Исследование источников света




Скачать 173.04 Kb.
НазваниеИсследование источников света
Дата конвертации08.12.2012
Размер173.04 Kb.
ТипИсследование


Исследование источников света


Абразумова Людмила Владимировна

Преподаватель спец.дисциплин

ГБОУ СПО Калужской области «Кировский индустриально –

педагогический колледж»

им. А. П. Чурилина


Введение.


Энергетика является одной из базовых отраслей народного хозяйства. Электрификация является стержнем строительстве экономики общества, играет ведущую роль в развитии народного хозяйства, в осуществлении всего современного технического прогресса. Поэтому необходимо обеспечить опережающие темпы производства электроэнергии. Непрерывный рост выработки электроэнергии позволит увеличить электровооруженность труда.

Рациональное использование электроэнергии для освещения является важной народнохозяйственной задачей. Правильное выполненное электрическое освещение способствует улучшению качества продукции, снижению утомляемости зрения, уменьшению количества аварий на производстве.

В настоящее время очень актуальна проблема энергосбережения в связи с тем, что в последние годы появилось много энергоемкой технике, в том числе и бытовой (электрические чайники, стиральные машины - автоматы). Госдума в мае 2009 года приняла закон об эффективном использовании электроэнергии и энергосбережении, в законе говорится о том, что лампочки накаливания из-за больших потерь электроэнергии будут сниматься с производства: до 2011 года снимут лампочки мощностью до 100 Ватт, а в 2014 году полностью прекратиться выпуск ламп накаливания. Будет наращиваться и развиваться производство энергосберегающих ламп, которые полностью заменят лампы накаливания.

Поэтому в своей работе я хочу исследовать все плюсы и минусы ламп накаливания и энергосберегающих ламп.

Цель моей работы провести аналогию между двумя основными на данный момент источниками света, а именно между лампами накаливания и энергосберегающими лампами и определить экономическую эффективность полной замены ламп накаливания на энергосберегающие лампы.

Задачи работы:

  1. Выяснить и исследовать: стоит ли покупать энергосберегающие лампы, ведь они в 5 раз дороже обычных?

  2. Если стоит покупать, то чем руководствоваться при покупке таких ламп?

Объект исследования: энергосбережение в современных условиях.

Предмет исследования: лампы накаливания и энергосберегающие лампы.


Глава 1.

1.1. История изобретения ламп накаливания.

В 1809 году англичан Деларю строит первую лампу накаливания (с платиновой спиралью).

В 1838 году бельгиец Жобар изобретает угольную лампу накаливания.

В 1854 году немец Генрих Гебель разработал первую «современную» лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде. В следующие 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой.

11 июля 1874 году российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещенный в вакуумированный сосуд.

В 1875 году В. Ф. Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина, осуществив откачку воздуха из нее и применив в лампе несколько волосков (в случае перегорания одного из них, следующий включался автоматически).

Английский изобретатель Джозеф Вильсон Сван получил в 1878 году британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.

В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Лодыгин первый предложил применять в лампах вольфрамовые нити (в современных электрических лампочках нити накала именно из вольфрама) и закручивать нити вольфрама в форме спирали. Также Лодыгин первым стал откачивать из ламп воздух, чем увеличил их срок службы во много раз. Другим изобретением Лодыгина, направленным на увеличение срока службы ламп, было наполнение их инертным газом.

В 1904 году венгры Доктор Шандор и Франьо Ханаман получили патент за № 34541 за использования в лампах вольфрамовой нити. В Венгрии же были произведены первые такие лампы, вышедшие на рынок через венгерскую фирму Tungsram в 1905 году.

В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей.

Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским ученым Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 года в фирме «General Electric», придумал наполнять колбы ламп инертным газом, что существенно увеличило время жизни ламп.


1.2 Преимущества и недостатки ламп накаливания.

Преимущества:

- налаженность в массовом производстве;

- малая стоимость;

- небольшие размеры;

- ненужность пускорегулирующей аппаратуры;

- быстрый выход из рабочего режима;

- невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения;

- отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие в инфраструктуре по сбору и утилизации;

- возможность работы на любом роде тока;

- нечувствительность к полярности напряжения;

- возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);

- отсутствие мерцание и гудения при работе на переменном токе;

- непрерывный спектр излучения;

- приятный и привычный в быту спектр;

- устойчивость к электромагнитному импульсу;

- возможность использования регуляторов яркости;

- не боятся низкой температуры окружающей среды.

