Исследовательская работа по «Физике» на тему: «Бытовые лампы освещения»

Исследовательская работа по «Физике»

На тему: «Бытовые лампы освещения»

Автор:

2015

Данная работа выполнялась студентом колледжа под руководством преподавателя .

1. Формулирование проблемы исследования: Современные люди зависимы от технологий, которые облегчают и насыщают им жизнь. В ночное время освещение является самой приоритетной потребностью человека. Известно, что для удовлетворения этой потребности в современном мире используются светоизлучатели, из которых самыми распространёнными являются электрические лампы. Но существует множество видов ламп, которые имеют различные характеристики, которыми необходимо руководствоваться при выборе. Правильный выбор экономит денежные средства и повышает комфортность для  зрения.

2. Формулирование темы:  Исследование характеристик и свойств светоизлучающих ламп различных типов и выявление приоритетных областей для их использования.

3. Объекты исследования: Люминесцентные лампы, компактные (энергосберегающие) люминесцентные лампы, вольфрамовые лампы накаливания и светодиодные лампы.

4. Предметы исследования:

Потребляемый ток при штатном напряжении сети(~220 вольт) Токи при включении лампы в сеть Освещённость световым потоком на расстоянии 0.5 метра Спектры ламп различных типов

Цели экспериментов:

Выявить индивидуальные характеристики и свойства ламп различных типов Сравнить выявленные характеристики На основе результатов исследования определить области для приоритетного использования определённых типов ламп.

Задачи экспериментов:

Измерить потребляемые токи люминесцентных, компактных (энергосберегающих) люминесцентных и вольфрамовых ламп накаливания при штатном напряжении сети(~220 вольт) Измерить токи люминесцентных, компактных (энергосберегающих) люминесцентных и вольфрамовых ламп накаливания при их включении в сеть Измерить освещённости световых потоков люминесцентных, компактных (энергосберегающих) люминесцентных и вольфрамовых ламп накаливания на расстоянии 0.5 метра Определить спектры изучаемых типов ламп На основе полученных результатов определить особенности каждого типа ламп На основе полученных результатов определить приоритетные области использования для каждого типа ламп

Характеристика люминесцентных ламп

Потребляемый ток при штатной работе – неизвестно, нестабильно Потребляемый ток при включении - неизвестно, нестабильно Освещённость на расстоянии 0.5 м, в среднем - 290,5 Lx

Примечания

Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, покрытую изнутри специальным веществом - люминофором, которое реагирует на ультрафиолетовое излучение, которую в свою очередь излучают пары ртути под действием электрического тока, проходящего из одного конца трубки в другой. Этот электрический ток поставляется электродами с вольфрамовыми нитями, находящиеся на обоих концах трубы. Так как проводником электрического тока внутри люминесцентной лампы является смесь, неустойчивая особенно при начале работы, для её “зажигания”  требуется балласт - электрическая схема, снижающая воздействие пульсаций сети на лампу,  иначе срок работы лампы значительно уменьшается, или же лампа будет неработоспособна. Потребляемый ток постоянно меняется. Особенно высоки его изменения при включении лампы. Стабильность работы при электромагнитном балласте напрямую зависит от уровня помех в сети

Спектр, излучаемый люминесцентной лампой

Достоинства и недостатки люминесцентных ламп

Достоинства

Недостатки

Высокая светоотдача Длительное время эксплуатации Меняя состав люминофора можно достигать различные виды спектров Могут иметь любую форму

Необходимость пускорегулирующего устройства(балласта) Если балласт электромагнитный( чаще всего используется именно такой), то необходимо некоторое время для розжига) Прямая зависимость от чистоты сети Малая световая инерционность вызывает заметное мигание при перепадах напряжения осветительной электросети, особенно в часы-пик. Содержание веществ, наносящих ущерб экологии, вынуждает создавать пункты по утилизации ламп этого вида

Характеристика компактных люминесцентных ламп

Потребляемый ток при штатной работе, теоретически - 0,05А Потребляемый ток при включении – неизвестно, нестабильно Освещённость на расстоянии 0.5 м-  290,5 Lx

Примечания

1) Представляет собой люминесцентную лампу размером, равным колбчатой лампе накаливанияи имеет меньшую чувствительность к механическим повреждениям.

