- Метадычка, Фізіка. Сцэнарыі

Экспериментальная проверка энергосбережения за счет применения энергосберегающих ламп

Воспитательное мероприятие по энергосбережению

 

 

Татьяна БАЗЮК,
учитель физики
Гимназии № 1 Островца, 
Гродненская область

 

 

 

Цель:

  • выяснить, чем отличаются компактные люминесцентные, светодиодные и обычные лампы накаливания и определить, какие из них более эффективны;
  • стимулировать интерес к практическому применению знаний, полученных в школе;
  • создать мотивацию для сбережения ресурсов и энергии;
  • формировать культуру энергосбережения.

Задачи:

  • выявить основные преимущества и недостатки компактных люминесцентных, светодиодных и обычных ламп накаливания;
  • провести практическое исследование и сравнить фактически потребляемую мощность и уровень освещённости разных видов ламп с заявленными производителем;
  • оценить экономическую эффективность использования компактных люминесцентных, светодиодных и обычных ламп накаливания;
  • создать условия для развития интереса к практическому применению полученных знаний.

Подготовительная работа: учитель заранее раздает учащимся темы докладов к мероприятию: «Лампа накаливания», «Компактная люминесцентная лампа», «Светодиодная лампа», «Измерение освещённости. Люксметр».

Оборудование: анкеты, патрон для ламп, вольтметра, амперметра, источника тока, люксметр, лампа накаливания мощностью 100 Вт, компактная люминесцентная лампа мощностью 20 Вт и светодиодная лампа мощностью 12 Вт, презентация, мультимедийной проектор, экран.

 

План урока:

     І. Организационно-мотивационный этап:

1) организация начала мероприятия;

2) актуализация знаний.

     ІІ. Операционно-познавательный этап:

1) усвоение новых знаний;

2) физкультминутка;

3) выдвижение гипотез;

4) экспериментальная работа.

     III. Рефлексивно – заключительный этап:

1) подведение итогов, выводы;

2) рефлексия.

 

Ход мероприятия

     І. Организационно-мотивационный этап

1) организация начала мероприятия

Вступительное слово учителя:

– Уважаемые коллеги! Нет-нет, я не оговорилась. Сегодня вы не учащиеся X класса, а мои коллеги – физики-экспериментаторы, исследователи потребляемой мощности и уровня освещённости разных видов ламп.

В XXI веке мы уже не представляем свою жизнь без источников искусственного освещения. Плата за электроэнергию составляет значительную часть расходов любой семьи на оплату жилищно-коммунальных услуг. Производители энергосберегающих ламп в один голос утверждают, что есть простой способ сэкономить деньги – заменить традиционные лампы энергосберегающими. Но часто можно услышать, что переход на энергосберегающие лампы на самом деле выгоден только производителям этих ламп, так как они намного дороже, а служат столько же, сколько и лампы накаливания, да еще и ухудшают качество электроэнергии. Именно это утверждение необходимо подтвердить или опровергнуть в ходе мероприятия.

2) актуализация знаний

Проводится анкетирование среди учащихся, чтобы выявитьстепень их осведомленность о свойствах использования разных ламп.

Вопросы:

  1. Экономите ли Вы электроэнергию?
  2. Каким лампам отдаете предпочтение?
  3. Как вы считаете, какие лампы дают больше освещенности?
  4. Знаете ли Вы, какое влияние оказывают энергосберегающие лампы на окружающую среду и здоровье человека?
  5. Не раздражает ли глаза свет от таких ламп?
  6. Как вы избавляетесь от перегоревших энергосберегающих ламп?
  7. Знаете ли Вы о правильной утилизации энергосберегающих ламп?

Анализ проведённого анкетирования.

     ІІ. Операционно-познавательный этап.

1) усвоение новых знаний

Сообщение учащегося «Лампа накаливания»

Педагог: А теперь, давайте, по группам определим преимущества и недостатки ламп накаливания (учащиеся работают в группах).

Обсуждение полученных результатов.

1) преимущества:

  • малая стоимость (75 копеек);
  • небольшие размеры;
  • ненужность пускорегулирующей аппаратуры;
  • при включении они зажигаются почти мгновенно;
  • отсутствие токсичных компонентов;
  • отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе;
  • непрерывный спектр излучения;
  • нормальная работа при низких температурах окружающей среды.

2) недостатки:

  • низкая световая отдача;
  • относительно малый срок службы;
  • 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: 40 Вт–145 °C, 75 Вт–250 °C, 100 Вт–290 °C, 200 Вт–330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

Сообщение учащегося «Компактная люминесцентная лампа»

Педагог: По группам определим преимущества и недостатки компактных люминесцентных ламп (учащиеся работают в группах).

Обсуждение полученных результатов.

1) преимущества:

  • высокий КПД;
  • длительный срок службы в непрерывном цикле эксплуатации (без частого включения/выключения);
  • сила светового потока (выше, чем у лампы накаливания с аналогичной мощностью, даёт при этом экономию электроэнергии 75–85 %);
  • различные цветовые температуры;
  • нагрев корпуса и колбы значительно ниже, чем у лампы накаливания.

