Какие источники света наиболее безопасны в эксплуатации и почему?
Индивидуальные расчётные задания
По курсу «Инновации и наукоёмкие технологии»
Тема 1. Новые источники излучения в осветительных приборах.
Выполнение задания:
Мы будем анализировать экономическую эффективность применения осветительных приборов газоразрядных (люминесцентных) ламп и светодиодов на примере одной квартиры.
В процессе выполнения расчётного задания мы будем пользоваться стоимостными и паспортными характеристиками осветительных приборов, присутствующих на рынке и используемых в квартире.
1 лампа накаливания (60Вт)= 15 руб.
При одинаковой яркости света компактная люминесцентная лампа потребляет в 5 раз меньше электроэнергии. Другими словами, лампа накаливания в 60 Вт соответствует по яркости компактной люминесцентной лампе в 11 Вт.
1 люминесцентная лампа (11Вт)= 73 руб.
Светодиодные лампочки мощностью 5 Вт соответствуют по яркости лампе накаливания мощностью 60 Вт.
1 светодиодная лампа (5Вт) = 650 руб.
Пусть в среднем в квартире, в одной комнате любая лампа будет гореть по 6 часов в день.
С помощью таблицы рассчитаем финансовые затраты и экономическую эффективность.
| Наименование лампы | Срок службы | Финансовые затраты Время = 8000 часов 1 кВт = 1,76 руб. |
| 1 лампа накаливания (60Вт)= 15 руб. | 1000 часов 1000 часов / 6 часов = 166,7 дней (около полугода) | 60 Вт = 0,06 кВт; 0,06 кВт * 8000 часов * 1,76 руб = 844,8 руб |
| 1 светодиодная лампа (5Вт) = 650 руб. | 25000 часов 25000/6= 4166,7 дней (11,5 лет) | 5Вт=0,05 кВт; 0,05 кВт*8000*1,76руб = 704 руб. |
| 1 люминесцентная лампа (11Вт)= 73 руб. | 8000 часов 8000 / 6 = 1333,3 дней (то есть 3,7 лет) | 11 Вт = 0,011 кВт; 0,011 кВт * 8000 часов * 1,76 руб.=154,9 руб. |
Таким образом, за 5 лет, мы используем: 11 ламп накаливания (11*15=165 руб.), или 2 люминесцентных лампы (2*73=146 руб.) или же, не израсходуем даже половины возможного потенциала светодиодной лампы. (лампа рассчитана на 12 лет, 650*0,3 = 195 руб.)
Общий расход:
Лампа накаливания: 844,8 руб. +165руб. = 1009,8 руб.
Светодиодная лампа: 704 руб+195руб=899 руб.
Люминесцентная лампа: 154,9.+146руб. = 300,9 руб.
Вывод:
Таким образом, получается, что люминесцентная лампа, несмотря на высокую стоимость, в целом экономичнее, чем дешевая лампа накаливания и светодиодная лампа.
И если учесть, что тариф на оплату электроэнергии каждый год увеличивается , то выгода от люминесцентной лампы будет еще больше. И если бы светодиодная лампа была дешевле, она была бы так же выгодна, как и люминесцентная.
Люминесцентные лампы, используемые в комнате- это не только более экономичный, чем лампа накаливания, источник света, но и грамотное и приятное освещение, которое имеет множество преимуществ перед традиционными: красочность света, равномерность распределения светового потока, особенно в случаях подсвечивания объектов разными лампами, меньшая яркость ламп и значительно меньшее выделение тепла.
Ответы на контрольные вопросы:
Каков спектральный диапазон видимого излучения?
Видимое излучение — это электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова). Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.
В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджета нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов. При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разным углом. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узким диапазоном), называются спектральными цветами. Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:
| Цвет | Диапазон длин волн, нм | Диапазон частот, ТГц | Диапазон энергии фотонов, эВ |
| Фиолетовый | 380-440 | 790-680 | 2,82-3,26 |
| Синий | 440-485 | 680-620 | 2,56-2,82 |
| Голубой | 485-500 | 620-600 | 2,48-2,56 |
| Зелёный | 500-565 | 600-530 | 2,19-2,48 |
| Жёлтый | 565-590 | 530-510 | 2,10-2,19 |
| Оранжевый | 590-625 | 510-480 | 1,98-2,10 |
| Красный | 625-740 | 480-405 | 1,68-1,98 |
Какие источники света наиболее безопасны в эксплуатации и почему?