2)В цоколе современных моделей расположен электронный балласт - электронный пускорегулирующий аппарат, обеспечивающий зажигание (пуск) и дальнейшее горение люминесцентной лампы, преобразует сетевое напряжение 220В в напряжение, необходимое для работы люминесцентной лампы.

3)Благодаря электронному балласту энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает с более сглаженной частотой, чем обычные люминесцентные лампы.

Спектр, излучаемый люминесцентной лампой

Примечание: спектр может меняться в зависимости от состава люминофора, но он всегда остаётся столбчатым.

Достоинства и недостатки компактных люминесцентных ламп

Достоинства

Недостатки

Высокая светоотдача  (на 1 Вт компактных люминесцентных ламп приходиться около 5 Вт ламп накаливания Длительный срок службы при постоянной работе Подходит под стандартные цоколи Электронный балласт находится внутри цоколя лампы Электронный балласт зажигает лампу быстрее, чем электромагнитный Электронный балласт значительно снижает пульсации, что благоприятно для зрения и благодаря этому продлевается срок службы трубки(ок) с люминофором Высокая экономичность энергии(75-85%) при сравнении с лампами накаливания Нагрев колбы  невелик => не представляет серьёзной пожарной опасности Заводская гарантия

Линейчатый спектр. Это приводит не только к неправильной цветопередаче, но и к повышенной усталости глаз. Заявляемые производителями сроки службы, измеряемые до десяти - двенадцати тысяч часов не соответствуют действительности в прерывистом цикле эксплуатации (вкл.-выкл.). Именно поэтому эти лампы не пригодны для применения в быту. Энергосберегающую лампу невозможно использовать совместно с устройствами регулировки мощности (диммерами). Проблемы с электронной частью при экстремальных температурах. Некоторые модели ламп при низкой температуре не зажигаются. Из-за применения электронных компонентов неустойчивы к перепадам напряжения и электромагнитным импульсам Наводки на частотах 30-100 кГц, которые вредны не только сами по себе, но и могут давать сбои работы бытовых приёмников дистанционного управления на инфракрасных лучах.

Характеристика ламп накаливания

Потребляемый ток при штатной работе – 0,25А Потребляемый ток при включении – 0,265А Освещённость на расстоянии 0.5 м -  290,5 Lx

Примечания

1)Представляет собой стеклянную колбу, наполненную специальным газом и подводимыми электродами, которые замыкает вольфрамовая нить.

2) В отличии от дневного света, спектр излучения лампы накаливания сдвинут вправо, из-за этого лампа накаливания излучает паразитный жёлтый цвет, что приводит к незначительному искажению цветопередачи

Спектр, излучаемый лампой накаливания

Примечание: как показывает график, диапазон излучения лампы накаливания практически равен диапазону солнечного излучения

Достоинства и недостатки ламп накаливания

Достоинства

Недостатки

Непрерывный спектр малая стоимость небольшие размеры ненужность пускорегулирующей аппаратуры при включении они зажигаются практически мгновенно отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации возможность работы как на постоянном токе (любой полярности), так и на переменном возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт) малозаметное мерцание и отсутствие гудения при работе на переменном токе устойчивость к электромагнитному импульсу возможность использования регуляторов яркости нормальная работа при низкой температуре окружающей среды

низкая световая отдача относительно малый срок службы резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения цветовая температура лежит только в пределах 2300—2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок представляют пожарную опасность. световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%

Сравнение спектров

Солнечное излучение

Излучение лампы накаливания

Излучение люминесцентной лампы

Светодиодная лампа

1)Потребляемый ток при штатной работе—1,35А

2)Потребляемый ток при включении-31мА

3)Освещённость на расстоянии 0.5 м - 450лк

1)Представляет из себя - самостоятельное устройство. Корпус светильника чаще всего уникален, специально спроектирован под светодиодный источник освещения. Конструктивно такой светильник состоит из корпуса, светодиодного источника света и электронного драйвера (преобразователя питания). Иногда светодиодным светильником называют традиционный светильник с установленной сменной светодиодной лампой.

