Исследовательская работа "Лампы"
творческая работа учащихся по физике (11 класс)

Всероссийская научно-практическая конференция

«СТУДЕНЧЕСКАЯ НАУКА: ОТ МЕЧТЫ К ПРОФЕССИИ» ___________________________________________________

Направление:

Математические и естественные науки

Тема:

«Энергосберегающие лампы: польза или вред»

Автор:

Макарова Алена Дмитриевна,

Научный руководитель:

Данилова Елена Андреевна,

учитель физики

Образовательное учреждение:

ГБПОУ «Сосновский

агропромышленный техникум»

2023 г.

Содержание

Введение…………………………………………………………….3

1. История создания лампочки…………………………………..4

1. Как устроены лампы…………………………………………...4
2. Характеристики ламп………………………………………….5

2. Опасные факторы источников света…………………………6
3. Возможность выбора свечения……………………………….7

1. Результаты эксперимента……………………………..............7

4. Расчет потребления энергии………..…………………………8
5. Вред от ламп…………………………………………………...9
6. Результаты опроса…………………………………….…….....9
7. Заключение…………………………………………………….10.

Список литературы………………………………………………..11

Приложения ………………………………………………………12

Введение

В настоящее время энергосбережение является одной из приоритетных задач страны. Это связано с дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также с глобальными экологическими проблемами.

Внедрение энергосберегающих технологий в хозяйственную деятельность, как предприятий, так и частных лиц на бытовом уровне, является одним из важных шагов в решении многих экологических проблем – изменения климата, загрязнения атмосферы (например, выбросами от ТЭЦ), истощения ископаемых ресурсов и др. При этом основные усилия по энергосбережению сконцентрированы именно в сфере потребления электроэнергии.

Решение проблем, связанных с оптимизацией потребления электроэнергии за счет перехода на так называемые Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ) (или как их еще называют Энергосберегающие лампы – ЭСЛ), называют как более простой и менее затратный способ сокращения потребления энергии. Правительство России заявило, что планируется постепенное запрещение использования ламп накаливания. С 2012 года запретили производство и импорт ламп накаливания мощностью более 75 Вт, а к 2015 году – все остальные. Эти меры, как заявлено, принимаются для экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу путем повсеместного внедрения энергосберегающих ламп. На сегодняшний день энергосберегающие лампы прочно вошли в нашу жизнь, и практически каждый использует их в своем домашнем обиходе. Человек использует ресурсы природы и должен обратить внимание на энергосбережение. Новые энергосберегающие технологии всё активнее входят в нашу жизнь. Свет, тепло и свежий воздух становятся всё дороже и дороже, поэтому расходовать их приходится более экономно. Энергосбережение стало доступным каждому жителю нашей планеты. Но является ли их использование безопасным с экологической точки зрения? Этот вопрос я постараюсь раскрыть в своей работе.

Проблема и цель проекта

Проблема:

Всё больше и больше в нашу жизнь входят энергосберегающие лампы, но незнание и халатное отношение к правильной утилизации их может привести к экологическому кризису. Цель: Ответ на вопрос: Является ли использование энергосберегающих ламп экологически и экономически эффективным?

Задачи:

1. Изучить научную литературу по теме проекта, выявить какова эффективность энергосберегающих ламп по экономии энергии в сравнении с обычной лампой накаливания.

2. Проанализировать информацию, связанную с воздействием энергосберегающих ламп на здоровье человека в процессе их применения.

3. Провести эксперимент по подсчету затраченной электроэнергии, при работе каждого вида ламп.

4. Провести эксперимент по воздействию энергосберегающих ламп на растения.

5. Привлечь внимание к проблемам экономии энергии и природных ресурсов, сохранения экологии окружающей среды.

Практическая значимость раскрывает особенности применения энергосберегающей лампочки, и дает возможность объективно оценить ее значимость, основываясь на рассмотренных фактах.

Гипотеза: раскрытие особенностей энергосберегающей лампочки позволит сформировать личностное мнение о необходимости массового внедрения применения ее на основе проведенного анализа имеющейся информации

1. История создания энергосберегающей лампочки

И сказал Бог: да будет свет. И стал свет.

И увидел Бог свет, что он хорош,

и отделил Бог свет от тьмы.

И назвал Бог свет днем,

А тьму ночью

Бытие I : 3-5

И сказал Бог: да будет свет. И стал свет.

И увидел Бог свет, что он хорош,

и отделил Бог свет от тьмы.