2) недостатки:

  • высокая цена (6 рублей);
  • КЛЛ содержат 3–5 мг ртути. КЛЛ должны утилизироваться как специальные отходы;
  • заявляемые производителями сроки службы, измеряемые до десяти тысяч часов не соответствуют действительности в прерывистом цикле эксплуатации (вкл. – выкл.);
  • спектр такой лампы линейчатый. Это приводит не только к неправильной цветопередаче, но и к повышенной усталости глаз;
  • повышенное кратковременное (0,1 сек) потребление электроэнергии при включении, потребляемая при этом энергия равняется пятисекундной работе лампы в обычном режиме. Таким образом, применение таких ламп в режиме кратковременно включения нецелесообразно.

Сообщение учащегося «Светодиодная лампа»

Педагог: По группам определим преимущества и недостатки светодиодных ламп (учащиеся работают в группах).

Обсуждение полученных результатов.

1) преимущества:

  • наименьшее, по сравнению с любыми другими типами бытовых ламп, потребление электроэнергии – в 8–10 раз меньшее, чем у ламп с нитью накаливания;
  • высокая световая отдача, до 200 люменов на каждый затраченный ватт энергии. Для сравнения светоотдача «ламп Ильича» составляет от 10 до 15 лм на каждый ватт, у люминесцентных ламп – от 60 до 100 лм на ватт;
  • наивысший, по сравнению с любыми другими лампами освещения, срок службы порядка 30 000 часов, при условии качественного построения самой светодиодной лампы и применении в ее изготовлении высококачественных материалов;
  • получение различных характеристик спектра без использования светофильтров, т.е. по аналогии с лампами накаливания;
  • прочность и безопасность для пользователей. Светодиодная лампа при случайном падении не разобьется и не будет повреждена, т.е. осколков стекла, характерных для подобной ситуации с любой другой осветительной лампой, не будет. Ее элементы не содержат сколько-нибудь опасных компонентов химического происхождения, присутствующих, к примеру, в люминесцентных лампах;

2) недостатки:

  • высокая цена (5,5 рублей);
  • в отсутствие конденсатора, выравнивающего световой поток светодиодов, наблюдается заметная пульсация света;
  • световой спектр, генерируемый светодиодами, монохромен и существенно отличается от естественного солнечного освещения. Для смягчения монохромного светового излучения требуется люминофоры специального состава.

Педагог: Справились, замечательно, следующее, что мы с вами сделаем, это заполним таблицу сравнительных характеристик ламп накаливания, компактных люминесцентных и светодиодных ламп.

 

Таблица 1 – Сравнительные характеристики ламп накаливания, компактных люминесцентных и светодиодных ламп

 

Характеристики

Лампа накаливания

(100 Вт)

Компактная люминесцентная лампа
(20 Вт)

Светодиодная лампа (20 Вт)

Цена

Низкая –
0,75 рублей за лампу

Высокая –
6 рублей за лампу

Высокая –
5,5 рублей за лампу

Срок службы

Низкий.
Около 1000 часов непрерывного горения

Высокий.
8000 часов непрерывного горения

Высокий.
30000 часов непрерывного горения

Световая отдача

Крайне низкая –
(10–15 лм/Вт),
85–90 % электроэнергии превращается не в свет,
а в тепло

Высокая,
приближается
к 100 лм/Вт

Высокая, приближается
к 200 лм/Вт

Спектр

Существенно отличается от естественного (дневного) света, преимущественно теплый тон излучения

Спектр линейчатый. Возможность создавать свет разного спектрального состава: теплый, естественный, белый

Монохромен
и существенно отличается
от естественного солнечного освещения

Наличие вредных веществ

Нет

Есть.
Используется ртуть, поэтому лампы требуют особой утилизации

Нет

 

Сообщение учащегося «Измерение освещённости. Люксметр»

2) физкультминутка

Педагог: Устали? Привал! Проведем физкультминутку. Она, конечно, связана с физикой.

Займите исходное положение: сядьте прямо, поставьте ноги рядом.

По команде (по 3–4 раза).

Присоединение провода: локоть правой руки – на середину локтевого сустава.

Пересечение проводов: середины локтевых суставов расположены под прямым углом.

Ключ: локтевые суставы на одном уровне, кисть левой руки приподнята.

Лампочка: перекрестить руки на уровне головы.

Звонок: приставить кисти обеих рук под прямым углом к шее.

Гальванический элемент (или аккумулятор): кисти рук сжаты в кулаки на уровне плеч, большой палец одной руки вверх, другой вниз.

Параллельное соединение проводников: локтевые суставы параллельны друг другу (расположены горизонтально или подняты вверх на уровне грудной клетки).

Реостат: кисть правой руки под прямым углом касается середины локтевого сустава левой руки, суставы параллельны друг другу.

Резистор: локтевые суставы параллельны, кисть одной руки под прямым углом касается локтя другой руки.

3) выдвижение гипотез

Учащиеся предполагают, что использование в быту энергосберегающих ламп значительно выгоднее, чем применение ламп накаливания.

Педагог не отбрасывает неверные предположения: каждая из гипотез нуждается в экспериментальной проверке. Все гипотезы записываются в тетрадь.