2)Спектр светодиода сдвинут влево из за этого  имеет белый цвет

ДОСТОНИСТВА

НЕДОСТАТКИ

Длительный срок службы — от 30000 до 100000 часов (при работе 8 часов в день — 34 года). Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости; Спектр современных светодиодов бывает различным — от тёплого белого (2700 К) до холодного белого (6500 К); Малая инерционность — включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутно-фосфорных (люминесцентных-экономичных) ламп время включения от 1 сек до 1 мин, а яркость увеличивается от 30 % до 100 % за 3-10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды; Количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света — ламп накаливания, газоразрядных ламп); Различный угол излучения — от 15 до 180 градусов; Низкая стоимость индикаторных светодиодов, но относительно высокая стоимость при использовании в освещении, которая снижается при увеличении производства и продаж (экономия от масштаба); Безопасность — нет необходимости в высоком напряжении; Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам; Экологичность — отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения, в отличие от люминесцентных ламп.

Высокая цена от 300 до 2000 р Малый срокслужбы лампочки светодиоды дают весьма направленный свет даже с наличием линзы, расширяющей угол свечения для стабильной и долговечной работы этих светильников нужно применять весьма дорогие блоки питания энергокомпании и государство только на словах заинтересованы в энергосбережении, т. к. это снижает прибыль

Заключение

Проанализировав результаты нашего исследования, отзывы потребителей исследованных ламп, и основываясь на  личном опыте в потреблении всех исследованных типов, мы выявили области, в которых каждый тип наиболее приоритетен:

Тип	Приоритетная область
Вольфрамовые лампы накаливания	В бытовых и пожаробезопасных местах, которые не требуют беспрерывного освещения
Люминесцентные лампы	Освещение крупных общественных мест
Компактные люминесцентные лампы	Места, которые требуют беспрерывное освещение
Светодиоды	применяются для бытового, промышленного и уличного освещения

А также предоставляем список особенностей и рекомендации по использованию этих типов ламп

Тип	Особенности и рекомендации по применению
Вольфрамовые лампы накаливания	Энергозатраты высоки, однако низкая изначальная стоимость, небольшие габариты, сглаженный спектр излучения и устойчивость к помехам сети делает этот тип ламп универсальным для применения в быту
Люминесцентные лампы	При высокой изначальной стоимости и высокой светоотдачей имеют низкое энергопотребление => высокое КПД, срок службы также высок. Однако имеют большие габариты из-за необходимости пускорегулирующего устройства, а при использовании в сети с высоким уровнем помех заметно мерцание, раздражающее зрение. Особенно сильно оно (мерцание) проявляется на небольшом расстоянии от лампы. Площадь охвата излучением больше и равномернее, чем у остальных типов ламп, а потому люминесцентные лампы идеально подходят для установки на потолок.
Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)	По нашему мнению, этот тип ламп с лёгкостью бы заменил лампы накаливания в плане экономии при использовании в быту, если бы отсутствовала зависимость этого типа от резкого скачка напряжения при включении в сеть. В отличие от обычных люминесцентных ламп, КЛЛ имеют небольшие габариты, и благодаря использованию электронного балласта их работа более сглажена, но для успешного применения в быту требуется доработка пускорегулирующего устройства, т. к. при использовании нами, а так же другими пользователями, отзывы которых были проанализированы нами, именно это устройство часто выходит из строя при включении лампы в сеть, а потому этот тип ламп не только не принёс экономии материальных средств (хотя изначально для этого приобретался), а наоборот, оказался ущербен! Следовательно, КЛЛ лучше применять в местах, где требуется длительное беспрерывное освещение.
Светодиоды	Преимущество светодиодного светильника по сравнению с лампами накаливания — низкое энергопотребление, заявленный долгий срок службы от 30’000 до 50’000 и более часов, простота установки, более низкая температура корпуса по сравнению с лампой накаливания, имеющей сравнимую яркость, высокая механическая прочность, зачастую — небольшие габариты. Полная экологическая безопасность позволяет сохранять окружающую среду, не требуя специальных условий по утилизации: не содержит ртути, её производных и других ядовитых, вредных или опасных составляющих материалов и веществ.

Список использованных материалов

Материалы сайта http://www. rwpbb. ru/test/spectr3.html Материалы сайта http://www. forum. minolta-club. ru/showthread. php? p=168025 Материалы сайта http://pmsvet. ru/osveschenie/493.html Материалы сайтаhttp://star. / Материалы сайта http://ru. wikipedia. org/ Материалы сайтаhttp://dom-en. ru/sprav3/ Материалы сайтаhttp://konta-m. narod. ru/stati/svet-lustra. htm