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.

Практическая часть №1.
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 10000 часов 10000 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.

Заключение по практической части: В ходе исследования характеристик различных ламп 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 растёт, 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.