Недостатки:

- низкая световая отдача;

- относительно малый срок службы;

- хрупкость и чувствительность к удару;

- резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения;

- цветовая температура лежит только в пределах 2300 – 2900 К, что придает свету желтоватый оттенок;

- лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40Вт – 1450С, 75Вт – 2500С, 100Вт – 2900С, 200Вт – 3300С. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности ламп мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут;

- световой коэффициент полезного действия дамп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%. (Приложение I, Iа)

1.3. История изобретения энергосберегающих ламп.

Открытие электричества ознаменовало новую эру в истории источников света. Развитие пошло по двум направлениям: одни основывались на свечении электрической дуги, другие - на термическом действии электрического тока. В этой статье речь пойдет о газоразрядных источниках света, к ним относятся дуговые лампы и лампы тлеющего разряда.

В 1802 году русский физик Василий Владимирович Петров (1761-1834), занявшись исследованиями в новой тогда области - электричестве, построил гигантскую гальваническую батарею. Его «вольтов столб», помещенный в деревянные ящики, состоял из 2,1 тыс. пар медных и цинковых кружков 1. С помощью этой батареи Петров поставил немало опытов, но один из них навсегда запечатлел его имя в истории науки. Разомкнув два угольных стержня, присоединенных медными проводниками к батарее, ученый был поражен «весьма ярким белого цвета светом», который вспыхнул между углями. Так впервые была получена электрическая дуга.

1.4. Применение

Уже в первой половине XIX века стали предприниматься попытки использования электрической дуги для осветительных нужд. Электрический свет оставался дорогим, поскольку еще не было дешевого и надежного источника энергии (генератора), и не слишком надежным - угольные электроды довольно быстро сгорали в пламени дуги, а расстояние между ними приходилось поддерживать вручную. Однако важнейшие преимущества электрического света - высокая яркость и белизна - побуждали ученых и инженеров к новым экспериментам.

Первая практически пригодная конструкция дуговой лампы была создана французским физиком Жаном Бернаром Леоном Фуко (1819-1868) в 1844 году. В России же подлинную революцию в освещении совершил изобретатель Павел Николаевич Яблочков (1847-1894). В 1870-х годах он занялся исследованиями в области электротехники. Результаты работ были блестящими - Яблочков с успехом решил две самые трудные проблемы, тормозившие развитие электрического освещения.

Первая состояла в том, что от одного источника тока удавалось питать только одну дуговую лампу. Особенности работы дуговых источников света не позволяли включать их параллельно, а последовательное включение было невозможно из-за необходимости одновременного зажигания ламп. Ученому удалось справиться с проблемой с помощью созданных незадолго до этого индукционных катушек - первых трансформаторов, благодаря которым он сумел гальванически развязать цепь генератора от цепей ламп и обеспечить независимость работы каждой лампы.

Вторая проблема стала очевидной в ходе организации освещения железнодорожного пути Московско-Курской железной дороги в 1874 году. Опыт показал, что основной задачей совершенствования источников света должно было стать регулирование зазора между углями. Если угли сгорали и зазор становился слишком велик, лампа гасла. Если же зазор оказывался чересчур маленьким, падала яркость свечения, а дуга становилась нестабильной. Чего только ни придумывали конструкторы: угли сближались часовым механизмом с ходовым винтом, электродвигателем, электромагнитом. Последние конструкции были относительно удачны, что позволило им дожить до середины XX века. Но идея Яблочкова оказалась поистине гениальной и вместе с тем простой - он поместил угли параллельно один другому, разделив их тонкой изолирующей прокладкой из каолина. Теперь угли сгорали одновременно, и свеча горела целый вечер без каких-либо регуляторов и других приспособлений.

В конце XIX века с появлением более удобных в эксплуатации ламп накаливания, речь о которых пойдет в следующей статье, интерес к дуговым лампам пошел на убыль. Однако исследователи не остановились на достигнутом, они начали использовать иные формы электрического разряда в газах.

1.5. От металла к галогенам

В 1901 году американский инженер-электрик Питер Купер-Хьюитт (1861-1921) создал первый промышленный образец дуговой ртутной лампы. Ртуть снижала напряжение зажигания и горения при увеличении яркости дуги (световой отдачи лампы). Лампа Хьюитта давала яркий, но не очень приятный бело-зеленоватый свет. Срок службы, а также световая отдача этих ламп по сравнению с лампами накаливания были весьма высоки. Для зажигания разряда лампу Хьюитта нужно было качнуть, чтобы ртуть, свободно переливающаяся по колбе, замкнула электроды, а затем разорвала цепь. При этом вспыхивала дуга. Основными потребителями ламп Хьюитта, который создал для их производства собственную компанию Cooper Hewitt Electric Company, стали фотоателье. Фотография начала XX века была черно-белой, и высокая освещенность объекта съемки имела большее значение, чем хорошая цветопередача. В 1919 году GE купила компанию Хьюитта, а в 1933-м начала выпуск ртутных ламп несколько иной конструкции.

