«Физические основы при изготовлении настольного декоративного светильника «Гвоздика»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 17

Свердловская область, Кировградский городской округ, п. Левиха

Направление: Социокультурное

Секция «Естественнонаучная»

Тема проекта: «Физические основы при изготовлении настольного декоративного светильника «Гвоздика»

Автор работы: Бобошин Михаил Игоревич,

ученик 9 «Б» класса

Руководитель работы: Макурин Алексей Сергеевич,

учитель физики и математики

2021 г.

Оглавление

Введение

Актуальность темы. 2020-й был объявлен Годом памяти и славы, приуроченный к 75-летию Великой Победы. Его временные рамки весьма условны: у подвига поколения Победителей и благодарной памяти их потомков нет и не может быть срока давности, меры, границ.

В связи с этим событием мне хотелось сделать подарок своими руками и подарить его ветерану педагогического труда, награжденной медалями «Ветеран труда» и «За трудовую доблесть», труженице тыла, награжденной юбилейной медалью Российской Федерации «75 лет Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.», и в связи с 90-летием со дня рождения – Макуриной Антонине Михайловне.

Я долго думал, каким должен быть подарок для этого достойного человека?

Проблемный вопрос: как сделать настольный декоративный светильник в виде алой гвоздики – символа Победы, символа огня, уничтожившего фашизм?

Цель исследования: изготовить настольный декоративный светильник «Гвоздика».

Задачи исследования:

1. собрать и обобщить необходимый материал по теме проекта;

2. ознакомиться с историей открытия электричества;

3. сформулировать основные физические понятия;

4. выяснить, что такое световые приборы и их виды;

5. изучить, что такое светильники, их устройство и виды;

6. предложить для изготовления светильника дизайнерское решение – материал, форму и стиль;

7. составить технологическую карту изготовления декоративного светильника;

8. изготовить современный и практический настольный светильник;

9. произвести экономические расчёты себестоимости изделия.

Объект исследования: светильники.

Предмет исследования: настольный светильник.

Методы исследования:

1. анализ и синтез;

2. моделирование;

3. измерение;

4. фотографирование.

Гипотеза исследования: в домашних условиях можно изготовить современный настольный светильник и дать возможность реализации своих творческих идей, применив знания и навыки, полученные на занятиях по физике и технологии.

Основная часть

Глава I. Теоретическая часть

История открытия электричества

Открытие электричества полностью изменило жизнь человека. Это физическое явление постоянно участвует в повседневной жизни. Освещение дома и улицы, работа всевозможных приборов, наше быстрое передвижение – все это было бы невозможно без электроэнергии. Это стало доступно благодаря многочисленным исследованиям и опытам. Рассмотрим главные этапы истории электрической энергии.

Фалес Милетский в VII веке до н. э. обнаружил, что если произвести трение янтаря о шерсть, то у камня появляется способность притягивать мелкие предметы.

Уильям Гильберт в 1600 году издал книгу «О магните и магнитных телах», в которой речь идет не об изобретении электричества, а лишь о научном определении.

В 1663 году Отто фон Герике изобрел аппарат, благодаря которому можно было увидеть в действии свойство предметов не только притягиваться, но и отталкиваться.

В 1729 году Стивен Грей произвел опыты, которые позволили открыть возможность передачи электрического заряда на небольшие (до 800 футов) расстояния.

Шарль Франсуа Дюфе в 1733 году открыл два разнородных электрических заряда.

В 1745 году Питер ван Мушенбрук изобрел Лейденскую банку, которая стала первым электрическим конденсатором.

В 1747 году Бенджамин Франклин опубликовал свое сочинение «Опыты и наблюдения с электричеством». В ней он представил первую теорию электричества, в которой обозначил его как нематериальную жидкость или флюид.

Шарль Огюстен де Кулон в 1785 году открыл закон, который отображал силу взаимодействия между статичными точечными зарядами.