Наиболее безопасные в эксплуатации источники света:
· Светодиодные лампы (светодиоды);
· Ксеноновые лампы (ксенон);
· Люминесцентные лампы.
Светодиодные источники света уже успели зарекомендовать себя как безопасные и самые экономичные источники света в вашем доме, на даче или при освещении промышленных объектов и витрин магазинов. Широкое применение LED фонари, оснащенные датчиками реагирующими на движение нашли в сфере ЖКХ для освещения улиц, лестничных пролетов и подвальных помещений. По принципу устройства данный источник освещения принципиально отличается от предшественников. Светодиодные лампы основаны на способности некоторых полупроводников светится при прохождении электрического тока. Устойчивость светодиодных приборов к перепадам температуры и атмосферным явлениям создало предпосылки для применения как в уличном освещении, так и в освещении коммерческих (гостиницы, магазины, рестораны) и декоративных (бассейны, фонтаны, элементы ландшафта, и т.д.) объектов.
Ксеноновые лампы (по-другому HID) своим названием обязаны ксенону – инертному газу, составляющему основу газовой смеси, находящейся в колбе. Свечение возникает в результате электрического разряда высокого напряжения (до 25 тыс. Вольт) между двумя электродами. Запускаются ксеноновые лампы при помощи специального оборудования, получившего название блоков розжига, или блоков управления, которые трансформируют обычное бортовое напряжение 12 В до 25 кВ.
После запуска приборам для поддержания работы требуется не так много энергии, даже меньше, чем обычным автомобильным лампам.
Ксеноновые лампы обладают массой достоинств. Прежде всего, к их преимуществам можно отнести значительную светоотдачу (3200 Лм/Вт), которая практически в два раза выше, чем у галогенных ламп (1600 Лм/Вт). Высокая экономичность является следующим достоинством. При более высокой светоотдаче ксеноновые лампы тратят гораздо меньше энергии, нежели лампы накаливания, что уменьшает нагрузку на генератор. Еще одно достоинство ксеноновые лампы – это длительный срок службы, который на порядок выше, чем у галогенных ламп. Такая долговечность обусловлена отсутствием нити накаливания, что делает ксеноновые лампы устойчивыми к вибрационным нагрузкам и ударным нагрузкам. Кроме того, ксеноновые лампы меньше греются, что продлевает срок службы автомобильной оптики, и является одним из показателей безопасности.
Современные ксеноновые лампы позволяют регулировать то, каким именно будет свет: белым, голубым, синим. Важно то, что в любом случае свет ксеноновых ламп гораздо ближе к естественному свету солнца, к которому привыкли наши глаза. А это значит, что сидящий за рулем водитель, будет меньше уставать от света собственных фар.
Люминесцентные лампыобеспечивают стабильный световой поток , они экономичны, и более безопасны для окружающей среды.
Люминесцентные лампы используют в своей работе принцип электрического разряда в заполненной газом среде, как и другие газоразрядные лампы. Еще в 1856 году Генрих Гайсслер впервые провел электрический ток через газ, пробив его с помощью включенного в цепь соленоида. Процесс сопровождался синим свечением стеклянной трубки, заполненной газом. Уже тогда была реализована стандартная схема включения газоразрядной лампы – для получения броска напряжения, пробивающего газ и возбуждающего разряд, был использован прообраз современного электромагнитного балласта – индуктивное сопротивление соленоида.
Лампы дневного света отличаются от обычных газоразрядных тем, что источником света в них является не сам разряд, а вторичное излучение, создаваемое специальным покрытием колбы – люминофором. Это вещество испускает видимый свет под воздействием ультрафиолета – невидимого глазу излучения. Главными достоинствами люминесцентных ламп являются: низкое содержание ртути (всего 3 мг), и при работе срок службы возрастает для 20 000 часов.
В последнее время широкое распространение получили так называемые энергосберегающие лампы, иначе лампы дневного света, способствующие сбережение электроэнергии и остроты зрения.