На международной выставке 1938 года компания GE продемонстрировала первую люминесцентную лампу, в которой для исправления цветности излучения дугового разряда в парах ртути низкого давления использовался слой люминофора, преобразовывавший ультрафиолетовое излучение разряда в видимое.

Опытные образцы отечественных люминесцентных ламп созданы под руководством Алексея Петровича Иванова (1904- 1982), Сергея Ивановича Вавилова (1891-1951) и Валентина Александровича Фабриканта (1907-1991) в 1935-1936 годах, а к началу 1941-го была разработана технология промышленного производства люминесцентных ламп. Однако начавшаяся война приостановила эти работы, и лишь в 1948 году был пущен в эксплуатацию Московский завод ламп дневного света, продукция которого сразу же стала широко внедряться в обиход.

В 1930 году Марчелло Стефано фон Пирани (1880-1968), возглавлявший исследовательский центр компании Osram, сообщил о создании натриевой лампы низкого давления. Такие лампы имели весьма высокую световую отдачу, что позволяло использовать их для наружного освещения. Единственным недостатком натриевой лампы низкого давления являлся их желтый свет (с длиной волны λ = 589,0 и 589,6 нм). При изготовлении натриевой лампы низкого давления пришлось решить целый ряд сложных инженерных задач, наиболее серьезные из которых были связаны с необходимостью защиты стекла от разрушающего действия горячих паров натрия. С этой целью Пирани создал рецептуру боросиликатного стекла, обеспечившего приемлемую долговечность работы натриевой горелки. В США интерес к натриевой лампы низкого давления был быстро утрачен в связи с успешными работами над металлогалогенными лампами, появившимися на потребительском рынке в 1960-х годах. В нашей стране натриевые лампы низкого давления никогда не использовались для нужд освещения, однако в Европе до сих пор натриевые лампы низкого давления массово применяются для освещения, в частности автомобильных тоннелей. Для них кпд = 200 лм/Вт (при мощности 18-185 Вт), и это практически предельная для данного вида источников света величина. Металлогалогенные лампы - результат дальнейшего этапа развития ламп типа дуговые ртутные лампы. Но для повышения эффективности в этих лампах вместо люминофора, излучение которого восполняло «провалы» в спектре излучения ртути, используются добавки галогенпроизводных некоторых металлов (натрия, свинца, кобальта, индия, а также редкоземельных элементов - талия, лантана и др.), вводимые в колбу. Принцип действия металлогалогенных ламп был предложен в 1911 году Чарлзом Протеусом Штейнмецем (1865-1923), однако освоение их производства, начатого в 1962 году, потребовало создания новой отрасли промышленности, выпускавшей особо чистые галогениды металлов, а также разработки технологии дозирования этих гигроскопичных материалов в горелку лампы.

Конкуренцию металлогологенных ламп составили натриевые лампы высокого давления (выпускаемые в нашей стране под марками ДНаТ, ДНаС, ДНаМТ, ДнаЗ). Они имеют наиболее высокую световую отдачу из всех существующих источников света, однако, как и натриевые лампы низкого давления, светят ярким желтым светом. Поэтому их основное назначение - освещение улиц и промышленных предприятий (ДНаС-18 использовалась как спектральный источник).

В начале 1980-х годов производители источников света сообщили о выпуске первых компактных люминесцентных ламп. Появлению этих ламп предшествовал огромный объем работ: создание высокоэффективных и стойких люминофоров на основе соединений редкоземельных элементов, разработка малогабаритных пускорегулирующих аппаратов. В наши дни компактные люминесцентные лампы все более широко внедряются взамен ламп накаливания в осветительных установках жилых, общественных и производственных зданий. Освоение массового производства дешевых и надежных миниатюрных высокочастотных пускорегулирующих аппаратов на полупроводниковых элементах также способствовало успешному внедрению таких ламп.

Популярность компактных люминесцентных ламп непрерывно растет ввиду их экономичности, относительной дешевизны и функциональности. Так, в период 1990- 1997 годов мировой объем продаж компактных люминесцентных ламп вырос в семь раз, превысив 350 млн шт. в год.

