O příspěvku
Zdroje svetla
V príspevku bude prezentovaný stredoškolský projekt Zdroje svetla a jeho výsledky. V rámci projektu sme študovali (teoreticky a experimentálne) vlastnosti klasických a výbojových zdrojov svetla. Porovnali sme elektrické a optické vlastnosti vybraných zdrojov svetla. Experimenty sme realizovali datalogerom LabQuest - Vernier a to sondami Spektormeter VIS a luxmetrom. Príkon sme merali s EC3000.
Úvod
Prečo práve projekt s názvom Zdroje svetla? Inšpirovali nás k tomu diskusie so žiakmi počas výučby. Okruhy otázok v diskusii sa týkali napr.: fungovania žiaroviek a žiariviek, výmeny žiaroviek žiarivkami, zdravia oka, zrakovej pohody a kvality osvetlenia.
V tomto príspevku priblížime nami realizovaný projekt po stránke metodickej, ako aj predstavíme vybrané experimentálne výsledky.
Cieľ projektu
Experimentálne premerať a porovnať vybrané vlastnosti svetelných zdrojov dostupných na trhu, s cieľom nájsť najvhodnejší typ svetelného zdroja, ktorý je najviac šetrný pre oko z hľadiska zdravia.
Metódy projektu
Teoretické – štúdium knižnej, časopiseckej literatúry a informačných zdrojov na internete.
Experimentálne – meranie s prístrojmi: LabQuest Vernier, Spektrometer VIS Vernier (emisné spektrá, relatívna intenzita v %), luxmeter (intenzita osvetlenia E (lx)), a EC3000 príkon (P).
Fázy projektu
Realizáciu hlavného cieľa sme sa snažili dosiahnuť vytýčením nasledovných etáp:
- prípravné stretnutie – vytvorenie plánu projektu, vytýčenie čiastkových úloh, rozdelenie úloh, stanovenie termínov realizácie, stanovenie priebežných kontrolných stretnutí, zhodnotenie prístrojového vybavenia, získanie svetelných zdrojov
- štúdium literatúry – oboznámenie sa s princípmi fungovania zdrojov svetla, žiaroviek a žiariviek, oboznámenie sa s pojmami zraková pohoda, zraková únava a hygienickými normami [1, 2, 3]
- pilotné experimenty – štúdium návodov k prístrojom LabQuest, spektrometer, luxmeter a zvládnutie práce s nimi
- realizácia experimentov – meranie intenzity osvetlenia (E) v luxoch, meranie emisných spektier (relatívna intenzita ako funkcia vlnovej dĺžky), meranie príkonu (P)
- spracovanie výsledkov – spracovanie a triedenie technických parametrov zdrojov svetla (tabuľky), spracovanie nameraných výsledkov vo forme grafov, tvorba prezentácie
- prezentovanie výsledkov – vystúpenie pred triedou a v rámci SOČ.
Experiment a výsledky projektu
Pre meranie emisných spektier sme použili dataloger LabQuest a SpektroVis (visible – vo viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra) firmy Vernier [4, 5]. Osvetlenie sme merali luxmetrom BEHA. Príkon sme merali prístrojom EC3000.
Technické parametre meraných zdrojov svetla sú v tabuľkách 1 a 2:
| p. č. |
príkon (W) |
ekvivalent |
svetelný |
životnosť (h) |
počet |
výrobca |
energetická |
meraný |
| 1 |
8 |
40 |
420 |
8000 |
3 |
Philips |
A |
8,4 |
| 2 |
11 |
60 |
600 |
8000 |
3 |
Philips |
A |
11 |
| 3 |
14 |
75 |
800 |
8000 |
3 |
Philips |
A |
14,9 |
| 4 |
12 |
60 |
600 |
8000 |
2 |
Osram |
A |
8,1 |
| 5 |
16 |
75 |
900 |
8000 |
3 |
Osram |
A |
14,8 |
| 6 |
21 |
100 |
1200 |
8000 |
3 |
Osram |
B |
18,5 |
| 7 |
9 |
40 |
395 |
5000 |
3 |
Kanlux |
B |
8,4 |
| 8 |
13 |
60 |
625 |
5000 |
3 |
Kanlux |
B |
11,7 |
| 9 |
15 |
75 |
755 |
5000 |
3 |
Kanlux |
B |
12,7 |
| 10 |
11 |
60 |
600 |
6000 |
2 |
Amart EU |
A |
praskla |
| 11 |
15 |
75 |
800 |
6000 |
1 |
Amart EU |
A |
12,3 |
Tab. 1: Žiarivky
| p. č. |
príkon (W) |
Svetelný |
Životnost |
typ |
výrobca |
Energetická |
Meraný |
| 1 |
40 |
415 |
1000 |
číra |
Pila |
E |
41 |
| 2 |
60 |
710 |
1000 |
číra |
Pila |
E |
61 |
| 3 |
75 |
930 |
1000 |
číra |
Pila |
E |
76 |
| 4 |
40 |
410 |
1000 |
číra |
Philips |
E |
39 |
| 5 |
60 |
700 |
1000 |
číra |
Philips |
E |
58 |
| 6 |
75 |
925 |
1000 |
číra |
Philips |
E |
71 |
Tab.2: Žiarovky
Intenzita osvetlenia. Hodnota intenzity osvetlenia E bola meraná vo vzdialenosti 0,70 m od zdroja svetla. Meranie bolo realizované večer, aby sme vylúčili vplyv denného svetla. Závislosť osvetlenia od príkonu, typu (žiarovka, žiarivka) a výrobcu je uvedená na obr. 1. U žiariviek je uvedený príkon ekvivalentný žiarovke.
