Исследовательская работа "Лампа накаливания и светодиодная лампа"

                                     Исследовательская работа

ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ И СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА

Выполнил: ученик 4 класса школы-интерната Новолодский Руслан

                                      2022 год

Содержание:

1. Введение
2. История создания
3. Преимущества и недостатки лампы накаливания
4. Современная альтернатива лампам накаливания
5. Практическая часть
6. Заключение
7. Список литературы

                                                Введение

Жизнь современного человека невозможно представить без искусственного освещения.  Каждому из нас приходилось сталкиваться с ситуацией, когда в доме перегорает электрическая лампочка.  В связи с широким ассортиментом ламп у людей зачастую возникает вопрос о том, какие лампы выбрать?  Особенно остро стоит данный вопрос для Республики Бурятия, где стоимость тарифа на электроэнергию составляет 3,059 руб. за 1 кВт.ч (в сравнении с Иркутской областью 1,23 руб. за 1 кВт.ч, в Чите и Забайкальском крае 2,86 руб. за 1 кВт.ч).

Для того чтобы разобраться какие лампы выбрать, я провел небольшое исследование лампы накаливания и светодиодной лампы.

Цель – исследовать и сравнить критерии ламп:

- температуру нагрева;

- энергопотребление;

- срок службы;

- влияние на окружающую среду

Задачи:

- изучить лампу накаливания и светодиодную лампу;

- выявить преимущества и недостатки лампы накаливания;

- показать на практике свойства лампы накаливания и светодиодной лампы.

Проблема – экономия электроэнергии и безопасность в быту.

Гипотеза – использование светодиодных ламп является более экономичным в сравнении с лампами накаливания, данные лампы имеют меньшую температуру нагрева и оказывают менее пагубное воздействие на окружающую среду.

1. История создания

Лампа накаливания — электрический источник света, в котором тело накала, помещённое в прозрачный вакуумированный сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает видимый свет.

История изобретения лампы накаливания начинается в 1809 году. В то время англичанин по имени Деларю создает первую в мире лампу накаливания, в основе которой была платиновая спираль. Ею пользовались вплоть до 1854 года, когда немецкий исследователь Генрих Гебель совершил подобное изобретение. Правда его лампа, в отличие от лампы Деларю, которая была далека от современного аналога, была более совершенной. В задумке Гебеля она предстала как вакуумный сосуд с обугленной бамбуковой нитью внутри. Следующие 5 лет ученый продолжает работы усовершенствованию лампы. 

В 1874 году изобретателем новой лампы стал Александр Лодыгин, который создал нитевую лампу и даже получил патент на нее. Его нитевая лампа представляла собой вакуумный сосуд, где роль накалывающей нити играл угольный стержень. 

Подобное изобретение вновь было совершено в 1878 году британским ученым Джозефом Вильсоном Сваном. Лампа представляла собой сосуд с угольной нитью накаливания. Благодаря ему изобретение от других отличалось ярким освещением. В это же время американский исследователь Томас Эдисон проводил подобные исследования в этой области. В процессе он научился создавать лампы накаливания из разных материалов. В 1879 году методом проб и ошибок американец изобрел лампу с платиновой нитью накаливания внутри. Через год Томас Эдисон посчитал, что его изобретение не столь удачно и остановил свой выбор на сосуде, в основе которого угольное волокно. Это была первая лампа в мире, которая могла работать целых 40 минут не гаснув. Именно благодаря американскому ученому мы обязаны появлению ламп накаливания в том виде, в котором они сегодня освещают наши дома, а также патрону, цоколю и выключателю.

С появлением лампочки Эдисона русский ученый Лодыгин несколькими годами позже изобрел несколько видов ламп, в основе которых были металлические нити накаливания. Самое яркое его изобретение – это лампа с вольфрамовой нитью.

В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж стал автором усовершенствованной нити из вольфрама, которая вытеснила все остальные нити и заняла лидирующие позиции в сфере производства ламп. 

