убедившись в правильности схемы.

Создание собственного «умного» светильника

умный светильник 9умный светильник 10


Заключение

В заключение хочется отметить, что, как правило, построение интеллектуального дома начинается именно с функции управления освещением, поскольку одна эта функция способна значительно преобразить наш опыт пребывания в своем доме.

Проведенный опыт показал, что при должной подготовке, наличии соответствующих знаний и инструментов создание «умного» освещения не составляет большого труда.

Всего лишь за несколько десятков лет наука и техника совершили настолько большой прорыв, что то, что ранее казалось совершенно фантастичным, теперь реализуемо в короткие сроки и доступно каждому.

Список литературы

  1. Игнатьева, Е. А. Умный дом – технология будущего / Е. А.
  2. Игнатьева, С. А Шпаков // Современные наукоемкие технологии.-2013-№7
  3. Лапина, А. П. Энергоэффективные технологии / Лапина А. П.
  4. Инженерный вестник Дона -2015-№ 1-2.
  5. Новый взгляд на умный дом — [Электронный Ресурс].


Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Партнеры и статистика