XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Какие электролампочки более эффективны

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Волосюк Д.В. 1

---

1МАОУ "Гимназия 3 в Академгородке"

Ашихмина Т.Б. 1

---

1МАОУ "Гимнизия 3 а Академгородке"

Работа в формате PDF

776.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В квартире много лампочек, когда лампочки меняем – изменяется свет. В магазине продается много лампочек, цены сильно отличаются. А какие лампочки лучше?

Цели работы:

• Понять, что такое освещенность, и почему это важно для человека

• Понять какие бывают лампы и почему они светят по-разному

• Определить какие лампочки выгоднее использовать

Актуальность работы в том, что

1. Лампы освещения используются повсеместно – они нужны всем и везде

2. Лампы освещения светят по-разному – от чего зависит свет и какой свет лучше?

3. Стоимость ламп освещение может отличаться – какие лампочки выгоднее покупать?

Теоретическая часть

Типы ламп

Лампа накаливания

Лампа накаливания – это первая лампа освещения, которая была изобретена в конце 18 века.

Суть работы лампы накаливания – это преобразование электрической энергии в тепловую и световую. Процесс работы таких ламп можно сравнить с обычным горением: огонь также дает свет и тепло.

Главной часть лампы накаливания является нить накала (или нить накаливания). Именно она и греет и светит. Чтобы она реально не сгорала (как костер), нить накаливания изготавливают от тугоплавкого материала – вольфрама. Его температура плавления 3400 °С, до такой температуры нить накаливания не нагревается при работе лампы. Также нить накаливания помещается в колбу, из которой откачивается кислород, что не дает нити «окислиться» и превратиться в пыль.

Важные моменты:

• Лампы накаливания сильно греются буквально после нескольких секунд работы – к таким лампам уже нельзя прикоснуться без риска получить ожог

Люминесцентная лампа

В люминесцентной лампе используются специальный газ, который светится под воздействием электрического тока. И хотя это свечение мало подходит для освещения – все же придумали способ сделать такие лампы. В них на внутренней стороне колбы наносят специальный порошок, который от свечения газа сам начинает светится ярким белым светом. А этот свет уже пригоден для освещения.

Светодиодная лампа

Еще в начале 20 века ученые заметили странное свечение при проходе электрического тока через некоторые кристаллы. В последствии на базе этих кристаллов создали приборы – светодиоды, которые светятся при прохождении через них электрического тока. На сегодняшний день, светодиодные лампы – самые распространенные.

Что такое освещенность?

Чтобы понять, что такое освещенность – нужно сначала разобраться, а что же такое свет?

Свет – представляет собой поток световых волн, который испускает источник света. Чем больше световых волн, тем «ярче» свет от источника.

Этот поток световых волн так и называется – световой поток. Световой поток измеряется в люменах (лм).

Однако, сам по себе световой поток не знает нам представление об освещенности конкретного места – на не столько важно, как ярко светит лампа, как – насколько хорошо она освещает конкретного место.

Таким образом, с практической точки, более важен другой параметр – освещенность.

Освещенность поверхности – это световой поток, который достигает этой поверхности:

Освещенность измеряется в люксах (лк). Если поверхность, площадью 1 м² равномерно освещает световой поток силой 1 люмен – то освещенность каждой точки этой поверхности будет 1 люкс.

Опытная работа

У меня было две цели в моей опытной работе:

1. Определить соответствует ли нормам освещенности освещенность в моем классе?

2. Какие лампочки самые эффективные?

3. Какие лампочки выгоднее покупать себе в квартиру?

Освещенность в классе

Я замерил освещенность в моем классе при помощи люксометра. Вот какие значения освещенности я получил:

Если посмотреть на нормы освещенности, по в классе должно быть 400-500 лк. Причем на партах достаточно 400 лк, а у доски – должно быть 500 лк.

По моим замерам видно, что у нас в классе с освещенностью не очень все хорошо. В первую очередь слабая освещенность у доски. У меня получилось 380 лк, а должно быть 500 лк. На партах – освещенность в целом хорошая, около 400 лк. Кроме первой парты третьего ряда – там освещенность всего 301 лк.

Выводы

Во-первых, по возможности следует оставлять первую парту третьего ряда свободной, так как там более всего страдает освещенность. Возможно, имеет смысл попросить школьного электрика заменить лампы около этого места на более мощные.

Во-вторых, у нас слабая освещенность у доски. Однако, пре пришло в голову, что доска то у нас не обычная, а электронная. В нормы освещенности были сформированы для обычных досок. Возможно, это и нормально, что электронная доска освещается чуть похуже, иначе бы на ней могли появляться блики. Тут желательно, проконсультироваться с специальными службами, которые за это отвечают. И скорректировать освещенность у доски согласно их выводам.

Какие лампочки самые эффективные?

Что такое эффективность лампы? Я решил, что более эффективная лампа должна ярче светить и меньше потреблять электроэнергии.

Например, если у нас есть две лампы: Лампа 1 и Лампа 2. Если Лампа 2 светит ярче Лампы 1 в 2 раза, но при этом потребляет электроэнергии в 3 раза больше первой, то какая из них более эффективная? В данном примере, Лампа 1 более эффективная. Так, если взять две Лампы 1, то мы получим такую же освещенность что и у Лампы 2, но потребление электроэнергии будет меньше (1 + 1 < 3).

Измерительная установка

Для проведения измерений, мы собрали измерительную установку. Она представляет собой круглый светильник и два измерительных прибора:

• Ваттметр – прибор, который измеряет потребление электроэнергии

• Люксометр – прибор, который измеряет освещенность в конкретной точке

Я использовал эту установку для измерения потребления электроэнергии каждой из исследуемых лампочек и определения, какую освещенность обеспечивает каждая лампочка в определенной точке (там где находился люксометр).