И назвал Бог свет днем,

А тьму ночью

Бытие I : 3-5

Так кто же изобрел лампочку?

В нашей стране ответят: Александр Николаевич Лодыгин.

Американцы тут же возразят: Томас Эдисон.

С 1840 по 1870 год десятки изобретателей пытались создать лампу накаливания. Неудача следовала за неудачей, и на идею уже махнули рукой.

И вот в 1872-1873 годах русский инженер и изобретатель Александр Николаевич Лодыгин сделал первую в мире лампу, которая выдержала все испытания. Она горела всего лишь 30 минут.

Когда из стеклянной колбы ламп начали откачивать воздух, они сделались долговечнее.

В 1873 году две лампы Лодыгина загорелись на улицах Петербурга.

Американский изобретатель Томас Эдисон знал о Лодыгинских опытах. Но он решил использовать угольную нить, сделанную из крепкого бамбукового волоска. Для этого он исследовал почти все сорта бамбука, растущие на земном шаре.

Эдисон провел более шести тысячи опытов с угольными нитями. Его лампа горела сотни часов, не перегорая. Но главное - Эдисон стал выпускать свои лампочки на заводе, то есть открыл им дорогу в мир .

Как устроены лампы

Чтобы разобраться в том, какие дополнительные особенности имеют лампы накаливания, нужно иметь представление об их устройстве. Любая энергосберегающая лампа, как правило, состоит из трёх основных элементов: цоколя, электронного блока и люминесцентной лампы.

Цоколь – это компонент, который позволяет подключить лампу к электрической сети.

Электронный блок – это пускорегулирующий механизм, который, преобразовывая сетевое напряжение в напряжение, необходимое для функционирования люминесцентной лампы, обеспечивает зажигание люминесцентной лампы и поддерживает дальнейшее её горение. Благодаря электронному блоку энергосберегающая лампа загорается и светит без мерцания, свойственного традиционным люминесцентным лампам.

Люминесцентная лампа – это наполненная аргоном и парами ртути стеклянная колба, стенки которой покрыты люминофорным составом. С подачей высокого напряжения внутри лампы такого рода начинается интенсивное движение электронов. При их столкновении с атомами ртути образуется невидимое глазу ультрафиолетовое излучение, которое в свой черёд, проходя через люминофорное покрытие, преобразуется в свет видимого спектра .

рис 1

Характеристики ламп

1. Напряжение питания — напряжение электрической сети, необходимое для зажигания и стабильной работы лампы. Измеряется в вольтах (В).

2.Мощность — электрическая мощность, потребляемая лампой. Единица измерения мощности осветительного прибора - ватт (Вт).

3. Световой поток — один из важнейших показателей эффективности светового действия. Мощность излучения сама по себе еще не гарантирует яркости света: ультрафиолетовое или инфракрасное излучение, каким бы мощным оно ни было, человеческим глазом не воспринимается. Сила светового потока определяется как отношение мощности излучения к его спектральному составу. Измеряется в люменах (лм).

4.Световая отдача — с точки зрения энергосбережения, ключевой параметр эффективности источника света. Он показывает, сколько света вырабатывает та или иная лампа на каждый ватт израсходованной на нее энергии. Световая отдача измеряется в лм/Вт. Максимально возможная отдача равна 683 лм/Вт и теоретически может существовать только у источника, преобразующего энергию в свет без потерь. Световая отдача ламп накаливания составляет всего 10-15 лм/Вт, а люминесцентных ламп уже приближается к 100 лм/Вт.

5.Уровень освещенности — параметр, определяющий, насколько освещена та или иная поверхность данным источником освещения. Зависит от мощности светового потока, от расстояния источника света до освещаемой поверхности, от отражающих свойств этой поверхности и ряда других факторов. Единица измерения - люкс (лк). Эта величина определяется как отношение светового потока мощностью в 1 лм к освещенной поверхности площадью 1 кв.м. Иными словами, 1 лк = 1лм/кв.м. Приемлемая для человека норма освещенности рабочей поверхности по российским стандартам составляет 200 лк, а по европейским достигает 800 лк.

6.Цветовая температура — важнейший качественный параметр, определяющий степень естественности (белизны) света, испускаемого лампой. Измеряется по температурной шкале Кельвина (К). Цветовую температуру можно условно разделить на тепло-белую (менее 3000 К), нейтрально-белую (от 3000 до 5000 К) и дневную белую (более 5000 К). В жилых интерьерах обычно используют лампы теплого тона, способствующие отдыху и расслаблению, а в офисных и производственных уместны более холодные лампы. Наиболее естественная, а значит, и комфортная для человека, цветовая температура лежит в диапазоне 2800-3500 К.