Параллельно с развитием газоразрядных источников света шло развитие ламп накаливания. На начальном этапе развития электричества одни ученые заметили возможность использования электрической дуги для освещения, другие обратили свое внимание на не менее интересный факт: при протекании электрического тока через проводник, его температура сильно повышается, проводник накаляется и тоже излучает свет. (Приложение II, IIа, IIб)


Глава 2.

2.1. Преимущества энергосберегающих ламп.

Обычная лампочка при своей простоте и дешевизне имеет один большой недостаток – лишь 5% потребляемой лампой электроэнергии идет на освещение, а остальное уходит в тепло, т.е. буквально на ветер.

Лампы нового поколения используют на 90% меньше электричества, чем ее предшественницы. Срок службы энергосберегающих ламп 15 000 часов, это в 15 раз больше срока службы обычной лампы накаливания. Светит примерно в 5 раз ярче. Т.е. свет от энергосберегающей лампы 20Вт приблизительно равняется световому потоку лампы накаливания 100Вт. Правда, стоит такая лампочка в 5 раз больше обычной, но за счет долговечности и малого энергопотребления она окупается очень быстро.

Поменяв в квартире все лампочки накаливания на энергосберегающие, вы уже по счету электроэнергию увидите на сколько стали меньше платить за свет.

Энергосберегающие лампы выделяют гораздо меньше тепла, чем лампы накаливания, поэтому их можно смело использовать в светильниках и люстрах с ограничением уровня температуры – в таких светильниках от ламп накаливания с высокой температурой нагрева могут плавится пластмассовая часть патрона, провод или элементы отделки (потолочные светильники).

Площадь поверхности энергосберегающих ламп больше чем площадь поверхности спирали накаливания. Благодаря этому свет распределяется по помещению мягче и равномернее чем от лампы накаливания, а это в свою очередь снижает утомляемость глаз. К тому же такие лампочки включаются мгновенно без мерцания, что тоже полезно для глаз.

При выборе энергосберегающей лампы нужно иметь в виду 4 параметра:

1. размер лампы;

2. цвет ее света;

3. мощность лампы;

4. тип цоколя.

1. Размер лампы. Размер энергосберегающей лампы: они больше по размеру, чем лампы накаливания, поэтому обратите внимание: поместится ли выбранная вами энергосберегающая лампа в ваш светильник

2. Цвет ее света. Уникальной характеристикой ламп является их цветовая температура, которая определяет цвет лампы: 2700К – мягкий белый свет, 4200К – дневной свет, 6400К – холодный белый свет. Чем ниже световая температура, тем ближе цвет к красному, тем выше – к синему, поэтому перед выбором определенной лампы представьте какой цвет света устроит вас и выбирайте лампу соответствующей цветовой температуры

3.Мощность лампы. Учитывая что световая отдача энергосберегающий ламп выше чем у ламп накаливания в 5 раз выбирать необходимую мощность энергосберегающей лампы нужно исходя из соответствующей пропорции: там где вы использовали лампу накаливания мощностью 100Вт хватит энергосберегающей лампы мощность 20Вт

4.Тип цоколя. Энергосберегающие лампы имеют цоколь Е 27, в небольших светильниках и бра применяют цоколь Е 14. Мощность, тип цоколя и цветовая температура ламп указывается на упаковке. Например: спецификация энергосберегающей лампы производства Delux: ESS – 02A 15W E14 6400K означает, что перед нами лампа мощностью 15Вт, с маленьким цоколем Е14, излучающая холодный белый свет 6400К.

Потребителям стоит знать еще один момент. Так как в состав энергосберегающих ламп входит ртуть, то вышедшие из строя лампы нельзя просто выбрасывать, их необходимо утилизировать через специальные предприятия или жилищно - эксплуатационные конторы, дома можно просто закопать лампочку в землю. (Приложение III, V)

Заключение.


Все европейские страны давно перешли на энергосбережение и используют только энергосберегающие лампы (люминесцентные лампы) и начинают переходить на лампы нового поколения – светодиодные. В нашей стране пока только начинают переходить на люминесцентные лампы нового образца, в которых используются новые люминофоры и пускорегулирующая аппаратура более современная, а вот производство светодиодных ламп у нас развито слабо, т.к. эти новые технологии еще на низком уровне, и выращивание кристаллов для светодиодных ламп очень дорого и длительно. За светодиодными лампами будущее, потому что эти лампы они экономичнее даже, чем люминесцентные. В Париже на Елисейских полях в этом году для встречи Нового года зажгли 5 млн. энергосберегающих ламп.