Было очень важно при проведении измерений, чтобы светильник и люксометр находились в одном и том же месте. Иначе, результаты измерений нельзя было бы сравнивать между собой.

Исследуемые лампочки

Для исследования были выбраны случайным образом 22 различные лампочки. Список лампочек приведен в Приложении 1. В этом наборе оказалось 6 лампочек накаливания и 16 светодиодных лампочек. «Спиральных» люминесцентных лампочек уже не продают в магазинах, поэтому их я не исследовал. Судя по всему, такие лампочки уже проиграли светодиодным и обычным (лампам накаливания). В магазинах еще можно найти «длинные» люминесцентные лампочки, но я их не мог использовать, так для них бы потребовалась другая (гораздо более сложная) измерительная установка.

Проверка гипотезы: освещенность можно складывать

На самом деле, в примере с Лампой 1 и Лампой 2 выше используется утверждение, в котором мы не до конца уверены. Почему 2 Лампы 1 дадут такую же освещенность, как и Лампа 2? Можно ли складывать освещенность у двух ламп? Это важный вопрос. Давайте это проверим!

Я взял два светильника и провел измерения при включенных/выключенных лампах и включенном/выключенном комнатным светом (фоном). Вот что получилось:

Опыт 1: фонового освещения нет (в темноте)

Результат: 19 + 21 = 40 – гипотеза верна, сумма освещенностей от каждой из ламп равна освещенности при двух лампах

Опыт 2: фоновое освещение 13 люксов (полутьма)

Результат: 26 + 25 = 51 – гипотеза верна, сумма освещенностей от каждой от ламп равна освещенности при двух лампах

Опыт 3: фоновое освещение 85 люксов (светло)

Результат: 19 + 21 = 40 – это отличает от измеренного значения (38 люксов). Однако значения близкие – считаем это неточностью измерений. Таким образом - гипотеза верна, сумма освещенностей от каждой от ламп равна освещенности при двух лампах

Вывод: наша гипотеза о том, что что сумма освещенности от отдельных ламп равна освещенности при лампах, включенных одновременно подтвердилась!

Проверка гипотезы: правильная ли мощность указывается на лампочках?

На каждой лампочке указывается ее мощность. Но можно ли верить этому значению?

Давай те проверим, это не сложно сделать при помощи прибора Ваттметр. Этот прибор представляет собой специальную розетку. Если в нее включить лампочку, то прибор покажет потребляемую ею мощность.

И вот результаты:

Выводы: нельзя верить тому, какая мощность указана на лампочке!!! Но для нашего эксперимента это не страшно. У нас же есть правильная, измеренная нами же, мощность каждой из исследуемых лампочек!

Расчёт эффективности лампочек

Теперь для расчета эффективности лампочек, нужно просто разделить создаваемую этой лампочкой освещенность на ее потребляемую мощность.

Освещенность я измерял прибором люксометром в том же самый момент, когда я замерял потребляемую мощность.

Для расчета эффективности я использовал следующую формулу:

Результаты приведены в таблице в Приложении 3

Более наглядно это видно на графике:

Вот самая эффективная лампочка!

Выводы

Из полученных результатов можно сделать такие выводы:

• Эффективность ламп накаливания сильно меньше эффективности светодиодных ламп

Эффективность светодиодных ламп сильно отличается – лучшая от худшей отличается в 4 раза!

Какие лампочки наиболее выгодны?

Является ли самая эффективная лампочка – самой выгодной с точки зрения цены? Необязательно. Ведь при расчёте эффективности лампы мы не учитывали ее стоимость.

Расчет стоимости 1ч работы лампы

Давайте рассчитаем сколько будет стоит использование каждой лампы за срок ее службы.

Получается такая формула для расчёта стоимости 1ч работы лампы:

Обратите внимание, что по этому показателю победу одержала лампа ЛС4, а не самая эффективная ЛС16.

Так какую же лампочку стоит покупать домой, ЛС4 или ЛС16? Или какую-то другую?

А давайте посмотрим на нее? Вот она:

Ничего не напоминает? Это же брат-близнец ЛС16!

Выводы

В двух экспериментах – по определению самой эффективной лампочки и самой выгодной – у нас победили лампы фирмы Лексман, которые внешне напоминают лампы накаливания. По всей видимости – это какая-то новая технология изготовления светодиодных ламп и такие лампы самые выгодные для использования дома.

И все же, какие покупать ЛС4 или ЛС16?

Если посмотреть на характеристики этих ламп, то можно увидеть, что у них разная «световая температура» - одна из них испускает «теплый свет», другая – «холодный».

Итоговый вывод – покупайте домой светодиодные лампы фирмы Лексман, похожие на лампы накаливания. И среди них выбирайте такие, которые более подходят вам по своему свету.

Литература

1. Л. Громова. Свет и звук. Физика для детей. Издательство Качели, 2022г. 112с. ISBN 978-5-907401-38-9.

2. Исследование освещенности. Онлайн ресурс, https://ekonyus.info/research/issledovanie-osvesennosti

3. Нормы освещенности. Онлайн ресурс, https://npo-soyuz.ru/tehinfo/normy-osveshennosti

4. Нормы освещенности для образовательных заведений. Онлайн ресурс, https://npo-soyuz.ru/tehinfo/obrazovatelnye-uchrezhdeniya

Приложение 1. Нормы освещенности

Нормы освещенности для образовательных заведений:

Приложение 2. Исследуемые лампочки

Приложение 3: Рассчет эффективности лампочек