7.Индекс цветопередачи — относительная величина, определяющая, насколько естественно передаются цвета предметов в свете той или иной лампы. Цветопередающие свойства ламп зависят от характера спектра их излучения. Индекс цветопередачи (Ra) эталонного источника света (т.е. идеально передающего цвет предметов) принят за 100. Чем ниже этот индекс у лампы, тем хуже ее цветопередающие свойства. Комфортный для человеческого зрения диапазон цветопередачи составляет 80-100 Ra [5].

Эксплуатационные характеристики — к важнейшим параметрам эффективности различных типов ламп относятся также средний срок службы, скорость включения и гарантированное число включений, конструктивные особенности исполнения (используемая арматура, разъемная/неразъемная конструкция, совместимость с разными типами патронов, габариты и дизайн изделия). От этих характеристик зависят расходы на эксплуатацию, которые вместе с продажной ценой определяют уровень рентабельности лампы.

8.Размер. Энергосберегающие лампы производят в двух основных формах: U-подобная и в виде спирали. Никакой разницы в принципе работы этих видов ламп нет, отличия заключаются только в размерах. U-подобные лампы просты в производстве, дешевле спиралевидных ламп, но чуть больше по размеру. При покупке таких ламп следует заранее определить – подойдет ли выбранная U-подобная энергосберегающая лампа в вашу люстру, бра или светильник. Спиралевидные лампы сложнее произвести, они чуть дороже U-подобных, но имеют традиционные размеры как у лампочек накаливания, и как результат подходят ко всем световым приборам, где раньше применялись лампочки накаливания.

9.Тип цоколя. Энергосберегающие лампы, как и традиционные лампочки накаливания, имеют различный тип цоколя. Большая часть световых приборов рассчитана на цоколь Е27. Но есть и такие приборы, которые имеют цоколь Е14. Если в вашу люстру вкручивалась большая лампочка накаливания, то это цоколь Е27. Если у вас светильник с маленькой или средней лампочкой накаливания, то возможно это цоколь Е14.

Все названные характеристики энергосберегающих ламп, производители пишут на упаковке. Например, надпись ESS-02A 20W E27 6400K на упаковке лампочки DeLux означает, что лампа имеет мощностью 20 Вт, с большим цоколем (Е27), излучает холодный белый свет (6400К).

Опасные факторы источников света

• Горючие газы или жидкости
• Открытое пламя
• Яркое световое излучение
• Тепловое излучение и наличие раскаленных поверхностей
• Высокоинтенсивное световое излучение
• Высокое напряжение питания
• Радиоактивность

Лампы накаливания

Под действием электрического тока вольфрамовая спираль лампы нагревается до 3000 °С, достигает белого каления и светится ярким светом.

Лампы мощностью 40 Вт, 60 Вт, 75 Вт, 100 Вт средне экономичны и надежны.

Энергосберегающая лампа

Энергосберегающие лампы состоят из колбы, наполненной парами ртути и аргона, и пускорегулирующего устройства. На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество, называемое люминофор.

Такие лампы в отличие от ламп накаливания излучают свет благодаря электрическому разряду, проходящему через газ, заполняющий пространство лампы: ультрафиолетовое свечение газового разряда преобразуется в видимый нам свет.

ЭСЛ различаются:

По мощности: 15—55 ватт (эквивалентно 60—220 ватт);

По оттенку: более теплый оттенок — более холодный;

По цоколю: обычный цоколь или миниатюрный;

По фигуре колбы: линейная — спиралевидная;

По размерам: чем мощнее — тем больше.

ЕСЛИ вы выбираете для своей квартиры энергосберегающие лампы, помните - стоит обращать внимание на световую температуру и цветовой спектр. Часто энергосберегающие лампочки кажутся некомфортными для глаза только потому, что неправильно подобраны к помещению. Кроме того, слишком яркая для данного метража лампа будет вредна для глаз так же, как и слишком тусклая».

Возможность выбора цвета свечения

1. Тёплый свет - желтоватый, самый тёплый из спектра цвет. Подходит для кухни и спальни. А вот в рабочей зоне будет вызывать раздражение и дискомфорт.

2. Нейтральный (дневной) свет - тон, наиболее приближенный к стандартной «лампочке Ильича», нейтральный мягкий свет. Подходит для гостиной и детской комнаты.