Последний изобретатель, внесший вклад в развитие производства ламп, это Ирвинг Ленгмюр. Благодаря его усилиям лампа накаливания приобрела современный вид. За основу ученый взял вакуумную колбу, наполнил ее инертным газом и снабдил улучшенной вольфрамовой нитью. Так срок ее действия значительно увеличился и новые лампы стали доступны каждому человеку в виду надежности и дешевизны. 

2 июля 2009 года президент Российской Федерации Д.А. Медведев предложил запретить в России продажу ламп накаливания.

23 ноября 2009 года Д. Медведев подписал закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Согласно документу, с 1 января 2011 года на территории страны не допускается продажа электрических ламп накаливания мощностью 100 Вт и более.

Светодиод появился на свет еще в начале шестидесятых, благодаря инженеру "Дженерал Электрик" Нику Холоньяку. Тогда разработка показалась очень перспективной, несмотря на то, что светодиод светил только тусклым красным светом.

Уже через десять лет появились зеленые и желтые светодиоды, их стали использовать в электронных приборах. С каждым годом эффективность светового потока увеличивалась. В 1993 году был изобретен первый синий яркий светодиод. Теперь появляется возможность получить светодиод любого цвета, в том числе и белого (получены все составляющие света - красный, синий и зеленый). К концу 1990- х годов светодиоды занимают место ламп накаливания, в местах, где необходимо окрашенное освещение. Постепенно у белых светодиодов появляются оттенки "теплый", "холодный", "нейтральный". К 2000 году светодиодные лампочки начинают широко применять в освещении кинозалов, выставочных центров, сцен театров.

На сегодняшний день светодиодное освещение можно встретить не только в общественных местах, но и во многих квартирах. Из-за высокой энергоэффективности и безопасности все больше людей выбирает такое освещение. Светодиодная лампа, не содержит вредных для человека паров ртути, поэтому не нуждается в особой утилизации. По сравнению с лампами накаливания светодиодная лампа тратит в десять раз меньше электроэнергии. По всей Европе стремительно происходит замена обычных источников освещения на светодиодные светильники, продажа светодиодных ламп набирает все большую активность.

2. Преимущества и недостатки ламп накаливания

Положительными сторонами ламп накаливания являются:

• Лампа накаливания выпускается в массовом производстве - ее можно приобрести в любом магазине, подобрав с любой формой колбы и цоколя, под любой плафон и светильник.
• Доступная стоимость – она недорогая и даже если перегорит, замена не скажется на семейном бюджете.
• Лампа накаливания характерна небольшими размерами и при этом ее запуск, сама работа не требует подключения специального пускорегулирующего аппарата.
• Мгновенное зажигание и относительно невысокая чувствительность к перепадам электричества в сети и скачкам напряжения.
• Такая лампа не имеет в себе токсических компонентов и потому не несет опасности ни домочадцам, ни окружающей среде в процессе эксплуатации и ее утилизации.
• Лампа накаливания может работать от любого тока и источника его подачи, при этом ее изготавливают под самое разное напряжение, начиная от одной доли вольта и заканчивая сотней вольт.
• При работе лампы накаливания на переменном токе ее свет не будет мерцать и это особенно важно для больших предприятий, с множеством аппаратуры и работающих агрегатов, потребляющих большое число энергии, тем самым, создавая перенапряжение.
• Прекрасно переносит как низкие, так и высокие температуры окружающей среды, – ее можно использовать для освещения, как на улице, так и в не отапливаемых жилых и нежилых помещениях.
• Помимо всего прочего лампа накаливания излучает теплый спектр света, в отличие от иных типов и видов осветительных ламп, когда свет может быть весьма резким и холодным.

Все это показывает, насколько выгодны лампы накаливания – недорогие и просты в установке и работе, выдерживают перепады в электричестве и внешних негативных факторов.

