Выбор оптимального домашнего искусственного источника освещения

Исследовательская работа по теме

«Выбор оптимального домашнего искусственного источника освещения»

Автор: Чернушевич Ксения Сергеевна,

МАОУ Средняя общеобразовательная

школа № 89 г. Тюмени

9 класс

Научный руководитель: Саранчина Наталья Анатольевна,

учитель физики и астрономии

МАОУ Средняя общеобразовательная

школа № 89 г. Тюмени

Место выполнения работы: г. Тюмень

Аннотация

В данной исследовательской работе на основании различных источников информации сравниваются характеристики (световая отдача, цветовая температура, срок службы, КПД, содержание вредных веществ) домашних источников освещения, проведен эксперимент с использованием призматического спектрографа по определению спектров излучения домашних источников излучения.

Статья.

Из пяти органов чувств больше всего информации об окружающем мире дает нам зрение. Примерно около 80% информации воспринимается через зрительный канал. Самый благоприятный для нашего зрения — это солнечный свет. Но иногда даже днём мы используем искусственное освещение, поэтому искусственные источники освещения должны быть безопасными для нашего зрения. Так как использование некачественных источников освещения может являться причиной многих недомоганий, ухудшения зрения и общего состояния здоровья. Что же влияет на качество освещения? Качество освещения определяется свойствами оптического излучения, используемого в осветительной установке, и характеризуется распределением в пространстве, во времени и по спектру. [3, с.22]. Спектральный состав излучения зависит от источников света. Спектры излучений естественных и искусственных источников света очень разнообразны. Также актуальность выбранной нами темы определяется необходимостью энергосбережения. Поэтому нам нужно выбрать оптимальный искусственный источник освещения, с наилучшим качеством освещения, но в то же время экономичный. У нас дома применяются различные искусственные источники света, но какой же из них является оптимальным?

Для нахождения ответа на этот проблемный вопрос была выдвинута гипотеза: домашние источники искусственного освещения различны по комфортности для нашего зрения и различные по энергопотреблению.

Цель: определение наиболее оптимального источника искусственного освещения для квартиры.

Задачи: изучить способы получения спектров от искусственных источников света и особенности восприятия света человеческим глазом; используя собранный прибор призматический спектрограф провести эксперимент по исследованию домашних искусственных источников света; проанализировать принцип работы основных искусственных источников света; выявить и обосновать наиболее оптимальные с точки зрения экономии электроэнергии, влияния на здоровье человека источники искусственного света.

Объект исследования: домашние искусственные источников света.

Предмет исследования: спектр излучения и экономические показатели искусственных источников света.

Глава 1. Теоретическое обоснование темы.

1.1.Нормативные акты, регламентирующие источники освещения.

Не так давно был принят новый ГОСТ Р МЭК 62471-2013 «Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность». Данный ГОСТ о требования к осветительным приборам, относящиеся к безопасности для зрения. Согласно этому ГОСТу границы длин волн видимого излучения находятся в диапазоне от 360-400 нм до 760-830 нм. Точных пределов не существует, так как это зависит от мощности достигаемого сетчатки глаза излучения и чувствительности наблюдателя. [1, с. 5].

Интенсивность ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 320-400 нм не должна превышать 0,03 Вт/м ; наличие в спектре излучения длин волн менее 320 нм не допускается. [2, с.3].

Особо выделяются опасные диапазоны: ультрафиолетовый, синий и инфракрасный.

Основные виды бытовых искусственных источников света

Лампа накаливания — это тепловой источник искусственного света. Внутри ее металлическая спираль из тугоплавкого металла. Стеклянная колба заполнена инертным газом или вакуумная.  Цветовая температура ламп накаливания — 2000-30000К [5].

Люминесцентная лампа — газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет с помощью люминофора — например, смеси галофосфата кальция с другими элементами. Цветовая температура люминесцентных ламп— 2700-6500 К

Светодиодная лампа — источник света, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Цветовая температура светодиодных ламп— 2500-10000 К

Глава 2. Результаты исследований и выводы.

2.1. Определение качества спектра.