3. Холодный белый свет - ярко-белое, голубоватое освещение. Подходит для офисных помещений, кабинетов. А вот в кухне и детской будет вызывать явный дискомфорт, утомляя глаза.

Компактная люминесцентная лампа(энергосберегающая)

Достоинства

#1042;ысокая светоотдача

2. Длительный срок эксплуатации

#1056;азличные значения цветовой температуры

#1053;изкий нагрев корпуса и колбы

Недостатки

#1048;скажения в цветопередаче

#1059;тилизация

Расчет потребления энергии энергосберегающей лампой

Расчет будем вести исходя из того, что:

• в люстре 5 ламп;

• лампы будут включены 24 часа в день в течение года.

• одна энергосберегающая лампа на 11 Вт заменяет лампу накаливания на 60 Вт.

Определим среднюю стоимость ламп в магазине «Магнит».

1. Стоимость

Энергосберегающие лампы

На 11 Вт 140 р( camelion). 160руб. ( uniel ) 180 р. (osram )

Лампы накаливания На 60 Вт 14 р.- 16 р 30 р.

Ср. цена ЭСЛ 160 рублей ЛН 20 рублей.

Кол - во ламп за 5 штук ЭСЛ -800 рублей за 5 штук 100 р.

Вывод:

При покупке 5 энергосберегающих ламп мы переплачиваем 705 рублей. Но энергосберегающая лампа при постоянной работе прослужит в среднем 12 месяцев, а лампа накаливания – 1,5 месяца. Поэтому для освещения помещения в течении года потребуется в 8 раз больше ламп накаливания, то есть 40 ламп.

• 40 * 20 = 800 р. – стоят 40 ЛН.
• Стоимость 5 ЭСЛ = стоимости 20 ЛН !
• Долгий срок службы ЭСЛ окупает свою стоимость!

Лампы накаливания

Определим расход электроэнергии при использовании ламп накаливания.

Возьмем 5 ламп по 60 Вт

5 * 6 0 = 3 00 Вт

300 *24 = 7200 Вт в сутки

7200 *30 = 216 000 Вт в месяц или

216 кВт в месяц

1 лампа накаливания 60 Вт заменяет энергосберегающую лампу на 11 Вт.

5 * 11 = 55 Вт

55 *24 = 1320 Вт в сутки

1320 *30 = 39600 Вт в месяц или

39,6 кВт в месяц

В месяц:

1 кВт в час стоит 2,26 рубля

За лампы накаливания заплатим:

216 *2,22 = 488,16 рублей в месяц

За ЭСЛ заплатим:

39,6 *2,2 6 = 89,496 рублей в месяц

Экономия: приблизительно 399 рубля в месяц.

В год мы экономим :

399 руб. *12 месяцев = 4788 рубля

Энергосберегающая лампа, несмотря на высокую стоимость, экономичнее в 5раз (!) чем дешевая лампа накаливания.

Простая замена привычных источников света на их энергосберегающих родственников сократит расходы энергоресурсов в 5 раз .

МИНУСЫ:

- Лампа накаливания переводит в свет лишь 10 % потребляемой энергии. Вся остальная энергия уходит в тепло.

- Сильный нагрев.

ПЛЮСЫ:

- Обычная лампа накаливания до сих пор является основным источником освещения.

- Низкая стоимость

- У энергосберегающей лампы световая отдача в 5 раз выше. То есть энерголампа, мощность которой 20 Вт, светит как 100 Вт-ная лампа накаливания.

- Экономия при оплате электроэнергии.

- При использовании почти не нагреваются.

- Большой срок службы

Вред от ламп

Многие страны, оценив преимущество энергосберегающих технологий, решили осуществить переход на энергосберегающие лампы на государственном уровне. Так, в странах Евросоюза продажа ламп накаливания, мощность которых превышает 100 Вт. запрещена с 1 сентября, а в России и Мексике запрет на их продажу действует с 1 января 2011 года. К 2014 году наша страна была намерена полностью прекратить производство ламп накаливания, а страны Евросоюза планировали это сделать уже в 2012 году. Эти намерения породили большое количество споров и дискуссий относительно безопасности для здоровья человека энергосберегающих люминесцентных ламп. Люминесцентные энергосберегающие лампы имеют высокий уровень ультрафиолетового излучения, поэтому они могут нанести вред тем, у кого повышена чувствительность кожи или имеется предрасположенность к кожным заболеваниям, таким людям рекомендуется находиться на расстоянии не менее 30 см от лампы.