Недостатки ламп накаливания

• Небольшой срок службы – всего 1 000 часов, когда современные лампы могут работать до 50 000 часов.
• Колба самой лампочки достаточно хрупкая и чувствительна к даже самым небольшим по силе ударам и вибрациям.
• Сильная зависимость отдачи света и эксплуатационного срока от напряжения, точнее сказать от его подачи и отсутствия перепадов электричества в сети.
• Лампа накаливания отмечена высокой степенью пожарной опасности. Достаточно сказать, что уже через 30 мин. работы можно сказать, что температура внешней колбы лампы может достигать высоких показателей (если к лампочке накаливания мощностью в 60 Вт приложить на 5 минут пучок соломы, то он попросту загорится).
• Следующий минус лампы накаливания вытекает из указанного выше – чрезмерный нагрев более мощной лампы выставляет определенные требования к светильникам. Они должны быть достаточно термостойкими.
• Света мало, а потребляет электричества достаточно много.
  К концу срока службы лампочки накаливания яркость света падает, а в самом световом потоке появляются желтые и красные частички спектра.

В итоге можно говорить, что лампа накаливания имеет как массу достоинств, так и массу недостатков – она есть во многих домах и квартирах, но ее постепенно заменяют новые виды и модели осветительных приборов.

3. Современная альтернатива лампам накаливания

Светодиодная лампа — это многокомпонентный прибор, при изготовлении которого не используют опасные вещества. За счёт чего он абсолютно безопасен. Конструкция лампы не очень сложная. То, что излучает свет — называют монокристаллом. Устанавливают его в металлической чашечке, которая является отражателем, потом заливают всё пластиком и светодиод готов.

Основной особенностью светодиодов является хорошая экономичность. При потребляемой мощности в 10 — 12 Вт он работает аналогично классической лампы накаливания, обладающей мощностью 100 Вт. Светодиодное устройство компактно, долговечно и способно на очень длительное время работы.

  В настоящее время светодиодные лампы активно вытесняют другие источники света, во всех областях, где применяют осветительные приборы. К основным характеристикам данных ламп можно отнести светосилу, мощность и спектр свечения. Рассмотрим вопрос о том, из-за чего светодиод оставляет далеко позади всех своих конкурентов.

Самый главный параметр, который обеспечивает подавляющее превосходство светодиодных ламп над другими источниками освещения — это экономичность и очень низкое энергопотребление. При этом светят подобные лампы не хуже своих аналогов.

К достоинствам светодиодных ламп относятся, также, долговечность работы, точнее длительный срок безотказной службы и отсутствие бьющихся хрупких элементов в их конструкции.
Данные лампы могут прекрасно работать при достаточно низких температурах, но вот высоких температур они боятся, поэтому устанавливать их в бане или сауне не рекомендуется. Светодиодные лампы совершенно не греются и могут использоваться для подсветки каких-либо предметов.

  Теперь пришло время упомянуть недостатки светодиодных ламп. Основной причиной, по которой многие люди отказываются от скорейшего перевода всех своих домашних осветительных приборов на работу со светодиодными лампами является достаточно высокая стоимость по сравнению с лампами накаливания. Но на производственных объектах и в офисных центрах уже давно осуществляют замену старых источников света на эти лампы. Это объясняется тем, что по сравнению с квартирой экономия на энергозатратах в таких масштабах окупает стоимость светодиодных ламп достаточно быстро.

  На этом можно подвести определённые итоги. Стоит ли бежать в магазин и закупать светодиодные лампы? Ответ на этот вопрос можно оставить на усмотрение лично каждого. Если не слишком пугает её цена, то установив один раз светодиодную лампу, можно на долго забыть о том, что такое замена сгоревшей лампы. В этом случае останется лишь одна проблема — периодически протирать люстру и светильники от осевшей на них пыли.

Почему цена светодиодной лампы не является недостатком?