В 1791 году Луиджи Гальвани  обнаружил разность потенциалов при взаимодействии двух видов металла и электролита.

В 1800 году Алессандро Вольта изобретает «Вольтов столб» — источник непрерывного тока.

В 1821 году Андре-Мари Ампер  впервые ввел понятие «электрический ток».

Георг Симон Ом в 1826 году представил закон, который доказывал связь между сопротивлением, напряжением и силой тока в цепи.

Майкл Фарадей совершил в 1831 году открытие электромагнитной индукции, которая лежит в основе массового производства электроэнергии.

Все эти открытия не стали бы легендарными без практического использования. Первым из возможных способов применения явился электрический свет, который стал доступен после изобретения Александром Николаевичем Лодыгиным первой лампы с замкнутым стеклянным сосудом, в котором находился угольный стержень.

Открытие электричества эволюционировало в течение длительного периода, что позволило выявить различные этапы: древнее время, этапы создания теории (появление термина, первая электростатическая машина, два вида зарядов, Лейденская банка), от теории к точной науке (закон взаимодействия зарядов, изобретение батареи, появление понятия тока, закон электрической цепи, электромагнитная индукция) и общедоступное применение.

Ученые, занимавшиеся изучением электричества, обеспечили то применение, нынешнюю структуру и эксплуатационные характеристики, обусловленные электрическими зарядами сейчас.

1.2. Основные физические понятия

Электричество (от лат. electricus, далее из др.-греч. ἤλεκτρον) — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.

Электричество, форма энергии, существующая в виде статических или подвижных электрических зарядов. Заряды могут быть положительными или отрицательными.

Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля. Частицами могут быть: электроны, протоны, ионы.

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Сила тока – физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего через некоторую поверхность за некоторое время, к величине этого промежутка времени: I=U/R, А.

Напряжение – это электродвижущая сила, которая толкает свободные электроны от одного атома к другому в том же направлении: U = I*R, В.

Электрическое сопротивление – это величина, характеризующая способность электрической цепи или проводника препятствовать прохождению сквозь него электрического тока: R =U/ I, Ом.

Электрическая мощность – физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии: P = U* I, Вт.

1.3. Световые приборы и их виды

Световые приборы – это устройства, содержащие одну или несколько ламп и светотехническую арматуру основной задачей которого является распределение (формирование, направление) светового потока от источника света нужным образом.

Световые приборы делятся на три большие класса – светильники, прожекторы и проекторы.

Светильник – это прибор, формирующий свет в достаточно больших телесных углах. В силу этого, предназначены для освещения пространства, прилегающего к месту установки светильника. Применяются для внутреннего и наружного освещения.

Прожектор – это прибор, формирующий свет в малых телесных углах. За счет концентрации светового потока увеличивается расстояние от места установки до освещаемой поверхности. Наибольшее распространение получили для наружного освещения.

Проектор – прибор, предназначенный для создания светового потока, освещающего строго заданную площадку. Как правило, используются для демонстрации изображений и создания визуальных эффектов.

1.4. Светильники. Устройство и виды

Светильники являются осветительным оборудованием, применяемым для освещения помещений, садов, бассейнов, аквариумов.

Устройство светильников

Основными компонентами светильников являются:

1. Лампа.

2. Патрон.

3. Осветительная арматура.

4. Электропроводка.

Виды светильников

Потолочные подвесные светильники

Потолочные подвесные – традиционные люстры, выступающие в качестве источника основного освещения, при этом для больших помещений зачастую одной люстры недостаточно. Такие изделия можно устанавливать, как при наличии подвесной системы, так и отдельно.

Рис. 1 Потолочные подвесные светильники

Потолочные встраиваемые светильники

Потолочные встраиваемые – данная группа светильников используется совместно с подвесными и натяжными потолками, и утапливаются в их поверхность. Играют не только роль средства освещения, но и элемента декора.

