Луч света XXI века Исследовательская работа

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа с. Леонидово

Городской округ «Поронайский»

 

 

 

 

Экология

 

 

Луч света XXI века

 

 

 

 

 

 

Составитель:

Звонарева Елизавета Игоревна,

7 класс

Научный руководитель:

Клепикова Елена Васильевна,

педагог дополнительного образования,

МБОУ СОШ с. Леонидово

 

 

 

 

 

 

 

С. Леонидово, 2018

Оглавление

 

Введение. 3

Глава 1. Типы ламп освещения. Плюсы и минусы.. 5

1.1.   Лампы накаливания. 5

1.2.   Люминесцентные (энергосберегающие) лампы.. 6

1.3.   Светодиодные лампы.. 8

Глава II. Практическая работа. 10

2.1. Определение световой отдачи. Эксперимент. 10

2.2. Экономический расчет электроэнергии на освещение квартиры.. 10

2.3. Интервью в МБОУ СОШ с. Леонидово. 12

2.4. Интервью в МУП «Теплотехник – 1» с. Леонидово. 13

2.5. Социологический опрос населения. 13

Заключение. 15

Список литературы. 17

Приложение. 18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Свет... Его значение в нашей жизни очень велико. Трудно представить себе жизнь без света. Ведь все живое зарождается и развивается под влиянием света и тепла.

Свет нужен везде: безопасность движения транспорта связана с применением фар, освещением дорог; в военной технике используют осветительные ракеты, прожекторы; нормальное освещение рабочего места способствует повышению производительности труда; солнечный свет повышает сопротивляемость организма болезням, улучшает настроение человека [1].

Существуют естественные источники света: солнце, звезды, полярные сияния, молния, различные светящиеся насекомые и растения и искусственные, которые созданы людьми на основе знания закономерностей протекания различных физических процессов в газах, жидкостях, твердых телах и плазме [5].

Актуальность: человечество движется вперед, благодаря бурной деятельности ученых и изобретателей, деятельность которых помогает людям использовать в быту наиболее экономичные и безопасные источники освещения. Нашу жизнь невозможно представить без искусственного света. Для жизни и работы людям просто необходимо освещение с применением ламп. В последнее время население активно использует энергосберегающие и светодиодные лампы. Следует заметить, что с ростом их использования растет и количество ламп пришедших в негодность. Насколько это экономично и безопасно для человека и экологии в целом мы хотели бы выяснить в нашей работе.

Цель: изучить основные характеристики искусственных источников освещения в быту человека и выявить из них наиболее эффективные, экономичные и безопасные.

 

 

Задачи:

1.                 изучить основные характеристики ламп накаливания, энергосберегающих, светодиодных;

2.                 провести эксперимент световой отдачи исследуемых ламп;

3.                 произвести экономический расчет электроэнергии на освещение квартиры;

4.                 собрать и проанализировать сведения об использовании ламп среди учащихся и населения

5.                 подготовить рекомендации, информационные буклеты для учащихся школы и жителей села о правилах использования энергосберегающих и светодиодных ламп.

Гипотеза: мы предполагаем, что светодиодные лампы являются наиболее выгодным и экологически безопасным ресурсом по сравнению с другими источниками энергии.

Объект исследования: лампы накаливания, энергосберегающие, светодиодные.

Предмет исследования: практическое применение электрических ламп.

Методы исследования:

1.                 теоретические: поиск и сбор информации;

2.                 эмпирические: эксперимент, наблюдение, анализ, интервью, социологический опрос;

3.                 математические: построение таблиц и диаграмм.

Практическая значимость: материалы можно использовать для просвещения населения, при проведении уроков физики, факультативах и внеклассных мероприятиях.

 

 

Глава 1. Типы ламп освещения. Плюсы и минусы

Любой осветительный прибор, излучающий искусственный свет, работает за счет используемых ламп. Принцип работы лампы прост – она превращает электрическую энергию в свет. В мире насчитывается не более десяти, основных видов электрических ламп [6]. В работе мы рассмотрим самые популярные из них. В быту, на сегодняшний день, наиболее распространены следующие типы ламп: лампы накаливания; люминесцентные (энергосберегающие); светодиодные. У каждого из перечисленных видов ламп есть свои достоинства и недостатки, которые мы рассмотрим несколько подробнее.

1.1.          Лампы накаливания

Первая лампа накаливания изобретена в 1874 году русским электротехником Александром Николаевичем Лодыгиным. В качестве нити накаливания он применил сначала угольный стержень, который поместил в вакуумный сосуд, а затем вольфрамовую нить. Параллельно с Лодыгиным работу в этом же направлении вел и известный американский изобретатель Томас Эдисон. В своей лампе он использовал платиновую нить накаливания, а в 1879 году запатентовал свое изобретение [8, 226].

Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, заполненной буферным газом и ограждающей нить накала от окружающей среды (Приложение 1).

Рассмотрим плюсы и минусы использования таких ламп.

Плюсы:

Ø    доступность покупки в любом хозяйственном магазине;

Ø    многофункциональное использование (елочные гирлянды, светильники);

Ø    широкий диапазон по напряжению и мощности (от единиц до сотен вольт);

Ø    дешевизна;

Ø    нет токсичных составляющих, а значит они экологичны;

Ø    свет привычен для глаз.

Минусы:

Ø    малоэффективны, имеют высокое энергопотребление;

Ø    недолговечны – в среднем срок работы 1000 часов или 40 суток беспрерывного горения;

Ø    хрупкая конструкция – легко бьются, при перепаде напряжения взрываются.

Изучив, источники литературы и Интернет-ресурсы, мы узнали, что 23 ноября 2009 года президент России Д.А. Медведев подписал Закон «Об энергосбережении», согласно которому, с 1 января 2011 года к обороту на территории страны не допускается продажа электрических ламп накаливания мощностью 100 Вт и более.[Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты. Эти меры принимаются для экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу при их производстве [2].

Экологические аспекты использования: мы выяснили, что в лампах накаливания отсутствуют какие-либо вредные вещества, они являются экологически чистыми источниками света, поэтому для их утилизации не требуется специальных условий.

Таким образом, лампа накаливания используется человеком давно и применяется во многих сферах деятельности. Однако сегодня она постепенно отходит в прошлое. На смену ее пришли более экономичные источники освещения.

1.2.          Люминесцентные (энергосберегающие) лампы

Первая люминесцентная лампа была создана в 1901 году инженером-изобретателем из США Питером Купером Хьюиттом. Она содержала ртуть, пары которой нагревались проведенным через нее электротоком. Имела шарообразную изогнутую форму, давала больше света, чем лампы Лодыгина. Но ее свет был голубовато-зеленым, неприятным для глаза. По этой причине первые ртутные лампы использовали только фотографы и они не получили широкого распространения. Люминесцентная лампа в современном виде была создана в 1926 году группой немецких изобретателей во главе с Эдмундом Джермером. В настоящее время именно он признан как изобретатель лампы дневного света.

Основные элементы люминесцентной лампы – колба, электронный пускатель и цоколь. Ее колба покрыта слоями люминофора, наполнена инертным газом и, в небольшом количестве, парами ртути. Именно они вызывают свечение лампы при подключении питания (Приложение 2).

Люминесцентные лампы завоевали популярность в быту, и нашли широкое применение в освещении общественных зданий: школ, больниц, офисов и т.д. У данного типа ламп так же имеются свои преимущества и недостатки в использовании [7, 146].

Плюсы:

Ø    низкое энергопотребление;

Ø    высокая светоотдача;

Ø    длительный срок службы (в 8-10 раз превышающий срок службы ламп накаливания);

Ø    имеют заводскую гарантию (в отличие от лампы накаливания).

Минусы:

Ø    высокая цена;

Ø    до полной яркости светоизлучения требуется до 2 минут;

Ø    наличие ультрафиолетового излучения (холодный цвет – нельзя использовать людям, имеющим кожные болезни и заболевание эпилепсией);

Ø    мерцание (воздействуют на зрительную систему);

Ø    содержат пары ртути, наносят вред здоровью человека (нельзя разбивать стеклянную колбу лампы);

Ø    неясность в вопросе утилизации вышедших из строя ламп.

Экологические аспекты использования: мы выяснили, что неправильная утилизация люминесцентных ламп может нанести масштабный урон окружающей среде: высвободившаяся ртуть либо испарится в воздух, либо попадет в почву, а далее в грунтовые воды [3].

Вывод: как видим, люминесцентные лампы имеют внушительный набор негативных особенностей своей работы, которые приводят к нарушению работы многих систем в организме человека и окружающей среде.

1.3.          Светодиодные лампы

На наших глазах происходит настоящая революция в освещении: мир стремительно переходит на светодиоды.

Первое открытие, которое привело к появлению светодиодных ламп, было зафиксировано в 1907г. инженером из Англии Генри Раундом. В 1923 году подобный эксперимент поставил советский физик Олег Лосев. Первые светодиоды называли «Losev Light» (свет Лосева). Сначала появился красный светодиод, затем в начале 70-х годов появились жёлтые и зеленые светодиоды. Cиний светодиод был создан в 1971-м Яковом Панчечниковым, но он был очень дорогим. А в 1990 году японец Суджи Накамура создал дешёвый и яркий синий светодиод [4].

Основные элементы светодиодной лампы: рассеиватель; светодиод, плата, на которую они монтируются; радиатор для охлаждения светодиодов; драйвер; цоколь (Приложение 3).

Плюсы:

Ø    экономичность (экономия электроэнергии до 10 раз);

Ø    долговечность (может прослужить до ста тысяч часов);

Ø    экологичность (не содержат ртути, а также каких-либо иных вредных для здоровья элементов, на них не распространяются специальные условия утилизации);

Ø    малый нагрев и пожаробезопасность (LED лампочкой обжечься нельзя);

Ø     отсутствие мерцания.

Минусы:

Ø    высокая стоимость;

Ø    мощные светодиоды греются в процессе работы;

Ø    при выходе из строя любого из элементов светильник подлежит замене на аналогичный [5].

Экологические аспекты использования: мы выяснили, что массовое применение светодиодных ламп может привести к снижению электропотребления, а значит к снижению выбросов вредных веществ и парниковых газов.

Вывод: светодиодные лампы являются оптимальным и экологичным решением для жилых и общественных зданий.

Вывод по I главе: на основании изучения теоретической части мы выяснили, что наиболее популярными источниками света в быту человека на сегодняшний день являются три типа ламп – накаливания, люминесцентная (энергосберегающая), светодиодная. Данные источники освещения при использовании имеют свои достоинства и недостатки. Так же мы поняли, что лампы накаливания сегодня постепенно отходят в прошлое, а энергосберегающие люминесцентные лампы представляют опасность для человека и окружающей среды. Таким образом, единственной альтернативой освещения на сегодня является светодиодная лампа. Именно это мы хотим доказать в практической части своей работы.

 

 

 

Глава II. Практическая работа

2.1. Определение световой отдачи. Эксперимент

Для определения световой отдачи ламп освещения мы провели эксперимент.

Цель: убедиться, действительно ли светодиодная лампочка, при меньшей мощности, излучает больше света, чем лампа накаливания и энергосберегающая лампа.

Описание эксперимента: исследуемые лампы – накаливания 95Вт; люминесцентная 20Вт; светодиодная 11Вт. Соотношения мощностей данных ламп равны.

Для измерения светового потока мы применили приборы собственного производства и используемые в кабинете физики – фотоэлемент (преобразует световую энергию в электрическую); амперметр (позволяет обнаружить наличие электрического тока в цепи). По показателям амперметра мы судили о мощности светового потока, который создаёт лампочка. В ходе эксперимента мы получили разъяснения специалиста по вопросам электроэнергии Левченко В.И. и зафиксировали средние показания амперметра по каждой лампочке. Поток света каждой из них составил от 900 до 1000 люмен (Приложение 4).

Вывод: эксперимент показал, что применяя светодиодную лампочку меньшей мощности можно получить столько же света, как от энергосберегающей и накаливания большей мощности.

Таким образом, светодиодная лампа потребляет меньше электроэнергии, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных, но при этом создает такой же световой поток.

2.2. Экономический расчет электроэнергии на освещение квартиры

Для того чтобы выявить экономическую целесообразность светодиодной лампы мы сделали расчет электроэнергии на освещение квартиры за последний квартал 2017года.

Цель: Рассчитать стоимость электроэнергии при использовании ламп накаливания, энергосберегающей, светодиодной за 3 месяца и сравнить экономичность потребления. Таблица исходных данных (Приложение 5).

Задачи эксперимента:

1.                 вычислить энергопотребление 3-типов ламп в квартире за октябрь, ноябрь, декабрь 2017 года;

2.                 рассчитать и сравнить получившиеся стоимости с учетом стоимостей ламп;

3.                 сделать вывод об экономии электроэнергии при замене ламп.

Решение:

1)                8ч.х 92дн.=736 ч. потребляет электроэнергии в квартал 1 лампа;

2)                95Втх736ч.=69920Вт=69,92 кВт потребляет за квартал 1 лампа накаливания;

3)                20Втх736ч =14720Вт=14,72 кВт потребляет за квартал 1 Лм лампа;

4)                10Втх736ч.=7360Вт=7,36 кВт потребляет за квартал 1 светодиодная лампа.

Таким образом, мы сделали расчет потребления электроэнергии каждой лампы в кВт/ч за 3 месяца работы. Далее нам нужно рассчитать стоимость электропотребления за данный период, включая стоимость каждой лампочки.

Решение:

1)                69,92кВтх3,96=276,88+30,0=306,88 стоимость электроэнергии за квартальный период эксплуатации лампы накаливания;

2)                14,72кВтх3,96=58,3+235,0=293,3 стоимость электроэнергии Лм лампы;

3)                7,36кВтх3,96=29,14+115=144,14 стоимость светодиодной лампы.

Таким образом, мы рассчитали стоимость электроэнергии трех типов ламп, за квартальный период эксплуатации, включая в расчет стоимость каждой из них. Выявили показатели экономии светодиодной лампы для потребителя: в 3 раза по отношению к лампе накаливания, в 2 раза к Лм лампе.

Далее мы изучили параметры каждой лампы, заявленные производителем, и выяснили, что наибольший срок службы у светодиодной лампы и равен 10 годам, при 8-и часовой эксплуатации в сутки.

Вывод: проведенный нами эксперимент показывает, что все исследуемые лампы имеют одинаковый световой поток. При этом наибольшее потребление электроэнергии у лампы накаливания, а наименьшее у светодиодной лампы. Учитывая экономические расчеты и параметры производителей, мы так же выяснили, что светодиодная лампа самая экономичная, в отличие от двух других ламп, и может эксплуатироваться в работе дольше других.

2.3. Интервью в МБОУ СОШ с. Леонидово

Цель: выяснить, какие источники света используются в нашей школе, проследить динамику экономии электроэнергии.

Ответы на вопросы нам дала и.о. директора МБОУ СОШ с. Леонидово Харина О.Е. (Приложение 6).

Анализ интервью показал, что в нашей школе с конца 2014 года используются двухцокольные Лм лампы. На данный момент для нас это самый экономичный источник освещения, но небезопасный, т.к в них содержатся пары ртути. Оксана Евгеньевна информирована по этому вопросу и пообещала по истечению срока гарантии Лм ламп, который составляет 7 лет, заложить в бюджет школы средства по замене энергосберегающих ламп на светодиодные. Так же ею даны разъяснения по вопросу утилизации Лм ламп. Мы узнали, что у школы заключен договор с МУП «Теплотехник-1» с. Леонидово, которое, выполняет требования по вывозу энергосберегающих ламп, а поврежденные и вышедшие из строя лампы мы храним в специальном промаркированном ящике с песком.

Чтобы проследить динамику экономии электроэнергии по школе мы обратились за разъяснениями к завхозу школы Долотину Д.Н. и составили таблицу расхода электроэнергии за 4 года. Анализ таблицы не выявил энергосбережения за этот период. Наоборот, потребление электричества увеличилось в 2015, 2017гг (Приложение 7). Дмитрий Николаевич пояснил, что увеличение энергопотребления произошло в связи с ремонтными работами и эксплуатацией мощного оборудования в летний и осенний периоды этих лет, а так же из-за введения в рацион школьника двойного меню.

Таким образом, наша школа использует энергосберегающие Лм лампы, которые не являются безопасными в применении, так же из-за единого прибора учета невозможно проследить экономию их использования. Хранение отработанных ламп проводится в соответствии с требованиями Постановления Правительства РФ от 3 сентября 2010г. N681 «Об утверждении Правил обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств…»

2.4. Интервью в МУП «Теплотехник – 1» с. Леонидово

Цель: выяснить вопрос об эффективности использования энергосберегающих ресурсов, и организации работы по пропаганде населения использования светодиодных ламп и утилизации энергосберегающих источников освещения.

Ответы на вопросы интервью нам дали: главный инженер Заярный С.А., и специалисты отдела ЖКХ: Сергеева В.Ю., Сафронов В.В. (Приложение 8).

Анализируя интервью, мы поняли, что специалисты ЖКХ знают о плюсах и минусах энергосберегающих и светодиодных ламп, информируют население об их эффективности в использовании и утилизации, но признаются в том, что делают это крайне редко.

2.5. Социологический опрос населения

Мы решили обратить внимание на проблему о недостаточной информированности населения в использовании и утилизации энергосберегающих ламп и провели социологический опрос среди учащихся школы и населения села Леонидово.

Цель: изучить уровень информированности населения об использовании и утилизации энергосберегающих ламп.

В опросе участвовало 72 человека. Из них 34 учащихся и 38 взрослых. Вопросы и диаграмма ответов социологического опроса (Приложение 9, 10).

По итогам проведенного опроса можно сделать вывод в последнее время очень многие люди стали использовать  энергосберегающие  лампы. В ходе исследования выяснилось, что 65% потребителей электроэнергии знают о содержании ртути в Лм лампах, но, к сожалению, лишь 39% из них знают, как правильно обезвредить отслужившую срок или вышедшую из строя лампу. Более половины участников анкетирования считают, что ртутьсодержащую лампу можно выбросить в мусор и пропылесосить квартиру, а большинство респондентов не знают адреса пункта приема экологически опасных бытовых отходов в нашем селе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Таким образом, изучив теоретическую часть работы, рассмотрев принцип действия исследуемых источников света, мы выяснили их основные преимущества и недостатки.

Выполняя практическую часть работы, мы провели эксперимент по определению световой отдачи ламп накаливания, энергосберегающей и светодиодной. Произвели экономический расчет электроэнергии на освещение квартиры за квартальный период и сравнили экономичность их потребления. Так же для выявления проблемы о недостаточной информированности населения по использованию, хранению, утилизации энергосберегающих ламп мы воспользовались методом интервью и социологического опроса.

Наши исследования показали, что:

1.                 Лм/энергосберегающие лампы опасны для здоровья человека и окружающей среды;

2.                 Светодиодная лампа потребляет меньше электроэнергии, в отличие от ламп накаливания и Лм ламп, но при этом создает такой же световой поток;

3.                 Светодиодная лампа является наиболее безопасной, т.к. не содержит в составе вредных веществ и не требует специальной утилизации;

4.                 Светодиодная лампа самая экономичная, в отличие от двух других ламп, и может эксплуатироваться в работе дольше других;

В настоящее время светодиодные лампы начинают широко использовать как в быту, так и в различных системах общего освещения.

Исходя из вышесказанного, мы подтверждаем гипотезу о том, что светодиодные лампы являются наиболее выгодным и экологически безопасным ресурсом по сравнению с другими источниками энергии на сегодняшний день.

Но, несмотря на выгоду использования светодиодных ламп, мы выявили ряд экологических проблем. С каждым годом среди населения все активней происходит массовая замена ртутьсодержащих лампочек на светодиод. Это значит, что если не изменить отношения к делу о лампочках, то довольно скоро может наступить ртутное заражение в быту человека и природной среде. Перспектива вполне реальная, согласно опросу, проведенному среди жителей нашего села, лишь каждый третий из десяти готов потратить время на то, чтобы отнести опасный продукт в соответствующую инстанцию для хранения и дальнейшей утилизации. Остальные вообще не имеют представление о том, что нужно делать и кому отдавать отработанные лампы, либо не считают это дело необходимым.

Из собранной информации мы узнали много интересного об искусственных источниках света, и сделали вывод:

1.                  необходимо провести информационную работу среди населения, возможно при помощи группы волонтеров;

2.                 выпустить видеоролик с рекомендациями о правилах использования и утилизации отработанных Лм/эгнергосберегающих ламп.

В заключение, нам хотелось бы напомнить людям о том, что энергетические ресурсы планеты Земля небезграничны, поэтому мы призываем: «Берегите электроэнергию!» и используйте только светодиодные лампочки!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1.                 Детская энциклопедия. 1001 вопрос и ответ / Под ред. В. Иген и Н. Чемпиона. – М., Оникс 21 век, 2002. – 160 с., ил.

2.                 Кодификация РФ. [Электронный ресурс] // Федеральный закон об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ. М., 2015-2018. URL: http://rulaws.ru/laws/Federalnyy-zakon-ot-23.11.2009-N-261-FZ/. (Дата обращения: 21.11.2017).

3.                 Кожевникова М.С. [Электронный ресурс] // Воздействие энергосберегающих ламп на здоровье человека и окружающую среду // Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XXXIV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 8(33). Новосибирск, 2018. URL: http://sibac.info/archive/nature/8(33). (дата обращения: 30.11.2017).

4.                 Светодиодные лампы: история и современность. [Электронный ресурс] // М., ООО Компания ВДЛ, 2007-2017. URL: https://shop220.ru/articles/352.htm. (дата обращения 22.01.2018).

5.                 Хома П. [Электронный ресурс] // Книга строителя. Преимущества и недостатки светодиодных ламп. URL: http://knigastroitelya.ru/elektrichestvo/svetodiodnye-lampochki/nedostatki-svetodiodnyx-lamp.htm. (дата обращения: 17.01. 2018)

6.                 Хочу все знать: Научно-художественный сборник / Составитель А. Томилин. – Л., Дет. Лит., 1981. – 304 с., ил.

7.                 Энциклопедический словарь юного физика / Сост. В.А. Чуянов. – М., Педагогика, 1984. – 352 с., ил.Я познаю мир: Дет. Энциклопедия: Физика / Сост., худож. А. А. Леонович. – М., ООО АСТ-ЛТД, 1998. – 480 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

 

Скачано с www.znanio.ru