Матеріали до навчального проекту "Електрична лампочка: минуле, сучасне, майбутнє."

Електрична лампочка: минуле, сучасне, майбутнє. Презентація до проекту учнів 9 класу Капулівської ЗОШ І – ІІІ ступенів. Учитель: Копаниця О.І.

Актуальність проекту. Сучасна промисловість пропонує широкий спектр електричних ламп, різних за принципом роботи, складом, економічність, впливом на довкілля. В даному проекті розглянули історію винайдення електричної лампи. Розглянули переваги та недоліки різних видів електричних ламп.

Міні – проект учениці 9 класу Козіної СвітланиІсторія електричної лампочки

Творець електричної лампочки. Творцем найбільш популярного у світі освітлювального пристрою є російський інженер, винахідник Олександр Михайлович Лодигін. День народження лампи розжарювання – 24 липня 1874 року, в цей день пристрій був запатентований.

Біографічні відомості із життя Лодигіна. О. М. Лодигін народився 18 жовтня 1847 року. У 1859 році вступив до Тамбовського кадетського корпусу, потім до у Московське юнкерське училище. Після завершення військової служби Лодигін повністю присвятив себе винахідництву. Лодигін задумав безпрецедентний у Росії проект електрифікації країни. Перша світова війна та революція не дали впровадити проект у життя. Після революції Лодигін емігрує в США. У березні 1923 року він помер у Нью-Йорку.

Історія появи світної «груші»Найпершу лампу накалювання з платиновою спіраллю створив у 1809 році англієць Деларю. 1838 рік – бельгієць Жобар зробив набагато дешевшу вугільну лампу.

Історія винайдення лампи1854 рік – німець Генріх Гебель створив першу вакуумну лампу. Лодигін удосконалив форму лампи, а в якості волосків розжарення використав вольфрамові нитки, а також запропонував заповнювати колбу інертними газом. О. М. Лодигін засновує компанію «Російське товариство електричного освітлення Лодигін і К» і в 1906 році продає патент на вольфрамову нитку американської компанії General Electric.

Вольфрамова нитка1910 рік – Вільям Девід Кулідж винайшов дешевий спосіб виробництва вольфрамової нитки й цей метал легко витіснив всі інші види ниток накалювання.

Лампа Едісона?Світова популярність дісталася американцю Томасу Едісону, хоча він лампочку не винайшов, а лише вдосконалив чужі розробки. Патрон для лампочок запропонував співробітник лабораторії Едісона Стеріжер, а розетка й вилка – це знову заслуга Лодигіна.

Цікаві факти. Електролампа укоротила сон людини на 2 – 3 години; до її винаходу люди спали по 10 годин на добу. У Радянському Союзі завдяки плану електрифікації за цим приладом закріпилася назва «лампочка Ілліча».«Столітня лампа» горить у США в одному з пожежних відділень каліфорнійського міста Лівермор з 1901 року і являє собою 4-ватний світильник ручної роботи.

Міні – проект учениці 9 класу Мирошниченко Яніни. Електрична лампа розжарення

Що таке електрична лампа?Електрична лампочка, або лампа розжарення, або жарівка – освітлювальний прилад, в якому світло випромінюється тугоплавким провідником, нагрітим електричним струмом до розжарення.

Будова лампи1. Скляна колба2. Інертний газ3. Нитка розжарення4. Контактний дріт (з‘єднується з ніжкою)5. Контактний дріт (з‘єднується з цоколем)6. Тримачі7. Скляна ніжка (лопатка)8. Вивід контакту на цоколь9. Цоколь лампи10. Ізоляційний матеріал11. Контактний носик

Принцип діїУ лампі розжарення використовується ефект нагрівання провідника (нитки розжарення) при протіканні через нього електричного струму. Температура вольфрамової нитки розжарення різко зростає після увімкнення струму. Нитка випромінює електромагнітне випромінювання.

Колба. Скляна колба захищає нитку від згоряння у навколишньому повітрі. Розміри колби визначаються швидкістю осідання матеріалу нитки. Для ламп більшої потужності потрібні колби більшого розміру.

Інертний газ. Перші лампи були вакумовані. Сучасні лампи заповнюють інертним газом (окрім ламп малої потужності)Суміш азоту з аргоном є найбільш прийнятним варіантом газу, яким заповнюють лампи.Є лампи, що заповнюють криптоном чи ксеноном.