Рис. 2 Потолочные встраиваемые светильники

Садовые светильники

Садовые – предназначены для садово-паркового хозяйства, и обладают корпусами с повышенной механической прочностью и устойчивостью к воздействию влаги.

Рис. 3 Садовый светильник

Подводные светильники

Подводные – декоративные элементы освещения для монтажа в аквариумах и бассейнах. Отличаются герметичностью корпуса, допускающей постоянное нахождение в воде и защиту от образования коррозии.

Рис. 4 Подводный светильник

Напольные светильники

Напольные – разнообразные торшеры, применяемые для создания локального освещения. Напольный светильник – это вспомогательный осветительный прибор, который устанавливается в жилых помещениях.

.

Рис. 5 Напольный светильник

Hacтeнныe cвeтильники

Настенные – разного рода бра, монтируемые на стену, и предназначенные для формирования систем локального освещения и выделения определенных пространств или предметов.

Рис. 6 Hacтeнный cвeтильник

Настольные светильники

Настольные – светильники используются для создания дополнительного освещения, в основном при чтении или во время работы. Приборы оборудуются либо устойчивыми основаниями, мешающими опрокинуть их, либо крепежными элементами. Устройства создают локальное освещение.

Рис. 7 Настольные светильники

Таким образом, светильник представляет собой осветительный прибор, предназначенный для организации освещения пространств путем рассеивания светового потока. Дополнительной его функцией является повышение привлекательности интерьера в помещениях, а в некоторых случаях они выступают в качестве средства сигнализации. В целом существует развернутая классификация светильников, предусматривающая большое количество критериев – мы представили классификацию по местам установки.

1.5. Дизайнерское решение для изготовления светильника – материал,

форма и стиль

Этот немаловажный критерий многими потребителями рассматривается в первую очередь, так как светильник изначально выбирается по его внешнему виду. К этому пункту можно отнести такие характеристики, как материал изготовления, форма плафонов и каркаса светильника, их цвет, а также стиль, в котором выполнен прибор.

Говоря о материале изготовления осветительных приборов, нужно упомянуть как его каркас, так и плафоны.

Каркас светильников чаще всего выполняется из металла, на который наносится определенное покрытие, гармонирующее с другими элементами прибора – это может быть позолота, никель, серебро, бронза или какой-либо цветовой оттенок. В последнее время все чаще производители заменяют металл пластиком, а затем наносят на него упомянутые выше декоративные покрытия.

Достаточно часто каркасная основа делается из нескольких материалов. Так, для этой цели могут быть применены в комбинации дерево и металл, пластик и металл и другие сочетания.

Плафонам нередко придаются причудливые формы в «растительной тематике».

Кроме того, плафоны могут быть декорированы разными рельефами или выполнены в форме цветочных бутонов. Причем форма часто выбирается в зависимости от того, под какой стиль подбирается светильник.

Глава II. Практическая часть

2.1. Правила техники безопасности при изготовлении светильника

Правила безопасной работы с ножницами

1. Работайте хорошо отрегулированными и заточенными ножницами.

2. Ножницы кладите кольцами к себе с сомкнутыми лезвиями.

3. Ножницы передавайте кольцами вперед.

4. Не оставляйте ножницы раскрытыми.

5. Не играйте ножницами и не подносите их к лицу.

6. Используйте ножницы только по назначению.

Правила безопасной работы при сборке электрической цепи

1. Работайте только исправным инструментом.

2. Соблюдайте особую осторожность при работе канцелярским ножом. Снятие изоляционной оболочки и зачистку выполняйте только на подкладной доске, режьте от себя.

3. Ручки кусачек, плоскогубцы, пассатижи, круглогубцы держите в обхват, иначе можно защемить пальцы.

4. Инструмент подавайте ручкой от себя, а кладите на стол ручкой к себе.

5. Надежно изолируйте места соединения и ответвления проводов.