- Экономия денег за электроэнергию

С постоянно растущими тарифами на электроэнергию лампочки, которые ее экономят, — просто спасение. Светодиоду нужно 8-10 Вт, чтобы произвести столько же света, сколько произведет лампа накаливания за 100 Вт.

- Экологичность

В состав светодиодной лампочки не входят ртуть или опасные для атмосферы газы. Такую лампочку можно просто выбросить, обойдясь без специальной утилизации. Да и пониженные затраты электроэнергии делают природе только лучше.

- Долговечность

Светодиоды работают долго. Очень долго. Например, одни из самых доступных в России, но хорошие по качеству светодиоды ИКЕА имеют время непрерывной работы 25 000 часов (около трех лет), а есть лампочки и на 40 000-50 000 часов. То есть, если пользоваться светодиодной лампочкой по 5 часов в день, она может прослужить около 10 лет.

При этом светодиодные лампочки прочные сами по себе, их сложно разбить, уронив. Постоянное включение-выключение, длительную работу и перепады электричества они тоже переносят очень стойко, без неожиданных взрывов и перегораний.

- Отсутствие нагрева

Светодиоды не нагреваются, а значит, электроэнергия не уходит с теплом (у ламп накаливания такая потеря составляет около 30%). О светодиодные лампочки невозможно обжечься, что несомненный плюс, особенно для безопасности детей. Это также расширяет возможности абажуров, которые могут быть из разных материалов и расположенными близко к лампочке без риска расплавиться или загореться.

- Разнообразие размеров и форм

Некоторые виды лампочек привязаны к типу цоколя в светильнике, но не светодиоды. Их выпускают с цоколями разных размеров и даже форм. Разнообразие формы и вовсе умопомрачительно: от привычной грушевидной до светящихся лент.

- Разнообразие тона и яркости света

Светодиодные лампы могут быть нескольких цветовых температур: холодной, нейтральной и теплой. Такой выбор помогает в создании желаемой атмосферы или позволяет сделать цвет объектов, освещаемых лампочкой, максимально естественным. Для создания особого настроения существуют цветные светодиоды, они даже дешевле белых.

Яркость лампочки тоже можно выбирать, она обозначается на упаковке в люменах.

Еще одно преимущество светодиодных ламп — возможность регулировки яркости света диммером. Тогда одна лампочка может стать и полноценным освещением, и ночником.

- Окупаемость высокой стоимости

Светодиодные бытовые лампочки сейчас самые дорогие на рынке, и это часто отпугивает покупателей. Однако при учете срока действия одной лампочки и стоимости сэкономленной электроэнергии, цена будет сравнима даже с обычными энергосберегающими лампочками. Не стоит забывать и о все более широком распространении технологии, с которым приходит снижение цены — чем дальше в будущее, тем дешевле светодиоды. Учитывая, что энергия все продолжает повышаться в цене.

5.        Практическая часть

1. Температура нагрева лампы накаливания и светодиодной лампы (Приложение 1)

Что потребуется для проведения опыта:

- Лампа накаливания 100ВТ

- Светодиодная лампа 12Вт (эквивалент лампы накаливания 100Вт)

- Патрон лампы

- 2 куриных яйца

- Стакан

Ход работы:

- Разбиваем куриное яйцо в стеклянный стакан;

- Вкручиваем лампу накаливания в патрон лампы;

- Опускаем лампу в стакан с яйцом;

- Через 7 мин. яйцо начинает вариться;

- Ждем еще 3 мин. яичница готова.

Тоже самое делаем со светодиодной лампой, где даже спустя 15 мин. никаких нагревательных процессов не обнаружено.

Что я обнаружил?

Лампочка накаливания, помимо света, вырабатывают и тепло. Чем больше мощность лампы, тем больше температура нагрева. Светодиодная лампочка, в отличие от лампы накаливания, выделяет небольшое количество тепла, потому что не используют спираль, для накаливания которой требуется большее количество энергии.