Нитка розжарення. У сучасних лампах використовують матеріали з найвищими температурами плавлення – вольфрам (3410 ℃) і осмій (3045℃) . У звичайному повітрі при таких температурах вольфрам миттєво перетворився б на оксид, тому і використовується скляна колба. Проте у вакуумі при високих температурах вольфрам швидко випаровується, роблячи нитку тоншою і затемнюючи скляну колбу осадом. Тому колбу заповнюють хімічно нейтральними газами. До колби додають композиційний матеріал (аргон з домішками йоду). Пари йоду реагують з парами вольфраму та конденсатом вольфраму. Вольфрам осідає на дріт, відновлюючи його діаметр до початкової величини і знову починається дія йоду. 

Цоколь. Форма цоколя з різьбою звичайної лампи розжарення була запропонована в лабораторії Томаса Едісона. Розміри цоколів стандартизовані. У ламп побутового застосування найпоширеніші цоколі Едісона Е 14 (міньйон), Е 27, Е 40. Також зустрічаються цоколі без різьби.

Запобіжник. Перегоряння лампи відбувається під час її роботи. Момент перегоряння відмічають за яскравим синювато-білим спалахом. Щоб уникнути пожежі при перегорянні лампи, використовують запобіжники. Запобіжник є плавким і розташовується у цоколі лампи. Для побутових ламп з номінальною напругою 220 В запобіжники розраховані на струм 6 А.

Переваги ламп розжарювання. Масове виробництво. Низька ціна. Невеликі розміри. Миттєве запалення. Відсутність пускорегулювальної апаратури. Безперервний спектр випромінювання. Невисока чутливість до збоїв живлення і стрибків напруги. Приємний і звичний у побуті спектр. Відсутність токсичних компонентів, а отже відсутність необхідності інфраструктури по збору та утилізації. Можливість роботи при будь-якому виді струму. Можливість виготовлення ламп на різні напруги. Відсутність гудіння при роботі на змінному струмі. Можливість роботи за високої і низької температури, стійкі до дії конденсату.

Недоліки ламп розжарювання. Низька світлова віддача. Відносно малий термін служби. Крихкість, чутливість до удару і вібрації. Представляють пожежну небезпеку. Нагрівання частин лампи вимагає термостійкої арматури світильника. Світловий коефіцієнт корисної дії ламп розжарювання не перевищує 4%.

Міні – проект учениці 9 класу Макаренко Валентини. Енергозберігаюча лампа

Що таке енергозберігаючі лампи?Енергозберігаюча (енергоощадна) лампа або енергоефективна лампа – електрична лампа, що має значно більшу світловіддачу у порівнянні з найбільш поширеними в побуті лампами розжарення.

Види енергоощадних ламп. Ртутні люмінесцентні лампи. Металогалогенні газорозрядні лампи. Світлодіодні лампи.

Історія створення. Офіційно перша люмінесцентна лампа була створена на початку минулого століття інженером – винахідником з США Пітером Купером Хьюітт (патент від 17.09.1901 року). Лампа Хьюітт містила ртуть, пари якої нагрівалися проведеним через неї струмом. Лампа давала більше світла, ніж лампа Лодигіна, але світло це було блакитно-зеленим і неприємним для ока.

Історія створення. Сучасна люмінесцентна лампа була створена групою німецьких винахідників на чолі з Едмундом Гермером у 1926 році. Гермер запропонував покривати люмінесцентним покриттям скляну поверхню лампи зсередини, яка перетворювала ультрафіолетове світіння ртутної лампи в біле світло. У 1976 році інженер «General Electric» Едвард Хаммер запро-понував лампу з компактною спіральною колбою, але лампи не були запущені у виробництво.

Види енергозберігаючих ламп. У 1980 році була створена лампа, що вкручується, з магнітним баластом (SL) компанією «Philips». У 1985 році німецький концерн «Osram» представив енергозберігаючу лампу з електронним баластом.

Основні елементи люмінесцентної лампи. Колба лампи покрита шарами люмінофора, заповнена інертним газом і, в невеликій кількості, парами ртуті – їх іонізація і викликає світіння лампи. Цоколь з різьбленням для вкручування в патрон лампи і з контактами для її живлення. Електронний баласт вбудований в лампу між цоколем і колбою. Баласт усуває ефект мерехтіння, підігріває електроди і підтримує потужність лампи на номінальному рівні, незалежно від перепадів напруги в мережі. Саме від якості баласту залежить термін служби лампи.