Рис. 8 Схема электрической цепи светильника

2.2. Изготовление светильника

Таблица 1

«Технологическая карта изготовления светильника»

2.3. Экономическое обоснование светильника

Таблица 2

«Расчет себестоимости светильника»

Прямые затраты на материалы – 548, 50 руб.;

Косвенные затраты на электроэнергию: время работы клеевого пистолета – 30 мин = 0,5 ч, мощность клеевого пистолета – 40 Вт = 0, 04 кВт.

Расчёт потребляемой электроэнергии: Е=А=Р*t, кВт*ч.:

Е = 0, 04 кВт * 0,5 ч = 0,02 кВт*ч.

Расчет стоимости потребляемой электроэнергии (тариф на электроэнергию для населения Свердловской области, проживающего в сельских населенных пунктах дневной зоны = 3,41 руб.):

С = 0, 02 кВт*ч * 3,41 руб. = 0,07 руб. = 7 коп.

Стоимость потребляемой энергии оказалась минимальной.

Амортизации оборудования: нет, т.к. изготовление светильника происходило в домашних условиях.

Оплата труда: не учитывалась, так как осветительную арматуру для светильника делал сам своими руками, а бутон помогала мама.

Таким образом, мы изготовили настольный светильник за 548,57руб.

2.4. Экологическое обоснование светильника

При изготовлении декоративного настольного светильника использовались экологически чистые и безопасные материалы и оборудование.

Осветительная арматура данного изделия не содержит вредных микробов и примесей. Лампочка не излучает вредоносные излучения, что не позволит нанести ущерб окружающей среде и человеку. Поэтому этой лампой можно спокойно пользоваться в быту при освещении.

Заключение

В ходе написания проекта выяснили, что такое световые приборы и их виды. Изучили основные компоненты светильников и выяснили, что их главным достоинством является простота установки (не требуется дополнительных инструментов, крепежа, отверстия для шурупов или врезания приборов).

В результате исследования литературы по данному вопросу можем сказать, что светильник представляет собой осветительный прибор, предназначенный для организации освещения пространств путем рассеивания светового потока.

Убедились, что настольные светильники позволяют организовать правильное декоративное или функциональное местное освещение. В первом случае это помогает создать целостную световую картину и дополнить интерьер, во втором – качественно подсветить рабочую область и снизить нагрузку на зрение.

Выполнив проект, могу сказать, что цель исследования достигнута, задачи исследования выполнены, гипотеза исследования подтвердилась.

Выбор для разработки настольного декоративного светильника «Гвоздика» послужил тот факт, что прошлый год был Годом памяти и славы, который напомнил нам о достоинстве, верности и чести наследника Великой Отечественной Победы, которым является каждый из нас, напомнил историю своей страны и историю предков, которые показали самоотверженность, стойкость духа и неподдельную любовь к Родине.

Настольный декоративный светильник «Гвоздика» 9 мая 2021 г., я подарю Макуриной Антонине Михайловне. Достойному человеку – достойный подарок!

Список литературы

Горячев А.В. Проектная деятельность в образовательной системе «Школа 2100».

Дворниченко Н.В. «Как изготовить искусственные цветы», Амфора, 2015г.

Нефедова Л.А./Ухова Н.М. Развитие ключевых компетенций в проектном обучении // Школьные технологии. – 2006. – № 4. – с.61.

Перышкин А. В. Физика. 8 кл.: учебник /– 5-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2017.

Сухова Е. П. «Искусство делать цветы», Москва, 1998г.

Хотунцев Ю.Л., Дубровская Л.И., Марченко А.В. Преподавание образовательной области «Технология». МНОО – М., 2004.

Интернет-источники:

1. http://www.gafa.ru/4/85/5064/ «Виды светильников. Какие бывают светильники»

2. https://pue8.ru/silovaya-elektronika/ «Силовая электроника в энергетике»

3. https://nsportal.ru/ap/nauchno-tehnicheskoe-tvorchestvo «Научно-техническое творчество»