По этой же причине выражают обеспокоенность специалисты ВОЗ по поводу установки таких ламп в детских лечебных учреждениях, так как особенный вред высокое ультрафиолетовое излучение может нанести детскому организму и организму беременной женщины, и её будущему ребёнку.

Из-за того, что в люминесцентных лампах (в количествах от 3 до 5 мг.) имеется высокотоксичная ртуть, а при повреждении лампы концентрация паров ртути в воздухе может достигнуть 7 мкг на 1м3, что значительно превышает предельно допустимые концентрации, которые не превышают 0,35 мкг/ м.3. Поэтому, если люминесцентная лампа случайно разбилась, нужно немедленно проветрить помещение, а людям желательно, как можно быстрее выйти на свежий воздух, потом нужно собрать все осколки лампы в полиэтиленовый герметично закрывающийся пакет, тщательно вымыть пол с добавлением марганцовки и ещё раз проветрить помещение.

Из-за содержания ртути люминесцентные лампы должны утилизироваться с соблюдением всех мер экологической безопасности, выбрасывать на свалку такие лампы ни в коем случае нельзя! Удаление ртути из ламп называется демеркуризацией, её осуществляют специализирующиеся на этом предприятия, с использованием специального оборудования.

- Ртуть и фосфор – это ядовитые вещества. Они присутствуют внутри энергосберегающих ламп.

- Лампа разогревается примерно 2 минуты

- Не приспособлена к работе при низких температурах (-15 -20ºC),

- Лампы "не любят" частого включения и выключения.

- Высокая цена. Цена энергосберегающей лампочки в 10-20 раз дороже обычной лампочки накаливания.

Основная проблема при использовании энергосберегающих ламп «УТИЛИЗАЦИЯ»

1. Энергосберегающую лампу нельзя просто так выкинуть в ведро.

2. Утилизацию должны проводить специальные компании, которые находятся в вашем городе (поселке, селе).

3. ЖКХ должно заключить с этой компанией договор.

Результаты опроса .

Вопросы:

1. Сколько всего в вашей квартире ламп?

2. Сколько из них энергосберегающих?

3. Знаете ли Вы все «+» и «-» энергосберегающих ламп?

4. Поддерживаете ли Вы необходимость замены ламп накаливания на энергосберегающие?

Количество анкет 20

Среднее количество всех ламп в квартире 13

Количество энергосберегающих ламп 5

Знают все «+» и «-» энергосберегающих ламп 15

Поддерживают необходимость замены ЛН на ЭСЛ 17

Заключение:

Об энергосберегающих лампах слышал, наверное, каждый. О необходимости перехода с обычных ламп накаливания на люминесцентные энергосберегающие лампы говорится и в программе ООН по окружающей среде.

Специалистам удалось подсчитать, что если на земле заменить все лампы накаливания на энергосберегающие, то это снизит потребление электроэнергии на 409 тераватт-часов, кроме того, удастся сократить выбросы углекислого газа в атмосферу на 246 млн. тонн.

По оценкам экономистов, переход на энергосберегающие лампы во всём мире окупится в среднем за год, при этом возможная экономия, составит не менее 210 млн. долларов в год.

Основные преимущества энергосберегающей лампы – это низкое потребление электроэнергии и большой срок службы.

Использование энергосберегающих ламп экономит денежные средства.

Однако, полностью перейти на новый вид ламп мешает психологический фактор «привычности» и осторожного отношения ко всему новому.

Надо найти «золотую середину»:

-постепенный переход на новый вид ламп;

-учитывая «-» энергосберегающих ламп, использовать параллельно с ними и лампы накаливания.

Нам необходимо научиться правильно использовать и утилизировать энергосберегающие лампы для того, чтобы не оказывать пагубного воздействия на окружающий нас мир!

Список источников литературы:

#1041;ольшая книга «Почему»? Вопросы и ответы, любопытная и полезная информация, викторины и занимательные опыты. ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2005, 239 с.:

2. Федеральный закон № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

3. Постановление Правительства РФ № 681 от г « Об утверждении правил обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств»

4. Е. Нагинионите «Лампы нового поколения: как их утилизируют в районе», газета «Наш район» №26, 4 июля 2013г.

5. Миллс Э. Потенциальные возможности всемирного энергосбережения в освещении. Светотехника. 2002. № 6. С. 2-4.

Приложения

рис 2

рис 3

рис 4

рис 5

рис 6

рис 7

рис 8

рис 9