Используя призматический спектрограф (рис. 1) мы сфотографировали картинку солнечного спектра и получили изображение с переходом от красного до фиолетового оттенка. (Рис. 2) Возьмем спектр солнечного света за эталон для человеческого глаза.

Рис. 1 Призматический спектрограф Рис. 2. Спектр солнечного света

Для проведения исследования мы брали следующие источники света: лампы накаливания: F27 (40 Вт) и Radium (60 Вт); люминесцентные лампы: Philips и Osram, светодиодные лампы: Lexman и Вellight. Спектры излучения данных источников света мы рассматривали с помощью призматического спектрографа, фиксировали спектр с помощью фотоаппарата и визуально сравнивали со спектром солнечного света.

Спектры ламп накаливания 40 Вт и 60 Вт получаются ровными, яркими, яркость смещена в красную границу спектра. (рис. 3, 4).

Рис. 3. Спектр лампы накаливания 40 Вт

Рис. 4. Спектр лампы накаливания 60Вт

Люминесцентная лампа Philips имеет несколько ярких линий в спектре, при этом виден почти весь спектр, но понижена яркость в зоне между зеленым и синими цветами. У люминесцентной лампы Osram наблюдаются яркие линии спектра с понижением яркости в другом диапазоне. (рис. 5, 6).

Рис. 5. Спектр компактной люминесцентной лампы Philips

Рис. 6. Спектр компактной люминесцентной лампы Osram

Все исследуемые светодиодные лампы дают ровный спектр по всему диапазону. (рис. 7, 8).

Рис.7. Спектр светодиодной лампа Lexman.

Рис. 8. Спектр светодиодной лампы Вellight.

Сравнив спектры различных источников освещения, можно сделать вывод, что для человеческого зрения наиболее комфортными являются спектр лампы накаливания Radium (60 Вт) и светодиодной лампы Lexman. Так как их спектры наиболее равномерные и непрерывные, поэтому они наиболее схожи с эталонным солнечным светом.

Сравнение основных характеристик бытовых искусственных источников освещения.

Основными характеристиками бытовых искусственных источников освещения являются: мощность, световая отдача, цветовая температура, срок службы, спектр излучения, КПД, содержание вредных веществ.

Сводная таблица

В ходе проведенного исследования нами решены поставленные задачи. Изучив литературу, проведя с помощью призматического спектрографа эксперименты по изучению спектров искусственных источников освещения, проанализировав характеристики искусственных источников освещения мы сделали следующие выводы:

Для общего и местного искусственного освещения следует использовать источники света с цветовой коррелированной температурой от 2400°К до 6800°К. с непрерывным линейчатым спектром, с длиной волны не менее 320 нм.

Наиболее комфортным являются спектры у лампы накаливания Radium (60 Вт) и у светодиодной лампы Lexman.

Основные преимущества у светодиодной лампы перед лампой накаливания: в 50 раз больший срок службы, в 10 раз меньше электропотребление, в 5 раз больше световая отдача.

Основные преимущества у светодиодной лампы перед люминесцентными являются: отсутствие инфракрасного и УФ излучений, отсутствие вредных веществ, т.е. наиболее экологичные, работают при широком диапазоне температуры окружающего воздуха и более ровный спектр излучения.

Сравнив некоторые характеристики домашних источников освещения, я доказала, что поставленная мною гипотеза верна. Домашние источники искусственного освещения различны по комфортности для нашего зрения и различные по энергопотреблению.

Библиографический список

Стандарты

1. ГОСТ Р МЭК 62471-2013. Национальный стандарт РФ. Лампы и ламповые сигналы. Светобиологическая безопасность. М.: Стандартинформ, 2014.

2. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий.

Книга одного автора

3. Тищенко Г.А. Осветительные установки: Учебник - Москва: Высшая школа, 1984. - 246 с.

4. В. Лаврус «Искусственное освещение» электронная библиотека «Наука и техника»

5. https://www.natrix-el.kz/ehlektrosnabzhenie-doma/osveshchenie/lampa-nakalivaniya.html