Научно-исследовательская работа студентов "Электрическое освещение: история открытия, проблемы"

Автор:  С. С..Ильченко,  обучающийся группы 2­4 Научный руководитель: Г. А. Меделянова  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ: ИСТОРИЯ, ОТКРЫТИЯ, ПРОБЛЕМЫ… Краевое государственное бюджетное  образовательное учреждение начального профессионального образования «Профессиональное училище № 27» г. Канск 2014г СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………… ……………………….. …..3 1.                  ПРИРОДА  СВЕТА 1.1. Корпускулярная и волновая теории света ………………………………………………………… 3 1.2 Дисперсия света……………………………………………………………………………. ……….. 4 2.                    ЗНАЧЕНИЕ СВЕТА В ЖИЗНИ ОБЩЕСТВА 2.1. Естественное и искусственное освещение………………………………………………………… 4 2.2. История развития искусственных источников освещения……….………………………………. 5 2.3. Принцип действия основных источников искусственного освещения………………………………………………………………………………………………… 6 3.       ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ  И ЭФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕТОДИОДОВ 3.1.   Сравнительная   характеристика   светодиодных   ламп   с   другими   источниками   искусственного освещения ………………………………………………………………………………………………. 7 3.2. Обоснование практических рекомендации по выбору искусственных источников освещения для своей квартиры …………………………………………………………………………………….. 8 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………… ……. ………………………...11 Список литературы……………………………………………………………... ………………………13 2 ВВЕДЕНИЕ             В последнее время в России, да и во всем мире, все определеннее  вырисовывается  проблема энергосбережения.   Все чаще об этом заявляет Президент страны и его ближайшее окружение. Экономить так или иначе приходится, т. к. рост потребления энергии резко обгоняет ввод новых мощностей в электроэнергетике. Ведь электростанции, построенные, в основном, в советские годы, работают на пределе. И уже вскоре речь может зайти о жестоком энергетическом кризисе.         Важнейшей проблемой энергосбережения является переход не на люминесцентные, а сразу на светодиодные лампы. К сожалению, многим из нас важнее цена покупки сейчас, а не то, что разница в стоимости полностью окупается через 2­3 года, но даже не это главное. А главное заключается в том, что мы не подвергаем риску наше здоровье, контактируя с лампами, содержащими пары ртути и другие вредные составляющие. Потребление электроэнергии в светодиодных лампах в 12 раз меньше чем в обычной лампочке накаливания и в 5 раз по сравнению с люминесцентными.                 Актуальность темы  определяется борьбой за улучшение экологии и здоровье человека, решением проблемы энергосбережения.           Областью исследований данной работы являются физические принципы работы основных искусственных источников освещения, а предметом ­ их экономические показатели и влияние на здоровье человека.                Цель исследования:   определение наиболее экологичных, эффективных и   экономичных источников   искусственного   освещения   для   квартир,   предприятий,   офисов;   разработка практических рекомендаций по их выбору. Для достижения поставленной цели, были определены следующие задачи исследования: 1.  Изучить теоретические вопросы природы света. 2.  Проанализировать принципы работы основных источников искусственного света их достоинства и недостатки. 3.   Выявить и обосновать наиболее эффективные с точки зрения экономии, влияния на здоровье человека и экологической безопасности источники искусственного света. 4.   Выработать практические рекомендации для   студентов нашего учебного заведения по выбору источников освещения в своих квартирах.              Методы исследования: изучение  и  анализ  литературы  по  рассматриваемой  теме, опрос обучающихся,   соседей,   родственников,   анализ   и   синтез,   сравнение   и   обобщение,   полученных результатов исследования. 3 1. ПРИРОДА СВЕТА 1.1. Корпускулярная и волновая теории света.        В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс).             Согласно   корпускулярной   теории,   свет   представляет   собой   поток   частиц   (корпускул), испускаемых светящимися телами. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам   механики.             Однако   для   понимания     природы   света,   полученные   Ньютоном экспериментальные результаты мало что давали, и здесь он оказался не столь удачлив. Он отверг предположения таких ученых, как Гук и Гюйгенс, основанные на более ранних догадках Декарта о том,   что   свет   представляет   собой   некие   возмущения   типа   волн   (точнее,   последовательности импульсов)   в светоносном   эфире.   Между   тем   эта   теория   была   способна   хотя   бы качественно объяснить   явления   интерференции   и дифракции   света.   Ньютон   же ошибочно   полагал,   что ей противоречат   явление   поляризации   света   и то обстоятельство,   что   непрозрачные   предметы отбрасывают резкие тени. Его собственная гипотеза состояла в том, что свет — это поток частиц. Однако в начале XIX столетия ситуация коренным образом изменилась. Корпускулярная теория была   отвергнута   и   восторжествовала   волновая   теория.   