В практике моей семьи была люминесцентная лампа мощностью 40 ватт, проработавшая 17 лет.

Сегодня весь мир использует энергосберегающие лампы, так как их применение намного выгоднее, чем использование ламп накаливания. Хотя цена на них выше, но срок службы намного больше. Не следует забывать, что электроэнергию надо расходовать с умом, а энергосберегающие лампы позволяют ее в разы сэкономить. Поэтому лучше всего начать ее экономить с мелочей – лампочек.


Список литературы:

  1. Зайцев В. Е., Нестерова Т. А. «Электротехника. Электроснабжение, электротехнология и электрооборудование строительных площадок». – М., Академия, 2004 г.

  2. Лебедев И. Н., Леви С. С. «Электротехника и электрооборудование». – М., Высшая школа, 2000 г.

  3. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей: Справочник. – М., ЗАО «Энергосервис», 2003 г.

  4. Свободная энциклопедия

  5. Каталог осветительной продукции 2010 г.

  6. www.electrolirary.info. 2005-2010@All rights reserved «Электронная электротехническая библиотека».



Приложение I. Конструкция лампы накаливания




Приложение Iа



Приложение II. Энергосберегающие лампы





Приложение IIа




Приложение IIб




Приложение III. Особенности и преимущества энергосберегающих ламп




Приложение IV. Спектр излучения лампы накаливания и энергосберегающей лампы




Приложение V. Таблица расчета экономической эффективности.


Критерии оценки

Лампы накаливания

Энергосберегающие лампы


Мощность Р (ватт)



60


12


Стоимость (руб)



7


130


Срок службы (часы)



1000


8000


Стоимость 1 КВт/час



2 руб.


2 руб.


Распределение света по помещению



Неравномерно (из-за малой площади поверхности спирали)


Легко и равномерно (по всей площади люминофора)


Утомляемость глаз



Сильная


Слабая



Включение ламп


С выдержкой времени, с мерцанием

Мгновенно, без мерцания (благодаря адаптивной системе зажигания происходит плавный разогрев лампы за 1 мин.)




Спектр излучения (приложение IV)

Узкий (преобладает теплая часть спектра, т.е. красные цвета, поэтому искажение цвета сильное)


Широкий (преобладание всех семи базовых цветов спектра, поэтому искажение цветности меньше)


Светоотдача


На 20% меньше, чем у энергосберегающих

На 20% больше, чем у ламп накаливания, из-за применения высококачественных люминофоров




Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Исследование источников света iconИсточники света. Прямолинейное распространение света
Цель урока: Познакомить учащихся с примерами искусственных и естественных источников света Разъяснить закон прямолинейного распространения...

Исследование источников света iconЛабораторная работа №23 Изучение степени поляризации света, отраженного и преломленного на диэлектрических пластинах
Цель работы: исследование поляризации света при отражении от диэлектрика, определение угла полной поляризации. Исследование прохождения...

Исследование источников света iconИсследование и разработка индукционных люминесцентных источников света на частотах
Техническом университете по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 13-Е

Исследование источников света iconТехническое задание на повышение уровня энергосбережения энергетических ресурсов путем замены светильников с применением прогрессивных технологий и источников света в офисном здании Госкорпорации «Росатом» 1
Проведение модернизации существующих систем освещения с применением прогрессивных технологий и источников света

Исследование источников света iconКому из ученых принадлежит открытие интерференции света?
Что будет наблюдаться в точке, если волны от двух коге­рентных источников желтого света придут в противофазе?

Исследование источников света iconЛабораторная работа №1 исследование электрооптических модуляторов света
Целью работы является ознакомление с принципами работы и конструкцией электрооптического модулятора (эом) на основе поперечного эффекта...

Исследование источников света iconИсследование и разработка стартеров тлеющего разряда и зажигающих устройств на их основе для высокоэффективных источников света
Работа выполнена на кафедре общенаучных дисциплин Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования...

Исследование источников света iconМетодические указания по курсу Физика для студентов заочной формы обучения факультета компьютерных наук мсу
Элементы волновой теории света. Интерференция света. Электромагнитная природа света. Когерентность и монохроматичность световых волн....

Исследование источников света iconТемы рефератов по разделу «Оптика, атомная и ядерная физика»
Интерференция света. Когерентность световых волн. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Опыт Юнга. Интерференция...

Исследование источников света iconИнтерференция света
Образовательная: Рассмотреть явления, подтверждающие волновые свойства света: независимость распространения световых пучков и интерференцию...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница