VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ИЗМЕРЕНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ В УЧЕБНОМ КЛАССЕ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Даная тема была выбрано мной потому, что она актуальна для меня. Я нахожусь в учебном классе полдня, мы много читаем, пишем, рисуем. Для наших глаз это серьёзная нагрузка. Значит для этого должны быть созданы условия. И самое важное, как я думаю, это достаточное количество света. И мне интересно каким должно быть освещение в наших классах.. Достаточно ли светло? Как тесно связаны такая банальная вещь, как лампочка с энергией и экологией?
В век современных технологий эта тема очень актуальна. Как иметь достаточное освещение и сэкономить денежные средства? Интересно, всё дело в типах ламп? Наверное, старые и современные лампы – это очень большая разница во всём.
Цель: Найти выгодный и правильный способ освещения классной комнаты.
Задачи:
Изучить литературу и статьи в интернете по данной теме.
Провести замеры в классе.
Сравнить с требованиями СЭС
Сделать выводы.
Устранить проблемы (если получится)
Глава 1
Свет
Что мы знаем о свете. Для меня свет это день, это когда светло, а летом еще и тепло. Хотя на самом деле не все так просто как кажется. Обратимся к научной энциклопедии wikipedia
Свет — в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380—400 нм (750—790 ТГц), а в качестве длинноволновой границы — участок 760—780 нм (385—395 ТГц)[1].
В широком смысле, используемом вне физической оптики, светом часто называют любое оптическое излучение, то есть такое электромагнитное излучение, длины волн которого лежат в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра. В этом случае в понятие «свет» помимо видимого излучения включаются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения.
Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика.
Также, особенно в теоретической физике, термин свет может иногда выступать просто синонимом термина электромагнитное излучение, независимо от его частоты, особенно когда конкретизация не важна, а хотят, например, использовать более короткое слово. [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82]
Немного сложно для ученика 2 класса, но для нас это не главное. Мы видим, что свет изучает физика, значит у него есть какие-то свойства, значит его можно изучить, сравнить.
Глава 2
Наша основная задача понять светло или темно?
Как измерить это, что это за величина. Обратившись к открытым источникам, мы это выяснили. Оказывается, свет измеряется в люменах. А о люменах больше всего знает нами уже знакомая википедия .
Лю́мен (русское обозначение: лм; международное: lm) — единица измерения светового потока в Международной системе единиц (СИ), является световой величиной.
Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света, равной одной канделе, в телесный угол величиной в один стерадиан: 1 лм = 1 кд × ср (= 1 лк × м2)[1]. Световой поток Φv является редуцированной фотометрической величиной, образованной из энергетической фотометрической величины при помощи относительной спектральной чувствительности специального вида — относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения V(λ).
Световой поток монохроматического излучения с длиной волны λ, выражаемый в люменах, определяется по формуле Φv = 683 × Φe × V(λ), где Φe — поток излучения, выраженный в ваттах, а V(λ) — значение относительной спектральной световой эффективности для дневного зрения, соответствующее той же длине волны λ. [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%8E%D0%BC%D0%B5%D0%BD]
Каждая лампочка и не только лампочка, каждый предмет, который светится, испускает световой поток и его можно измерить.
В интернете есть справочная информация на некоторые из них
Световой поток типичных источников
|
Тип |
Световой поток (лм) |
Световая отдача (лм/Вт) |
|
Лампа накаливания 5 Вт |
20 |
4 |
|
Лампа накаливания 10 Вт |
50 |
5 |
|
Лампа накаливания 15 Вт |
120 |
8 |
|
Лампа накаливания 25 Вт |
220 |
8,8 |
|
Лампа накаливания 40 Вт |
415 |
10,4 |
|
Лампа накаливания 60 Вт |
710 |
11,8 |
|
Лампа накаливания 75 Вт |
935 |
12,5 |
|
Лампа накаливания 100 Вт |
1340 |
13,4 |
|
Лампа накаливания 150 Вт |
2160 |
14,4 |
|
Лампа накаливания 200 Вт |
3040 |
15,2 |
|
Галогенная лампа накаливания 230 В 42 Вт |
625 |
15 |
|
Галогенная лампа накаливания 230 В 55 Вт |
900 |
16 |
|
Галогенная лампа накаливания 230 В 70 Вт |
1170 |
17 |
|
IRC-галогенная лампа накаливания 12 В |
1700 |
26 |
|
Люминесцентная лампа 36 Вт |
2850—3350 |
79—93 |
|
Люминесцентная лампа 215 Вт |
17500 |
81,4 |
|
КЛЛ 105W E27/E40 4500 K 105 Вт |
5600 |
53,3 |
|
Металлогалогенная газоразрядная лампа (ДРИ) 250 Вт |
20100 |
80 |
|
Металлогалогенная газоразрядная лампа (ДРИ) 400 Вт |
35000—42000 |
88—105 |
|
Металлогалогенная газоразрядная лампа (ДРИ) 2000 Вт, 220/380 В |
190000/210000 |
95/105 |
|
Дуговая ртутная лампа (ДРЛ) 400 Вт |
24000 |
50-60 |
|
Индукционная лампа 40 Вт |
2800 |
90 |
|
Газоразрядная лампа 35 Вт («автомобильный ксенон») |
3000—3400 |
93 |
|
Натриевая газоразрядная лампа 400 Вт |
56500 |
141[2] |
|
Светодиод Luminus CSM-360 40−80 Вт |
6000[3] |
115 |
|
COB светодиод CXB3950 6500K DD (в режиме 86 Вт, 25 °C) |
15443 |
179[4] |
|
Светодиод Cree XLamp XHP70 32 Вт |
4022[5] |
150[5] |
|
Светодиод Cree JR5050 9V 4000K 5 Вт (в режиме 2,2 Вт) |
407 |
182[6] |
|
Солнце |
3,63⋅1028[7] |
93 |
[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%8E%D0%BC%D0%B5%D0%BD]
Сравнивая солнце и лампу накаливания, мы видим колоссальные масштабы и если бы, солнце было немного поближе, нас бы залило светом.