Большая   заслуга   в   этом   принадлежит английскому   физику   Т. Юнгу   и   французскому   физику   О. Френелю,   исследовавшим   явления интерференции и дифракции. Исчерпывающее объяснение этих явлений могло быть дано только на основе   волновой   теории.   Важное   экспериментальное   подтверждение   справедливости   волновой теории было получено в 1851 году, когда Ж. Фуко (и независимо от него А. Физо) измерил скорость распространения света в воде.         В 60­е годы XIX века Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые   привели   его   к   заключению,   что   свет   –   это   электромагнитные   волны.   Важным подтверждением   такой   точки   зрения   послужило   совпадение   скорости   света   в   вакууме   с электродинамической   постоянной.   Электромагнитная   природа   света   получила   признание   после опытов Г. Герца (1887–1888 гг.) по исследованию электромагнитных волн. В начале XX века после опытов П. Н. Лебедева по измерению светового давления (1901 г.) электромагнитная теория света превратилась в твердо установленный факт. Важнейшую роль в выяснении природы света сыграло опытное определение его скорости. Начиная с конца XVII века предпринимались неоднократные попытки измерения скорости света различными методами (астрономический метод А. Физо, метод А. Майкельсона).  1.2  Дисперсия света.  Дисперсия   света   (разложение света)   —   это   явление   зависимости   абсолютного показателя преломления вещества   от длины   волны света,   а   также,   от   координаты   (пространственная дисперсия), или, что то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны. Экспериментально   открыта Ньютоном около 1672года,   хотя   теоретически   достаточно   хорошо объяснена значительно позднее. Ньютон   обратился   к   исследованию   цветов,   наблюдаемых   при   преломлении   света,   в   связи   с попытками   усовершенствования   телескопов.   Его   выводы,   представленные   в ряде   сообщений Королевскому   обществу,   произвели   глубокое   впечатление   на научные   круги   Европы.   В   итоге Ньютон создал теорию цвета в том виде, в каком она существует по сей день. Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму.   Сущностью   явления   дисперсии   является   неодинаковая   скорость   распространения 4 лучей   света   различной длины   волны в   прозрачном   веществе   — оптической   среде (тогда   как   в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и, следовательно, цвета). Обычно   чем   больше   частота   волны,   тем   больше   показатель   преломления   среды   и   меньше   ее скорость света в ней: Ньютон показал, что белый свет не является основным, его надо рассматривать как составной; основными же являются различные цвета.  2.           ЗНАЧЕНИЕ СВЕТА В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА 2.1. Естественное и искусственное освещение                    Свет является естественным условием жизни человека, необходимым для сохранения здоровья.   Свет   представляет   собой   видимые   глазом   электромагнитные   волны   оптического диапазона длиной 380­760 нм, воспринимаемые сетчатой оболочкой зрительного анализатора.                    Естественные источники света — это природные материальные объекты и явления, основным или вторичным свойством которых является способность испускать видимый свет К естественным или природным источникам света прежде всего относят: Солнце, Луну, планеты, кометы,   полярные   сияния,   атмосферные   электрические   разряды,   биолюминесценцию   живых организмов,   свет   звезд   и   иных   космических   объектов,   свечение   окисляющихся   органических продуктов и минералов. .          В ясные дни    солнечный свет,  проходя сквозь земную атмосферу,  частично рассеивается молекулами атмосферных газов и пылевыми частицами, находящимися в атмосфере. Поэтому мы видим   так   называемый   небесный   свод,   который   является   гигантским   источником   отраженного солнечного света.                     Источники света, созданные человеком, называются искусственными. К ним относятся электрическая лампочка, свеча, лампа, факел, костер, пламя газовой горелки. В пламени костра, лучины   и   фитильных   ламп   свет   излучается   раскаленными   твердыми   частичками   углерода.   В электрических лампах накаливания светится раскаленная металлическая нить. Таким образом, до наших дней человечество в основном пользуется горячими источниками света. 2.2. История развития искусственных источников освещения             Вплоть до XIX века к освещению предъявлялись весьма скудные социальные требования. Для зрительной работы вполне хватало естественного света, ибо основная деятельность человека протекала вне помещений и в дневные часы. А вечером и ночью было достаточно света от открытого огня,   несмотря   на   его   очевидные   недостатки   (малая   интенсивность   света,   возможность воспламенения, тепловыделение, дым и т. д.).                   