Obr. 1: Závislosť intenzity osvetlenia E od príkonu P, typu a výrobcu zdroja svetla. Prvé dva zdroje zhora v zozname (Pilla, Philips), na grafe sprava sú žiarovky, ostatné sú úsporné žiarivky. U žiariviek je uvedený príkon ekvivalentný žiarovke.
Na základe merania intenzity osvetlenia (obr. 1) môžeme vysloviť nasledovné závery:
- intenzita osvetlenia pre daný príkon nie je u jednotlivých výrobcov rovnaká.
- odchýlky osvetlenia u jednotlivých typov žiaroviek sú menšie, ako u jednotlivých typov žiariviek,
- osvetlenie u žiariviek je často menšie, ako u žiaroviek ekvivalentného príkonu,
Emisné spektrá zdrojov svetla. Emisné spektrá prírodných zdrojov svetla, slnka a sviečky, sú na obr. 2. Emisné spektrá umelých zdrojov, žiaroviek, žiariviek a LED diód sú na obr. 3, 4, a 5.
Obr. 2: Emisné spektrá zdrojov svetla (Plameň sviečky vlevo, Denné svetlo – slnko vpravo)
Obr. 3: Emisné spektrá žiaroviek: 40 W, 60 W, 75 W (Philips – vlevo, Pila – vpravo).
Obr. 4: Emisné spektrá úsporných žiariviek: 40 W, 60 W, 75 W (OSRAM vlevo, Philips – vpravo). U žiariviek je uvedený príkon ekvivalentný žiarovke.
Obr. 5: Emisné spektrá LED žiaroviek (Svietidlo 1W vlevo, Baterka CAT EYE, biele LED vpravo).
Porovnanie emisných spektier slnka, žiarovky a úspornej žiarivky je na obrázku 6. Zobrazenie je pre výrobcu Philips. Emisné spektrum slnka, má maximum v okolí 550 nm. Maximum spektra žiarovky je v okolí 690 nm. Spektrum žiarivky má dve výrazné maxima a to pri 545 nm a pri 615 nm.
Obr. 6: Porovnanie emisných spekter Slnka, žiarovky a úspornej žiarivky: slnko –červená; žiarovka – zelená (60 W Philips); žiarivka – modrá, dva výrazné píky (11 W Philips).
Z porovnania emisných spektier prírodných (slnko a sviečka) a umelých zdrojov svetla (žiarovky a žiarivky od rôznych výrobcov) , obr. 2 až 6 môžeme usúdiť:
- spektrum žiarovky sa najviac podobá, čo do tvaru, slnečnému svetlu, iba je posunuté k červenej oblasti,
- spektrum žiarivky sa výrazne líši od spektra denného svetla a žiarovky, pozorujeme dve výrazne maximá a niekoľko menších.
Záver
Na základe štúdia literatúry [1, 3] sme zistili, že denné svetlo je nenahraditeľné pre človeka, preto kancelárie a školy by sa mali stavať tak, aby po väčšinu dňa sa používalo denné svetlo. Pre ľudské oko je najvhodnejšie denné svetlo preto, lebo na tento zdroj svetla sa oko prispôsobilo v procese vývoja.
Z toho, že spektrum žiarovky sa najviac podobá spektru denného svetla, môžeme usúdiť, že pre oko by bol najvhodnejší umelý zdroj svetla žiarovka. Z energetického hľadiska je však žiarovka jedným z najmenej efektívnych zdrojov svetla.
Vhodným námetom na ďalší výskum by bolo preskúmať vplyv spektra zdroja svetla na zdravie ľudského oka a zrakovú pohodu.
Literatúra
[1] Ághová Ľ. a kol.: Hygiena. Osveta Martin, 1993.
[2] Habel, J. a kol.: Svetelná technika a osvetlenie. 1.vyd. FCCP Praha, 1995.
[3] Slovenská technická norma STN EN 12464-1. Bratislava, 2004.
Adresa autora: doc. RNDr. Ján Degro, CSc., PF UPJŠ Košice, Park Angelinum 9, 4054 Košice, jan.degro@upjs.sk