4) экспериментальная работа

Педагог: Великий учёный М.В.Ломоносов говорил: «Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рождённых только воображением». Поэтому подвергнем экспериментальной проверке все наши гипотезы.

Этапы проведения:

  1. Экспериментальная проверка экономии энергосбережения за счет применения энергосберегающих ламп.
  2. Сравнение экономической эффективности ламп.

Цель эксперимента состоит в том, чтобы сравнить компактные люминесцентные лампы, светодиодные и обычные лампы накаливания по нескольким критериям: мощности ламп и уровню освещённости – для выявления целесообразности использования тех или иных ламп.

Педагог проводит обучение правилам безопасного поведения при проведении эксперимента.

Ход эксперимента:

  • необходимо собрать установку, состоящую из патрона для ламп, вольтметра, амперметра и источника тока, с помощью которой необходимо измерить напряжение и силу тока. После этого вычислить мощность лампы по формуле P = UI. Установка для эксперимента представлена на рисунке 1. Результаты эксперимента вносятся таблицу 2;
  • проводятся измерения освещенности каждой лампы на расстоянии 2 метра. Результаты представлены в таблице 3;
  • сравнивается фактически потребляемая мощность и уровень освещённости ламп накаливания, компактных люминесцентных и светодиодных ламп с заявленными производителем;
  • сравнивается экономическая эффективность ламп.
Рис.1

Таблица 2 – Результаты измерений

 

Вид лампы

Номинальная
мощность, Вт

Напряжение, В

Сила тока, А

Потребляемая мощность, Вт

Лампа накаливания

100

 

 

 

Компактная люминесцентная лампа

20

 

 

Светодиодная лампа

12

 

 

 

Таблица 3 – Результаты измерений

 

Вид лампы

Номинальная
мощность,
Вт

Световой
поток, лм

Заявленный производителем световой поток, лм

Лампа накаливания

100

 

1250

Компактная люминесцентная лампа

20

 

1170

Светодиодная лампа

12

 

1200

 

Педагог. Если считать, что компактная люминесцентная лампа будет работать 8000 часов, светодиодная лампа – 30000 часов, а обычная лампа накаливания 1000 часов, как указанно в их паспортах, и для освещения достаточно компактно люминесцентной лампы мощностью в 20 Вт, светодиодной лампы – 12 Вт вместо 100 Вт лампы накаливания, то можно произвести следующие расчёты:

– если учесть, что в среднем стоимость компактной люминесцентной лампы 6 рублей, прибавим количество часов работы, то получаем следующее:

6 рублей + 8000часов×0,02кВт×0,1188 рубля/кВт×ч = 19 рублей.

Та же процедура и по лампе накаливания:

0,75 рубля×8штук + 8000×0,1кВт×0,1188 рубля/кВт×ч =101 рубль.

Таким образом: при использовании ртутных ламп мы затратим в 5,3 раза меньше денежных средств, чем при использовании обычных ламп накаливания.

Циклы розжига энергосберегающей лампы оказывают большее влияние на ее срок службы, чем время непрерывного свечения, поэтому не рекомендуется использовать энергосберегающие лампы там, где они часто включаются и выключаются («часто» в данном случае – цикл короче, чем 15 минут, что указывается в параметрах лампы). Учитывая, что экономия мощности приблизительно пятикратная, это ведет к необходимости пересмотра некоторых привычек, которые вели к экономии при использовании ламп накаливания, но которые ведут к износу энергосберегающих ламп. Речь идет о выключении света при выходе из комнаты на несколько минут и о включении света на несколько минут.

Сравниваем расходы светодиодной лампы с ртутной и лампой накаливания:

  • по светодиодной лампе

5,5+30000×0,012×0,1188 = 48 рублей,

  • по ртутной

6×3,75 + 30000×0,02×0,1188=94 рубля

  • по лампе накаливания

0,75×30+30000×0,1×0,1188=379 рублей.

В итоге при использовании светодиодных ламп мы затратим в 2 раза меньше денежных средств, чем при использовании компактных люминесцентных ламп и в 7,9 раз меньше, чем при использовании обычных ламп накаливания.

     III. Рефлексивно – заключительный этап

1) подведение итогов занятия, выводы

Проведенное исследование позволило разрешить поставленную проблему и выяснить, что использование в быту энергосберегающих ламп достаточно выгодно.

И надо твердо запомнить, что НЕЛЬЗЯ выбрасывать компактные люминесцентные лампы в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры, так как в них содержатся пары ртути. Отработанные ртутные лампы нужно собирать в специальные контейнеры для токсичных отходов.

2) рефлексия

В конце мероприятия учитель предлагает каждому ученику выбрать только одного из ребят, кому хочется сказать спасибо за сотрудничество и пояснить, в чем именно это сотрудничество проявилось. Учителя из числа выбираемых следует исключить. Благодарственное слово педагога является завершающим. При этом он выбирает тех, кому досталось наименьшее количество комплиментов, стараясь найти убедительные слова признательности и этому участнику событий.

 

 

Поделиться ссылкой:

Пакінуць адказ