Первыми шагами в светотехнике были попытки улучшения классических осветительных систем, в основном в части используемого ими топлива (парафина, масла и т. д.). Позднее стали применять газовое топливо ­ ацетилен, оксидные смеси, дистилляционные газы (называемые в то время светильным газом).. Затем пришло время освещения вольтовой дугой ­ искрой, возникающей между   двумя   угольными   электродами.   Первичная   энергия   здесь   была   не   химической, аккумулированной в веществе, а электрической (разность потенциалов между концами проводника, образованная   проходящим   потоком   электронов).   Эта   электрическая   энергия   ­   единственная, которую использовали Дэви, Гебль, Сван и ряд других исследователей. Она же позволила Т. А. Эдисону   создать   в   1879   году   первую   лампу   накаливания.   (Первым   изобрел   угольную   лампу накаливания русский изобретатель­электротехник А. Н. Лодыгин в 1872 году).               Существование   искусственного   освещения   в   том   виде,   как   мы   его   сегодня   понимаем, начинается примерно с 1940 года.  В этот период появилась люминесцентная лампа С.И.Вавилова. Она обладала большей энергоэффективностью, меньшей яркостью и хорошей цветопередачей. Ее 5 появление и совершенствование дали толчок исследовательской мысли и тем самым послужили развитию   удивительного   разнообразия   современных   источников   света,   увеличению   их эффективности и мощности.        Способность полупроводников к излучению света было открыто в России еще в 1922 году, когда Олег Лосев, лаборант Нижегородской радиотехнической лаборатории, заметил свечение некоторых точечных   диодов,   которые   использовались   в   радиоприемниках.   Через   пять   лет   он   специально занялся   исследованиями   этого   эффекта   и   продолжал   их   почти   до   конца   жизни   (О.   В.   Лосев скончался в блокадном Ленинграде в январе 1942 года, не дожив до 39 лет). Открытие Lossev Licht, как назвали эффект в Германии, где Лосев публиковался в научных журналах в 30­е годы, стало мировой сенсацией. После изобретения транзистора (в 1948 году) и создания теории p­n­перехода (основы всех полупроводниковых приборов) стала понятна природа свечения.                   В   1953   году   Генрих   Велькер   в   Германии   разработал   теорию   создания   необходимых полупроводников,   легших   в   основу   лазеров   и   светодиодов.   Однако   аспирантка   ленинградского Физтеха   Нина   Горюнова   синтезировала   подобные   сложные   полупроводники   еще   в   1950,   но   без публикации на Западе ее открытие осталось незамеченным и невостребованным. Физик­академик Жорес   Алферов   за   изучение   в   60­е   годы   гетероструктур   (многослойные   полупроводниковые структуры) в 2000 году получил Нобелевскую премию.                    В 1962 году американец Ник Холоньяк сообщил о начале полупромышленного выпуска светодиодов. И вновь Россия упустила свой приоритет: на полгода раньше в одном из «почтовых ящиков» был организован выпуск карбидокремниевых светодиодов для ядерной техники, но все засекретили и первопроходцем в историю вошел Холоньяк, получивший в 2003 году российскую премию «Глобальная энергия».         В 1968 – появилась первая светодиодная лампочка. Световой поток их был слабым, всего 0,001 лм и цвет ­ только красный.         К 1976 году были получены оранжевые, желтые и желто­зеленые светодиоды, яркие настолько, что   их   можно   было   разглядеть   и   при   солнечном   свете.   До   1985   года   они   использовались исключительно в качестве индикаторов, со световым потоком всего лишь 0,1лм на одну точку.          С 1985 года их световой поток увеличился до 1 лм, и они уже стали применяться в качестве отдельных световых элементов, таких, например, как лампы в автомобилях.  Для того, чтобы осуществить прорыв на рынок общего освещения, требуется световой поток белого цвета на уровне 50 лм/Вт. На сегодня это уже вполне посильная задача, если учесть, что например красные светодиоды уже имеют почти 75 лм/Вт. 2.3. Принцип действия основных источников искусственного освещения              Типичная   бытовая лампа накаливания   состоит из следующих частей:   нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволочки, стеклянного баллона (который заполняется инертным газом) и   цоколя,   который   является   объединяющей   и   силовой   деталью   лампы   и   имеет   контакты   для подключения нити накала к электропитанию.           В обычной  лампочке накаливания, как известно, светится  раскаленная спираль, а спектр свечения   нагретого   тела   зависит   в   основном   от   его   температуры.   Наш   глаз   приспособился улавливать свет, излучаемый поверхностью Солнца, которая раскалена до 6000 градусов. Другими словами, солнечный свет по своему спектральному составу  как раз оптимален  для глаза.  Нить накала в лампочке, конечно, имеет гораздо более низкую температуру, поэтому она светится совсем в другом спектральном диапазоне (инфракрасном), и только малая доля излучаемого лампочкой света спектра.                        Люминесцентные  трубки  светятся,  когда  в них  загорается  электрический  разряд:  в приходится часть видимую       на     6 заполняющем   трубку   газе   некоторое   количество   электронов   отрывается   от   своих   атомов   и движется с ускорением в электрическом поле. Когда такой ускоренный электрон сталкивается с атомом,   он   отдает   энергию   в   виде   ультрафиолетового   излучения.   