Принцип роботи. Всередині колби розташовані вольфрамові електроди, вкритті сумішшю оксидів барію, кальцію, цинку та стронцію. Між двома електродами, що розташовані на різних кінцях лампи, виникає електричний струм та, як наслідок, електричний розряд. У лампі, яка заповнена парами ртуті, змінний струм призводить до появи УФ-випромінювання. Це випромінювання не видиме для людського ока, тому його перетворюють у видиме світло за допомогою явища люмінесценції. Для цього внутрішні стінки колби покривають люмінофором, що поглинає УФ-промені і випромінює видиме світло. Змінюючи склад люмінофора можна змінити відтінок одержаного світла.

Виробництво люмінесцентних ламп

Переваги. Світлова віддача в середньому в п‘ять разів більше, ніж в лампи розжарення. Термін роботи від 6 до 12 тис. годин. Виділяють мало тепла. Площа поверхні лампи значно більша, ніж нитка розжарення, тому світло розповсюджується у приміщенні м‘яко і рівномірно.

Недоліки. Лампи, колби яких мають форму прямої трубки, мерехтять. Запалюються не зразу. Термін служби залежить від частоти включання. Вартість. Проблема утилізації.

Проблеми утилізаціїСучасні реаліїСпосіб вирішення

Міні – проект учениці 9 класу. Данчук Діани Світлодіодні лампи

Що таке світлодіодна лампа?Світлодіодні лампи – це набір світлодіодів і схеми живлення для перетворення мережевої енергії на постійний струм низької напруги. ККД цих ламп у рази кращий, ніж у ламп розжарення та люмінесцентних ламп. Світлодіод – напівпровід-никовий елемент, що створює оптичне випромінювання при пропусканні крізь нього електричного струму.

Історія виникнення1907 рік – Генрі Раунд випадково помітив сяйво навколо діодного контакту, що знаходився під напругою.1923 рік – О. В. Лосєв досліджував дивне світло, що виникає в місці пайки контактів діода з карбіду силіцію (карборунда).50-ті роки ХХ століття Рубін Браунштейн відкрив, що діоди з арсеніду галію випромінюють інфрачервоні промені. Генрі Раунд. Олег Лосєв. Рубін Браунштейн

Хронологія відкриття діодів1961 рік – Гаррі Пітман і Роберт Б‘ярд запатентували перший інфрачервоний діод.1962 рік – Нік Холоньяк (Микола Голоняк) створив перший повноціний світлодіод, який випромінював видиме червоне світло.1972 рік – Джордж Крафорд створив перший жовтий світлодіод.1997 рік – Фред Шуберт створив діод яскравого білого світла.

Вклад Накамура. У 1993 році професор Сюдзі Накамура представив світу перший яскравий світлодіод синього кольору на основі нітриду галію. Згодом він створив зелений та білий світлодіоди. Йому належить ідея створення повноцінних світлодіодних ламп.

Чому світиться світлодіод?Діоди виготовляють з напівпровідникових матеріалів. Кристал напівпровідника в місцях виведення контактів проходить легування акцепторною домішкою, що містить недостатньо електронів з одного боку, і донорською, де електронів достатньо, з іншого. При подачі живлення відбувається рекомбінація електронів і надмірна енергія, що при цьому виникає перетворюється на видиме світло.

Конструкційні особливості лампи. Цоколь - призначений для вкручування в патрон світильника. Пускач – баласт або драйвер перетворює змінний струм в постійний. Алюмінієвий радіатор має ребристу будову для покращення вентиляції. Плата зі світлодіодами. Світлодіоди (від 5 і більше), що забезпечують потужність лампи. Розсіювач світла виробляють з матового пластику, практично не гріється.

Переваги. Набирають повної яскравості зразу, без прогрівання. Мають тривалий термін служби (до 50000 годин). Світильники з діодів дуже компактні. Лампа майже не гріється. Не містять шкідливих парів ртуті та утилізуються як звичайні побутові відходи. Не піддаються механічним пошкодженням.

Недоліки. Колір світлодіодних ламп не співпадає з випромінюванням ламп розжарення, до яких звикли очі людини. Можуть мерехтіти. Мають високу яскравість точкових джерел світла, тому дивитися прямо на них шкідливо для очей. Негативний опосередкований екологічний вплив, пов‘язаний з виробництвом алюмінію.

Використання діодів. Роблять нічні міста яскравими. Світлячки, без яких сучасне життя неможливе