Большое количество ламп накаливания в офисе или дома приводит к тому, что температура в помещении повышается на 1-2 градуса. Поэтому летом кондиционеры работают чаще, а значит, используют больше энергии (чтобы выветрить лишнее тепло, которое производят лампы). Более того, торшеры с тканевыми или бумажными абажурами, в которые вкручены лампы накаливания высокой мощности, представляют реальную опасность, поскольку высокая температура может вызвать воспламенение, если вы не будете осторожны.

2. Подверженность механическому воздействию (Приложение 2)

Что потребуется для проведения опыта:

1. Лампа накаливания 100ВТ
2. Светодиодная лампа 12Вт

Ход работы:

Берем лампу накаливания и трясем ее в руке в течение 1 мин.

Аналогичным образом воздействуем на светодиодную лампу на протяжении 3 мин.

Что я обнаружил?

При механическом воздействии (тряске) лампы накаливания, выходит из строя нить накаливания, которая является основной частью конструкции данной лампы. После чего, при включении можно убедиться, что лампа находится в нерабочем состоянии.

После механических воздействий (тряска) на светодиодную лампу, негативных последствий не выявлено, лампа находится в рабочем состоянии.

3. Сравнительные характеристики технических параметров лампы накаливания и светодиодной лампы

В целях проверки подлинности данных завода-изготовителя я включил на сутки лампу накаливания в гараже, после чего выяснилось, что расход электроэнергии за сутки составил 2400 Вт.

На следующие сутки включил светодиодную лампу, по итогу получил расход электроэнергии 288 Вт.

Исходя из сравнения данных таблицы можно сделать вывод, что стоимость электроэнергии за 1 год при использовании светодиодной лампы ниже в 8 раз, что существенно влияет на семейный бюджет. При этом я выяснил сроки службы и стоимость лампы накаливания и светодиодной лампы:

При соответствующем сроке службе и стоимости ламп выяснилось, за 1 год нам понадобится 8 ламп накаливания и 1 светодиодная лампа:

365*24=8760 ч. в году

Количество ламп накаливания за год: 8760/1000=8,8 (9 ламп)

Количество светодиодных ламп за год: 8760/50000=0,2 (1 лампа)

Потраченные деньги на приобретение ламп за 1 год:

- лампа накаливания – 9*35=315 руб.

- светодиодная лампа – 1*250=250 руб.

Тем самым учитывая стоимость потраченной электроэнергии, а также стоимость приобретения ламп можно сделать вывод:

-  расход семейного бюджета при использовании лампы накаливания за 1 год составит 315+2642,4=2 957,4 руб в год

- расход семейного бюджета при использовании светодиодной лампы за 1 год составит 250+308,34=558,34 руб. в год.

Получаем экономию 2957,4/558,34=5,3 раз

6. Заключение

На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы:

- самыми экономичными и безопасными для обращения являются светодиодные лампы;

- лампа накаливания имеет высокую температуру нагрева, как было замечено можно пожарить яичницу;

- срок службы светодиодной лампы больше в 50 раз;

- стоимость светодиодных ламп выше примерно в 7 раз в отличие от ламп накаливания;

- расход электроэнергии в год при использовании светодиодной лампы по сравнению с лампой накаливания ниже в 5 раз.

Эффективное использование энергии — ключ к успешному решению экологической проблемы! Самый простой способ уменьшить загрязнение окружающей среды — беречь энергию, или, другими словами, расходовать энергию более разумно. Одним словом это называется “энергосбережение”. Экономить энергию должно все человечество и каждый человек в отдельности. Используя меньше не возобновляемых источников энергии, мы уменьшаем количество вредных выбросов в атмосферу.

7. Список используемой литературы

1. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/
2. http://leds-magazine.ru/istorija-pojavljenija-svjetodiodnoj-lampochki.html
3. http://www.kakprosto.ru
4. http://gendocs.ru
5. https://science-education.ru
6. http://www.impulse-light.com/statyi/isledovanie_lamp_nakalivaniya/
7. http://ru.wikipedia.org