Трубка   покрыта   изнутри люминофором,   который   поглощает   этот   ультрафиолетовый   свет   и   переизлучает   его   уже   как видимый свет. С точки зрения КПД это уже гораздо лучше, потому что в принципе ничто не мешает собрать весь ультрафиолет и перевести его в видимый свет. Люминесцентные лампы примерно в 4 раза накаливания.            Светодиод излучает непосредственно видимый свет. Срок действия светодиода — несколько лет непрерывной работы. У него нет бьющейся стеклянной колбы, он безопасен и не содержит ртути и прочих вредных веществ, не перегорает при включении/выключении, не требует высоковольтного питания,   он   компактен   и   может   быть   встроен   куда   угодно,   работает   при   любой   окружающей температуре.  эффективнее     ламп       ИССЛЕДОВАНИЕ   ВОПРОСОВ   ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ   И   ЭФЕКТИВНОСТИ 3.   ПРИМЕНЕНИЯ СВЕТОДИОДОВ 3.1   .   Сравнительная   характеристика   светодиодных   ламп   с   другими   источниками искусственного освещения                       В   квартирах   традиционно   наиболее   распространены лампы накаливания,   меньше компактные люминесцентные лампы и практически не используются светодиодные (приложение 3). Проведенные   исследования   показали,   что   только   15%  опрошенных   сказали,   что   они  полностью перешли  на  люминесцентные  лампы,  35 %  частично,  и  никто  не перешел  на светодиодные  для освещения квартир, а если и используют их, то только цветные и как подсветка при дизайнерском оформлении своих комнат. Ниже   приведены   достоинства   и   недостатки   основных   источников     искусственного   освещения, применяемых в наших квартирах. Обычные лампы накаливания. Срок их службы составляет около 750 ­ 1000 часов, при условии, что напряжение в электрической сети не «скачет» и не превосходит указанного на лампе (220 или 127 В). Если же напряжение в сети в силу каких­то причин является повышенным или время от времени повышается даже на короткие промежутки времени, лампа может быстро выйти из строя. Поэтому вы никогда не увидите гарантию на лампы накаливания, ее просто не существует. Достоинства лампы накаливания: низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход К недостаткам относятся: низкий световой КПД, только 5% энергии преобразуется в свет, остальные 95% ­ в тепло высокая рабочая температура, нужно соблюдать осторожность, чтобы не получить ожог. сильно заметные колебания   светового   выхода   при   изменениях   напряжения   питания   недолговечность,   отсутствие гарантии Люминесцентные   лампы  имеют   заявленный   срок   службы   от   6000   часов   до   12 000   часов   в зависимости от производителя, но гарантия выдается только от перегорания и то при соблюдении определенных условий эксплуатации, т. е. практически заменить ее по гарантии не удастся. Достоинства люминесцентных ламп: высокая световая отдача (до 80 лм/Вт), экономичность в 4 раза выше, чем в обычной лампочке относительно высокая продолжительность работы 7 Недостатки  люминесцентных ламп: очень   хрупкое   стекло,   даже   при   транспортировке   до   2%   допускается   бой.   необходимость   в специальном   пускорегулирующем   устройстве   (стартере   и   дросселе)   чувствительность   к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10°С лампа может не зажечься), т. е. применяется   только   в   отапливаемых   помещениях.   наличие   стробоскопического   эффекта.   Этот эффект   вызывается   частыми   (100   раз   в   секунду)   не   уловимыми   для   глаза   миганиями люминесцентной лампы в такт колебаниям переменного тока в электрической цепи. В результате у человека создается нарушение правильного восприятия скорости движения предметов, вызываются неприятные   ощущения.   при   неправильном   включении   (без   защитных   конденсаторов   в пускорегулирующем   устройстве)   люминесцентные   лампы   становятся   источниками   помех   для радиоприемников и телевизоров обязательная утилизация ламп как ртутьсодержащие отходы после использования и только в специальные контейнеры. не применяется, где нужны частые включения и выключения света. Светодиодные   лампы   являются   полупроводником.   Исходя   из   своего   принципа   работы, основанном на явлении электролюминесценции­холодного свечения, возникающего при протекании тока,   они   на   много   экономичнее,   экологически   и   технически   безопаснее   всех   существующих искусственных источников освещения. По мнению специалистов ХХI век, это век светодиодов. К недостаткам  можно отнести только относительно высокую стоимость, в среднем это порядка 500   руб.,   но   с   каждым   годом   она   будет   резко   уменьшаться,   а   к   2015   году   будет   значительно дешевле. К преимуществам светодиодов  можно отнести: низкое   энергопотребление   –   в   12   раз   ниже,   чем   в   обычных   лампах   и   в   5   раз   –   чем,   в люминесцентных.   долгий   срок   службы   –   не   менее   100   000   часов,   уже   есть   экспериментальные образцы со сроком службы до 300 000 часов. На космической станции «Мир» высокоэффективные солнечные элементы на основе полупроводниковых гетероструктур проработали в непрерывном режиме, без замены и без снижения мощности все 15 лет существования этой станции. высокий ресурс   прочности   –   ударная   и   вибрационная   устойчивость,   а   главное   «вандалоусточивость», полупроводник   практически   невозможно   разбить.   чистота   и   разнообразие   цветов   (возможность программирования),   направленность   излучения   и   регулируемая   интенсивность   низкое   рабочее напряжение, может применяться в воде и в газах. экологическая и противопожарная безопасность.  Они не содержат  в своем составе ртути и почти не нагреваются. широкий температурный диапазон эксплуатации ­ от ­ 50 до + 60 °С, и к тому же, световой поток не уменьшается при отрицательных температурах.                   Таким   образом,   из   приведенного   анализа   можно   сделать   следующее   заключение,   что светодиоды,  за счет  низкого  расхода  финансовых  средств  исходя  из,  как минимум,  20 летнего периода   их   эксплуатации,   высокой   яркости,   отсутствия   инфракрасного   и   ультрафиолетового излучений, являются лидерами в рейтинге прочих источников освещения. Основное преимущество светодиодов по сравнению с люминесцентными лампами заключается в их полной экологической безопасности.                Производители флуоресцентных ламп не любят вспоминать и говорить о том, что лампы содержат пары ртути и должны проходить специальную утилизацию. Одна разбитая лампа способна сделать непригодной для питья 27 кубометров воды. Перегоревшие лампы должны сдаваться в специальные контейнеры, которые должны находиться при ЖЭКах по месту жительства, об этом нигде не сообщается и поэтому об этом мало кто знает. Я спрашивал в нашем ЖЭК, где находится такой   контейнер   и   мне   сказали,   что   у   них   его   нет..   Возникает   вопрос,   как   же   мы   будем утилизировать эти лампы. В лучшем случае жители будут их выбрасывать в контейнеры для мусора. 8 Но если люминесцентные лампы попадут в эти контейнеры, то на 100% они будут разбиты, исходя из технологии погрузки. Если учесть масштабы применения таких ламп в жилых домах, то явно возникнут проблемы с экологией. Для   справки:   ежегодно   в   России   на   1   млн.   населения   (население   г.   Красноярск)   в   среднем приходится около 80 000 отработанных люминесцентных ламп (или 16 тонн ). Если учесть, что в ближайшие годы количество таких ламп увеличится в 3 раза, то и отходы на 1 млн. населения составят около 48 тонн РСО. Стоимость утилизации 1 т  составляет 9000 руб. Нетрудно подсчитать, что ежегодные расходы только на утилизацию люминесцентных ламп для России должны составлять сумму порядка 60 000 000руб.        Другим недостатком энергосберегающих ламп, о котором также умалчивается, является то, что человек может находиться от них на расстоянии не ближе, чем 50 сантиметров. Из­за большого уровня ультрафиолетового излучения энергосберегающих ламп при близком расположении к ним может   быть   нанесен   вред   людям   с   чрезмерной   чувствительностью   кожи   и   тем,   кто   подвержен дерматологическим заболеваниям. Однако если человек находится на расстоянии не ближе, чем 50 сантиметров от ламп, вред ему не наносится.         Мы уже говорили о содержании ртути и фосфора в лампах. Это не имеет никакого значения при ее работе, но может оказаться опасным, если ее разбить. Если это произойдет, что вполне вероятно при очень хрупком стекле, применяемом в лампах, нужно срочно проветрить помещение. 3.2.   Обоснование   практических   рекомендации   по   выбору   искусственных   источников освещения для своей квартиры         Необходимо учитывать, что для жилого сектора потребителей главным аргументом в пользу выбора источника освещения является его начальная цена. Зная масштабы использования обычных ламп накаливания, многие страны уже в начале этого столетия ввели поэтапный и постепенный переход на энергосберегающие источники освещения:       В нашей стране, как считают специалисты, с опозданием как минимум на 5 лет, принято решение на   переход   к   энергосберегающей   политике.   Многие   страны   мира   уже   с   2015   года   планируют переход на светодиодные лампы освещения.               Проведенный   опрос   в   нашем   училище   показывает,   что   в   настоящее   время   переход   на люминесцентные лампы в своих квартирах еще очень незначительный, а переход на светодиоды совсем не происходит. Кроме этого из всех опрошенных только два человека сказали, что они полностью перешли на энергосберегающие лампочки. Данные опроса приведены в данной таблице. участники опроса  используют   лампы накаливания частично перешли на люминесцентные лампы используют светодиодные лампы 76 чел 56 чел 20 чел 0 чел По   опросам     наших   обучающихся,не   применение   энергосберегающих   люминесцентных   ламп объясняется высокой их ценой. Но никто из них никогда не считал, какую экономию они могли бы получить при переходе у себя в квартире на эти лампы. Мною проведены исследования, результаты которых приведены в следующих таблицах. Таблица 1 9 Расчеты   потребления   электроэнергии   для   2­х   комнатной   квартиры   (семья   4   чел) (с   применением   ламп   накаливания)   (тариф   усреднённый   2р.08к.,1р28к,1р83к,2р97к   и   в сельской местности1р60к, 2р08к) Кол­во  ламп Мощность Время  работы в  сутки Прихожая Гостиная Кухня Спальня Ванная Туалет 1 4 1 4 1 1 75 Вт 300 Вт 75 Вт 300 Вт 75 Вт 75 Вт 2 ч 5 ч 6ч 2 ч 2 ч 2 ч Работа тока 0,15кВт∙ч 1,5кВт∙ч 0,45кВт∙ч 0,6кВт∙ч 0,15кВт∙ч 0,15кВт∙ч Тариф 2р11 к 2р11 к 2р11 к 2р11 к 2р11 к 2р11 к Стоимость в сутки 0р 32 к 3р 17 к 0р 95 к 1р 27 к 0р 32 к 0р 32 к Вначале были проведены расчеты (таблица 1) по оплате за освещение лампочками накаливания в 2­х комнатной квартире. Получилось, что ежедневно мы платим в сутки по 6 рублей 35 копеек, в среднем за   месяц   получается   190   рублей   5   копеек   (естественно   это   без   учета   оплаты   за   электроплиту, холодильник, телевизор, стиральную машину и другую технику). Затем проведены расчеты, если бы мы в своей квартире перешли на компактные люминесцентные лампы. Результаты расчетов приведены в таблице 2. Таблица 2 Расчеты   потребления   электроэнергии   для   2­х   комнатной   квартиры   (семья   4   чел) (с применением люминесцентных ламп) Кол­во  ламп Мощность Время  работы в  сутки Прихожая Гостиная Кухня Спальня Ванная Туалет 1 4 1 4 1 1 18 Вт 72 Вт 18 Вт 72 Вт 18 Вт 18 Вт 2 ч 5 ч 6ч 2 ч 2 ч 2 ч Работа тока 0,036кВт∙ч 0,36кВт∙ч 0,108кВт∙ч 0,144кВт∙ч 0,036кВт∙ч 0,036кВт∙ч Тариф 2р11 к 2р11 к 2р11 к 2р11 к 2р11 к 2р11 к Стоимость в сутки 0 р 08 к 0р 76 к 0р 28 к 0р 31 к 0 р 08 к 0 р 08 к Расчеты показали, что ежедневно при переходе на люминесцентные лампы мы платили бы в сутки по   1   рублю   47   копеек,   в   среднем   за   месяц   получилось   бы   43   рубля   38   копеек.   Ежемесячная экономия в этом случае составила бы 146 рублей 67 копеек.            Естественно, что в масштабе государства и даже отдельного города эта экономия составит значительные суммы. Но в данном варианте меня совершенно не устраивает влияние люминесцентных ламп на здоровье человека, проблемы утилизации этих ламп и их экологическая вредность.                       Отслужившую   лампу   необходимо   отправить   на   утилизацию,   но   пунктов   приема   не существует. Утечка ртути или других газов из лампы при ее повреждении в квартире приведет к загрязнению воздуха. Любая ртутная лампа содержит до 100 мг сильнодействующего вещества ­ паров ртути. Предельно допустимая концентрация этих паров в квартире равняется 0,0003 мг/м2. 10 Расчеты показывают, что даже при разбившейся одной лампе в квартире площадью 50 квадратных метров, концентрация составит 2 мг/м2 , что в 6600 раз больше допустимой нормы.            Ртуть это самый ядовитый тяжелый металл, она токсична в любой форме. При вдыхании ртутные пары адсорбируются в мозге и почках, а также вызывают разрушение легких и желудочно­ кишечного тракта. Даже давние ртутные загрязнения опасны,      поскольку ртуть может испаряться годами, нанося непоправимый вред здоровью человека.                Люминесцентные лампы излучают более интенсивный свет, нежели обычные. По данным Британской ассоциации дерматологов от этого могут пострадать, прежде всего люди с повышенной светочувствительностью   кожи.   Как   утверждают   ученые,   использование энергосберегающих   ламп может нанести вред человеку, имеющему кожные заболевания и даже привести к раку кожи, а также вызвать мигрень и головокружение у людей, страдающих эпилепсией.          Исходя из вышесказанного я пришел к выводу, что если переходить на энергосберегающие лампы,   то   нужно   сразу   переходить   на   светодиоды.   Поэтому   были   проведены   расчеты   и   для светодиодных ламп, представленные в таблице 3. Таблица 3 Расчеты потребления электроэнергии (с применением светодиодных ламп) комнатной квартиры       для   2­х   Кол­во  ламп Мощность Время  работы в  сутки Прихожая Гостиная Кухня Спальня Ванная Туалет 1 4 1 4 1 1 8 Вт 32 Вт 8 Вт 32 Вт 8 Вт 8 Вт 2 ч 5 ч 6ч 2 ч 2 ч 2 ч Работа тока 0,016 кВт∙ч 0,16 кВт∙ч 0,048 кВт∙ч 0,064 кВт∙ч 0,016 кВт∙ч Тариф 2р11 к 2р11 к 2р11 к 2р11 к 2р11 к Стоимость в сутки 0 р 03 к 0р 33 к 0р 10 к 0р 14 к 0 р 03 к 0,016 кВт∙ч 2р11 к 0 р 03 к Расчеты показали, что ежедневно при переходе на светодиодные лампы мы платили бы по 60 копеек, в среднем за месяц получилось бы 19 рублей 80 копеек, что в 10 раз дешевле, чем мы платим сейчас и 2 раза меньше, чем мы платили бы при переходе на люминесцентные лампы. В данных расчетах не учитывалась стоимость лампочек, но для этого были проведены отдельные   расчеты,   показанные   в   приложении   1.   Исходя   их   этих   расчетов   стоимость   одной светодиодной   лампочки   по   сравнению   с   обычной   окупается   за   1­2   года   в   зависимости   от интенсивности эксплуатации. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. В результате изучения теоретических вопросов природы света, было установлено, что к началу   XVIII века   существовало   два   противоположных   подхода   к   объяснению   природы   света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. Согласно   современным   представлениям,   свет   имеет   двойственную   корпускулярно­ волновую природу. В одних явлениях свет обнаруживает свойства волн, а в других ­ свойства частиц. Волновые и квантовые свойства дополняют друг друга. 11 Свет   является   естественным   условием   жизни   человека,   необходимым   для   сохранения здоровья.   Естественное   освещение   является   биологически   наиболее   ценным   видом   освещения,   к которому максимально приспособлен глаз человека. В отличие от естественных источников света, искусственные   источники   света   являются   продуктом   производства   человека.   В   современных условиях   основной   целью   их   развития   является   максимальное   приближение   по   своим характеристикам к естественному свету при минимальных затратах. 2. В ходе проведения исследований были рассмотрены принципы работы искусственных источников освещения, которые применяются в наших квартирах. В   привычной   для   нас   лампочке   накаливания   светится   раскаленная   спираль,   спектр   её свечения зависит в основном от её температуры Люминесцентные   лампы   светятся,   когда   в   них   загорается   электрический   разряд:   в заполняющем трубку газе некоторое количество электронов отрывается от своих атомов и движется с ускорением в электрическом поле В   светодиодных   лампах   свечение   возникает   при   рекомбинации   электронов   и   дырок   в области p­n перехода. Чем больше тока проходит через светодиод, тем больше и дырок поступает в зону рекомбинации в единицу времени, одним словом, он светит ярче.  3. При проведении исследований были проанализированы положительные и отрицательные стороны   искусственных   источников   освещения,   применяемых   в   наших   квартирах.   В   результате проведенного анализа определено, что именно светодиодные лампы, являются наиболее безопасными, по влиянию на здоровье человека и экологию окружающей среды. Преимущества светодиодных ламп: Срок их службы достигает 100 000 часов. В среднем это в 10 раз продолжительнее времени службы   люминесцентных   ламп   и   в   100   раз   дольше,   чем   светят   лампы   накаливания.   Лампы   не содержат ртути и прочих вредных для здоровья веществ, нет необходимости в их утилизации. В их свечении   отсутствует   инфракрасные   и   ультрафиолетовые   излучения.   Светодиодные   лампы   не приносят  вреда  растениям, расположенным вблизи, безопасны  для глаз. Широкий  температурный диапазон   эксплуатации   ­   от   ­50   до   +60   °С,   и   к   тому   же,   световой   поток   не   уменьшается   при отрицательных температурах, как у люминесцентных ламп. Светодиоды излучают свет без пульсаций, мерцаний, работают бесшумно, без пусковых бросков тока. Они мало нагреваются, излучают чистый цвет,   у   них   нет   стеклянной   колбы,   они   механически   прочные.   Работу   светодиодов   можно программировать, максимально приближая к естественному свету. 4. В ходе исследований проведены сравнительные расчеты по оплате за освещение в 2­х комнатной   квартире   различными   источниками   искусственного   освещения   (без   учета   оплаты   за электроплиту, холодильник, телевизор, стиральную машину и другую технику). Расчеты проводились для обычных ламп накаливания (75 Вт ), люминесцентных ламп (18 Вт ) и светодиодных ламп (8 Вт ). Расчеты показали, что при переходе на светодиодные лампы мы платили бы за освещение в среднем за месяц 19 рублей 80 копеек, что в 10 раз дешевле, чем оплата при использовании ламп накаливания и 2 раза меньше, чем мы платили бы при переходе на люминесцентные лампы. В данной работе были проведены расчеты, определяющие сроки окупаемости перехода на светодиодные лампы по сравнению с лампами накаливания. Исходя их этих расчетов, стоимость одной   светодиодной   лампочки   по  сравнению   с   обычной  окупается   за   1­2  года   в   зависимости   от интенсивности эксплуатации. Таким  образом,  из  приведенных  исследований,  можно сделать  следующий вывод,  что  в настоящее   время   наиболее   эффективным   источником   освещения   для   наших   квартир,   являются светодиодные лампы.  12 На основе проведенных исследований были выработаны практические рекомендации для обучающихся по выбору искусственных источников освещения для своих квартир: ∙  В настоящее время наиболее экономичными, экологически чистыми и безопасными для здоровья человека являются светодиодные лампы ∙ . Проведите сравнительный анализ для своей квартиры и определитесь с приемлемыми для себя сроками перехода на энергосберегающие лампы. ∙  Переход нужно осуществлять постепенно, заменяя перегоревшие лампы накаливания на новые. ∙  Расчеты показали, что для 2­х комнатной квартиры (из 12 ламп) переход на светодиодные лампы окупится за 1­2 года, а в последующем ежемесячная экономия составит около 170 руб., а в год не менее 2000 руб. и это без учета роста цен на электроэнергию. ∙   Если   вы   решили   перейти   на   люминесцентные   лампы   или   они   у   вас   уже   есть,   то необходимо выполнять следующие рекомендации: ­ не прилагайте усилий к хрупкой колбе, в этой лампе  очень тонкое стекло, при установке или замене лампы следует держать ёё только за пластиковый корпус. ­ если лампа разбилась нужно срочно проветрить помещение. ­ перегоревшие лампы должны сдаваться только в специальные контейнеры при ЖЭКах, выбрасывать их в обычные контейнеры во дворах категорически запрещается. ­ пользуйтесь лампами 18­20 Вт, для более мощных резко возрастает цена и соответственно сроки окупаемости, а менее мощные особо не любят частых включений­выключений и могут быстро перегореть.  