Глава 3
Люксметр (от лат. lux — «свет» и др.-греч. μετρέω «измеряю») — переносной прибор для измерения освещённости, один из видов фотометров.
Описание
Простейший люксметр состоит из селенового фотоэлемента, который преобразует световую энергию в энергию электрического тока, и измеряющего этот фототок стрелочного микроамперметра со шкалами, проградуированными в люксах. Разные шкалы соответствуют различным диапазонам измеряемой освещённости; переход от одного диапазона к другому осуществляют с помощью переключателя, изменяющего сопротивление электрической цепи. (Например, люксметр типа Ю-16 имеет 3 диапазона измерений: до 25, до 100 и до 500 лк). Ещё более высокие освещённости можно измерять, используя надеваемую на фотоэлемент светорассеивающую насадку, которая ослабляет падающее на элемент излучение в определённое число раз (постоянное в широком интервале длин волн излучения).
Кривые относительной спектральной чувствительности селенового фотоэлемента и среднего человеческого глаза неодинаковы; поэтому показания люксметра зависят от спектрального состава излучения. Обычно приборы градуируются с лампой накаливания, и при измерении простыми люксметрами освещённости, создаваемой излучением иного спектрального состава (дневной свет, люминесцентное освещение), применяют полученные расчётом поправочные коэффициенты. Погрешность измерений такими люксметрами составляет не менее 10 % от измеряемой величины.
Люксметры более высокого класса оснащаются корригирующими светофильтрами, в сочетании с которыми спектральная чувствительность фотоэлемента приближается к чувствительности глаза; насадкой для уменьшения ошибок при измерении освещённости, создаваемой косо падающим светом; контрольной приставкой для поверки чувствительности прибора. Пространственные характеристики освещения измеряют люксметрами с насадками сферической и цилиндрической формы. Имеются модели люксметров с приспособлениями для измерения яркости. Погрешность измерений люксметрами высоких классов – порядка 1%.
Простыми словами это прибор для измерения интенсивности света.
С помощью него мы измерим насколько светло в классе и сравним со стандартами.
Глава 4
ГОСТ — Госстандарт России (Государственный стандарт) — это одна из основных категорий стандартов в Российской Федерации.
Стандарт (от англ. standard — норма — образец), в широком смысле слова — образец, эталон, модель, принимаемые за исходные для сопоставления с ними других подобных объектов. Стандарт как нормативно-технический документ устанавливает комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации. Стандарт может быть разработан как на материальные предметы (продукцию, эталоны, образцы веществ), так и на нормы, правила, требования в различных областях. В переносном смысле — шаблон, трафарет, не содержащий ничего оригинального.
Соответствующие ГОСТы разрабатываются различными организациями, специализирующимися на определенных областях деятельности. Разработанные ГОСТы регистрирует Госстандарт России. Требования ГОСТа обязательны к соблюдению всеми государственными органами управления и субъектами хозяйственной деятельности. Государственные стандарты разрабатываются на продукцию, работы и услуги, имеющие межотраслевое значение. [http://certification.net.ru/razdel/gosstandart.html]
Моя работа заключается в том, чтобы определить достаточно ли освещения в учебном классе в соответствии со стандартами принятыми в РФ.
Имея инструменты и знания, мы вплотную подошли к практической части работы. Давайте приступим к работе.
Глава 5
Проведя серию замеров, мы получаем среднее значения освещенности 260 люмен. Для расчетов нам еще необходимо знать параметры помещения. Это просто. Длинна ширина высота. Мы это уже изучали. Это еще не все: мы посчитали количество ламп и обратились к справочным материалам, чтобы узнать энергоэфективность.
Результаты наших замеров очень интересны. В классе всего 9 работающих ламп по 72 вт каждая. Итого 648 вт, а это в свою очередь 260 люксов. В Своде правил СП 52.13330.2016 "Естественное и искусственное освещение" прописано, что необходимое освещение на парте в учебном классе должно составлять 400 люксов. Делаем вывод, что данного освещения не достаточно.
В соответствии с нашей концепцией работы, мы подберем современные, экологически чистые и энергоэффективные лампы. Сделаем это при помощи современных технологий. Построим 3d модель класса и наполним ее информацией. Количество светильников и их мощность. Решим эту модель при помощи компьютерной программы DIALux evo. Расчет показал, что нам достаточно 8 ламп мощностью по 40 вт каждая.
Сравниваем 9 по 72 вт
|
Светодиоды |
Люменесцентые лампы |
|
8 шт |
9 шт |
|
40 вт/шт |
72 вт/шт |
|
320 вт |
648 вт |
|
420 лм |
260 лм |
Выбор очевиден.
Вывод
При использовании меньшего количества светодиодных светильников, освещенность выше и соответствует заданным нормам!
Экономия электроэнергии почти в два раза!
При помощи знаний и современных технологий мы можем улучшить условия вокруг нас и сохранить природные ресурсы. Имея инструмент, знания, нормы и проведя простейшие расчеты, мы понимаем, что современные технологии не только делают нашу жизнь более комфортной, экологичной и энергоэфективной, но и более светлой.
Список литературы
Госты освещенности http://docs.cntd.ru/document/1200105707
Освещенность https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%89%D1%91%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C
Госты освещенности http://certification.net.ru/razdel/gosstandart.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%8E%D0%BC%D0%B5%D0%BD]
Световой поток [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%8E%D0%BC%D0%B5%D0%BD]