XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Модель светодиодного графического экрана для демонстрации законов геометрической и волновой оптики
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Одним из наиболее часто встречаемых элементов домашнего интерьера является стекло. Из стекла сегодня делают разнообразные полочки, дверцы, флэш – панели, другие элементы интерьера. На сегодняшний день светодиоды пользуются популярностью и очень актуальны. Светодиодная подсветка, которая устанавливается на стеклянные панели, поможет им заиграть неповторимыми цветами, создать настроение.
Данная работа является моим самостоятельным научным исследованием. Изучение материалов интернета и литературы по данной теме, систематизация знаний позволила мне разработать и создать техническую модель «Графический светодиодный экран».
Личный вклад в проведенное исследование состоит в определении объекта и предмета исследования, его цели и задач, выбора и применения исследовательских методов, удачную разработку и техничное исполнение модели. Мною доказана возможность создания своими руками графического экрана, данная модель апробирована в школе в урочной и внеурочной деятельности.
Цель работы:
создание графического светодиодного экрана, который украсит интерьер моей комнаты, станет отражением моего настроения и мыслей.
Задачи:
1) ознакомиться с поэтапным созданием графического экрана;
2) изучить принцип его действия;
3) собрать модель и провести эксперименты по изучению его работы.
Гипотеза:
возможно ли создание светодиодного графического экрана своими руками
Теоретическая часть
Сейчас специалисты используют самые современные технологии и инновационное оборудование, и для подсветки чаще всего применяют светодиоды, ведь они имеют очень небольшие размеры и не излучают ультрафиолет. Светодиодная лента позволяет без особых проблем подсветить любые труднодоступные места, не занимая много места, в отличие от громоздкой светотехнической аппаратуры предыдущих поколений [6].
Цвета светодиодов - это весь видимый спектр, такое богатство оттенков гарантирует потрясающие световые эффекты, когда свет может окрашиваться во множество цветов [3].
Цвет подсветки может быть абсолютно разным, начиная от белого и заканчивая фиолетовым. Есть возможность изменять оттенки подсветки, использую ленту RGB. Так, подсветка будет плавно меняться по вашему желанию. Управлять очень просто. Достаточно на расстоянии установить специальный радиопередатчик или контроллер, который подключен к системе подсветки с помощью проводов. С использованием контроллера можно менять цвета подсветки и добавлять разные эффекты, изменять яркость или добавлять мерцание [4].
Если подключить преобразователь, то можно регулировать яркость свечения по необходимости, как вручную с использованием пульта, так и автоматически, по предварительно заданной программе. Это означает, что экран в разное время может выглядеть абсолютно по-разному [5].
Принцип работы экрана
Светодиодная лента, установленная с торцов стеклянного экрана, излучает свет, который проходит сквозь стекло. На границе раздела между стеклом и воздухом происходит полное внутреннее отражение света [1]. Полное внутреннее отражение света происходит при условии, что свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную среду.
n- показатель преломления среды; показывает во сколько раз скорость света в данной среде меньше, чем скорость света в вакууме
nстекла = 1,5 nвоздуха =1 [2]
Вычислим предельный угол полного внутреннего отражения
от границы стекло – воздух:
Свет отражается и от надписи, нанесенной на поверхность стекла водным маркером. В зависимости от цвета диодной ленты рисунок на экране тоже меняет цвета и насыщенность.
.
Практическая часть
Для создания графического светодиодного экрана нам потребуется:
Стекло 300 мм *500 мм *10 мм.
Светодиодная лента RGB по толщине стекла на 10 мм.
Фанера на 10 мм.
Контроллер и блок питания на 220 В.
Двухсторонний армированный скотч и малярный скотч.
Отделочный уголок 25 мм * 25 мм.
Рояльные шарнирные петли.
Краска черная матовая.
Маркеры на водной основе.
Этапы работы
По торцу стекла на двухсторонний скотч приклеиваем светодиодную ленту [см. прил. 1].
Из фанеры по заданным размерам выпиливаем заднюю стенку экрана и ножки, шлифуем детали и красим их краской в три слоя [см. прил. 2-3].
Закрепляем ножки экрана на рояльные шарнирные петли [см. прил. 4].
С помощью скотча соединяем стекло и заднюю стенку экрана
[см. прил. 5-6].
Из отделочного уголка делаем рамку экрана и красим её краской, предварительно заклеив стекло малярным скотчем [см. прил. 7].
Устанавливаем петли для подвешивания экрана.
Проверяем работу светодиодов и контроллера [см. прил. 9].
В ходе выполнения работ у меня возникла идея создания светодиодного графического экрана с другими параметрами: использовать светодиодную ленту одного цвета шириной 6 мм и соответственно стекло толщиной 6 мм.
Размеры стекла 600 мм * 700 мм * 6 мм.
Инструменты, материалы, этапы работы аналогичные первой модели [см. прил. 10].
Заключение
С помощью стекла и светодиодной ленты можно по-своему декорировать интерьер, делая его уникальным. Светодиодный графический экран дополнит интерьер моей комнаты, я смогу рисовать на нём и оставлять сообщения моим родителям.
Себестоимость экрана 1000 рублей, а готовые светодиодные экраны стоят от 3000 рублей. Светодиодный экран можно сделать самому в домашних условиях. Плюсом является совершенствование моих умений и навыков, изучение теории по физике, экономия семейного бюджета.
Список источников и литературы
Большой справочник ФИЗИКА для школьников и поступающих в вузы, - М. Дрофа, 1999
Пинский А. А. «Учебник для 11 класса», - М. Просвещение 1999
Перельман Я. И. «Занимательная физика», - М. Госиздат. 1949
https://oknaforlife.ru/poleznaya-informatsiya/podsvetka-stekla-s-tortsa
https://ledcountry.ru/blogs/blog/led-ekran
https://arlightspb.ru/resheniya/article_post/podsvetka-stekla
Приложение
Этапы работы
1. 2. 3. 4. 5. 6.7. 8. 9. 10.