Практические рекомендации для  обучающихся по выбору искусственных источников освещения для своих квартир: ∙  В настоящее время наиболее экономичными, экологически чистыми и безопасными для здоровья человека являются светодиодные лампы ∙ . Проведите сравнительный анализ для своей квартиры и определитесь с приемлемыми для себя сроками перехода на энергосберегающие лампы. ∙  Переход нужно осуществлять постепенно, заменяя перегоревшие лампы накаливания на новые. ∙  Расчеты показали, что для 2­х комнатной квартиры (из 12 ламп) переход на светодиодные лампы окупится за 1­2 года, а в последующем ежемесячная экономия составит около 170 руб., а в год не менее 2000 руб. и это без учета роста цен на электроэнергию. ∙   Если   вы   решили   перейти   на   люминесцентные   лампы   или   они   у   вас   уже   есть,   то необходимо выполнять следующие рекомендации: ­ не прилагайте усилий к хрупкой колбе, в этой лампе  очень тонкое стекло, при установке или замене лампы следует держать ёё только за пластиковый корпус. ­ если лампа разбилась нужно срочно проветрить помещение. ­ перегоревшие лампы должны сдаваться только в специальные контейнеры при ЖЭКах, выбрасывать их в обычные контейнеры во дворах категорически запрещается. 13 ­ пользуйтесь лампами 18­20 Вт, для более мощных резко возрастает цена и соответственно сроки окупаемости, а менее мощные особо не любят частых включений­выключений и могут быстро перегореть.  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.  Проект Федерального закона РФ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ».2009 2.  Алексеев С. В., Усенко В. Р. Гигиена труда. М.: Медицина, 1998. 3.  Апресян Л. А., Кравцов Ю. А. Теория переноса излучения. М.: Просвещение. 4.   Большая   советская   энциклопедия  /   гл.   редактор   А.  М.   Прохоров  ­   М.:   "Советская энциклопедия", 1970. 5.  Вавилов С. И. Люди русской науки: Очерки о выдающихся деятелях естествознания и техники, М: Гос. изд­во техн.­теоретической лит­ры, 1948. 6.  Волович М. Б. Справочник школьника 5­11 классы, М: АСТ­ПРЕСС, 1999. 7.  Гончаренко А. Г. Мировая экономика: взгляд на 10 лет вперед.// «Россия в глобальной политике», №6, 2006. 8.  Гурский И. П. Элементарная физика. М.: Просвещение, 1984. 9.  Иванов Б. С. Человек и среда обитания: Учебное пособие, М.: МГИУ, ­ 1999. 10.  Развитие энергетики «Иллюминатор», выпуск №2, 2006. 11.  Кузнецова А. М., И. В.Петрянов’’Вещество и энергия''.М: Просвещение, 1982 12.  Кухлинг Х. Справочник по физике. М.: Мир 1982. 13.  Ландсберг Г. С. Оптика. М.: Просвещение, 1976. 14.  Маркушевич А. И. “Детская энциклопедия'' том 3.М:1994 15.  Николаев В. И. История светодиодов// «Наука и жизнь», ноябрь,2007. 16.  Петров В. И., Азбука освещения, М.: «ВИГМА», 1999г. 14 17.   Суханькова   Е.   П.   Лампа   накаливания   ­   изобретение   А.   Н.   Лодыгина   //   Физика: приложение к газете "Первое сентября", 1997 г., № 45, с. 4­5.              ЭТО ВАЖНО ЗНАТЬ!!!  Производители флуоресцентных ламп не любят вспоминать и говорить о том, что лампы содержат пары ртути и должны проходить специальную утилизацию. Одна разбитая лампа способна сделать непригодной для питья 27 кубометров воды. Перегоревшие лампы должны сдаваться в специальные контейнеры, которые должны находиться при ЖЭКах по месту жительства, об этом нигде не сообщается и поэтому об этом мало кто знает. Я спрашивал в нашем ЖЭК, где находится такой контейнер и мне сказали, что у них его нет.. Возникает вопрос, как же мы будем утилизировать эти лампы. В лучшем случае жители будут их выбрасывать в контейнеры для мусора. Но если люминесцентные лампы попадут в эти контейнеры, то на 100% они будут разбиты, исходя из технологии погрузки. Если учесть масштабы применения таких ламп в жилых домах, то явно возникнут проблемы с экологией. Для   справки:   ежегодно   в   России   на   1   млн.   населения   (население   г.   Красноярск)   в   среднем приходится около 80 000 отработанных люминесцентных ламп (или 16 тонн ). Если учесть, что в ближайшие годы количество таких ламп увеличится в 3 раза, то и отходы на 1 млн. населения составят около 48 тонн РСО. Стоимость утилизации 1 т  составляет 9000 руб. Нетрудно подсчитать, что ежегодные расходы только на утилизацию люминесцентных ламп для России должны составлять сумму порядка 60 000 000руб.        Другим недостатком энергосберегающих ламп, о котором также умалчивается, является то, что человек может находиться от них на расстоянии не ближе, чем 50 сантиметров. Из­за большого уровня ультрафиолетового излучения энергосберегающих ламп при близком расположении к ним может   быть   нанесен   вред   людям   с   чрезмерной   чувствительностью   кожи   и   тем,   кто   подвержен дерматологическим заболеваниям. Однако если человек находится на расстоянии не ближе, чем 50 сантиметров от ламп, вред ему не наносится. 15