Влияние ламп накаливания на возникновение парникового

Качество профессионального образования находится в
прямой зависимости от профессионально-педагогического
уровня педагогов.
ПУ-41
г. ЗАРИНСК
МЕТОДИЧЕСКАЯ КОПИЛКА
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОБУЧАЮЩИХСЯ
Краевое государственное бюджетное
образовательное учреждение начального
профессионального образования
«Профессиональное училище №41» г.
Заринск
Харитонов Роман Сергеевич
Миханошин Иван Николаевич
Тема:
Влияние ламп накаливания
на возникновение
парникового эффекта
Руководитель:
Меняйлова И.А
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1
Влияние ламп накаливания на парниковый эффект
1.1 Парниковый эффект и факторы влияющие на него.
1.2 Последствия парникового эффекта
1.3 Лампы накаливания, их устройство
Глава 2
Количество ламп, необходимых для нагрева
атмосферы на 1 0С
2.1 Модель парникового эффекта
2.2 Расчет
количества
ламп
накаливания
для
нагрева
атмосферы
Заключение
Список источников информации
2
Введение
Непрерывный индустриальный прогресс и стремительное развитие науки
ведут к широкому применению электроэнергетики. Нашу жизнь невозможно
представить без искусственного освещения. Для жизни и работы людям просто
необходимо освещение с применением ламп.
Длительное время по традиции мы для освещения своих квартир
применяли обычные лампочки накаливания. Но на смену старым лампам
пришли новые энергосберегающие, основным аргументом применения которых
является высокий КПД
и низкая теплоотдача и как следствие меньшее
воздействие на возникновение парникового эффекта.
Цели исследования:
1. Выяснить
действительно
ли
лампы
накаливания
влияют
на
возникновение парникового эффекта.
2. Рассчитать количество ламп, необходимых для нагрева атмосферы на
10С.
В ходе исследования были сформированы задачи:

на основе анализа научно-популярной литературы, данных сети
Internet, описать аспекты влияния лампы накаливания на возникновение
парникового эффекта;

провести статистическое исследование и выявить, сколько ламп
нужно включить для нагрева атмосферы на 1 0С;

совершенствовать свои исследовательские умения: работа с
литературой, анализ и обобщение материала, представление его в наглядной
форме в виде таблиц и диаграмм.
Предмет исследования: изменение температуры окружающей среды при
«парниковом эффекте»
На начальном этапе исследования выдвинуты гипотезы:

Лампы накаливания влияют на возникновение парникового эффекта
3

Теоретически можно рассчитать количество ламп, необходимых
для нагрева атмосферы на 1 градус Цельсия
Методы: анализ теоретической литературы, наблюдения, эксперименты.
4
Глава 1. Влияние ламп накаливания на парниковый эффект
Парниковый эффект и факторы влияющие на него
1.1.
Парниковый эффект - это подъем температуры на поверхности планеты в
результате тепловой энергии, которая появляется в атмосфере из-за нагревания
газов.
Как показало изучение научных физических источников, еще в 1827 году
французский физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера земли
выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает
солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. И он был
прав. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам,
например, водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают видимый и
«ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое»
инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при
нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не
происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и
жизнь бы на ней практически замерла.
«Естественный»
парниковый
эффект
-
это
устоявшийся,
сбалансированный процесс, а значит, увеличение концентрации «парниковых»
газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который
в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата. Количество
СО2 (углекислоты) в атмосфере неуклонно растет вот уже более века из-за того,
что в качестве источника энергии стали широко применяться различные виды
ископаемого топлива (уголь и нефть), использование аэрозолей, выхлопные
газы машин и труб фабрик и заводов, горение костров, использование ламп
накаливания. Кроме того, как результат человеческой деятельности в
атмосферу попадают и другие парниковые газы, например метан, закись азота и
целый ряд хлорсодержащих веществ.
5
Несмотря на то, что они производятся в меньших объемах, некоторые из этих
газов куда более опасны с точки зрения глобального потепления, чем
углекислый газ.
Практически все ученые склонны полагать, что деятельность человека
приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере. По
мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, «увеличение
концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы
и поверхности земли... Любое изменение в способности Земли отражать и
поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере
тепличных газов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и
мировых океанов и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды».
Тем не менее, ведутся ожесточенные споры вокруг того, какое конкретно
количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также
как скоро это произойдет. Дело в том, что даже когда изменение климата
действительно происходит, в этом трудно быть стопроцентно уверенным.
6
1.2.
Последствия парникового эффекта
В последнее время деятельность человека оказывает огромное по
масштабам и интенсивности воздействие на окружающую среду и глобальные
системы
жизнеобеспечения.
Доказательство
тому
-
одна
из
многих
экологических проблем - глобальное потепление климата - парниковый эффект.
Парниковый эффект влечет за собой рост средней температуры, изменения
климата,
которые
не
проходят
для
экосистемы
существования живых организмов меняются, а это,
бесследно.
Условия
ведет к трудно
прогнозируемым последствиям, вымиранию одних видов и внезапному
распространению других.
Для человека, чьи технологические способности к адаптации очень
высоки, потепление - также серьезный вызов, требующий перестройки системы
приспособления. Так, в России таяние вечной мерзлоты может повлечь за собой
разрушение целых городов. Повышение уровня мирового океана грозит
затоплением значительных территорий в разных точках земного шара. Скоро
атмосфера станет непроницаемой для тепла, и последствия могут быть очень
глобальными - неизбежное повышение уровня мирового океана в результате
таяния материковых и горных ледников, морских льдов, теплового расширения
вод океана. Такое потепление климата вызовет серьѐзные изменения
экологических условий в тундре, в зонах «вечной мерзлоты»: увеличится
сезонное протаивание грунтов, что создаст угрозу дорогам, строениям и
коммуникациям, активизируется процесс заболачивания, ухудшится состояние
лесных массивов на вечной мерзлоте.
Само по себе глобальное потепление не является для экосистемы Земли
новым явлением. Температурные изменения были и раньше (вспомните о
ледниковых периодах), но никогда они не были такими стремительными. В
непредсказуемости изменения и заключается главная угроза для человечества.
7
Последние
полвека
наблюдается
тенденция
усиления
парникового
эффекта, имеющая общепланетарный характер. Это одна из наиболее
серьезных экологических угроз, человечество в XXI столетии.
1.3.
Лампы накаливания, их устройство
Почему именно лампу накаливания мы рассматриваем как
источник
тепловой энергии? Для ответа рассмотрим устройство и принцип действия
лампы накаливания.
Основным элементом лампы накаливания является –нить накала.
Принцип действия ламп накаливания это преобразование электрической
энергии в световую энергию. Нить разогретой лампы достигает температуры
2600 - 3000 ºС и не плавится, т.к. температура плавления вольфрама (3200 –
3400) превышает температуру плавления нити накала. В лампах накала
преобладает желтый и красный спектр лучей. Баллоны ламп заполняются
инертным газом, в среде которого вольфрамовая нить не окисляется.
При включении лампы накаливания, нить из вольфрамовой проволоки
раскаляется (2600 - 3000ºС) проходящим через нее током, и лампа начинает
светиться. Спираль укреплена на электродах, и один из них припаян к
металлической гильзе цоколя, другой – к металлической контактной пластине.
Их разделяет между собой изоляция. Ток, преодолевая электрическое
сопротивление нити, раскаляет ее. Для того чтобы спираль быстро не
перегорела, стеклянный баллон заполняется инертным газом: криптоном;
азотом; аргоном; смесью азота, ксенона, аргона.
В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника, обычно
проволочного, (тела накаливания) при протекании через него электрического
тока (тепловое действие тока). Температура тела накаливания повышается
после включения тока. Часть потребляемой электроэнергии лампа накаливания
преобразует в видимое излучение всего 15%, а большая часть рассеивается в
8
виде тепла около 85% в результате процессов теплопроводимости и конвекции
наполняющего газа внутри колбы лампы.
9
Глава 2. Количество ламп, необходимых для нагрева атмосферы на 1 0С
2.1.
Модель парникового эффекта
Для доказательства первой гипотезы мы провели опыт и создали модель
парникового эффекта:
Парниковый эффект обусловлен увеличением содержания в атмосфере
Земли парниковых газов, образующих подобие теплоизоляционной пленки,
которая задерживает тепловое излучение в пределах атмосферы. С научной
точки зрения подобный эффект связан с различным поглощением газами в
различных диапазонах электромагнитного спектра. Солнечное излучение,
состоящее в большей степени из волн видимого и инфракрасного диапазона,
практически не поглощается парниковыми газами.
В аквариум объемом
40 л насыпали земли и установили 1 источник
освещения (лампу накаливания мощностью 75 Вт), для контроля температуры
использовали комнатный термометр. И производили замер температуры через
каждые 20мин. Получили динамику повышения температуры
№
Время
Градусы
Цельсия
1
16.40
19
2
17.00
21
3
17.20
23
4
17.40
25
5
18.00
27
6
18.20
30
7
18.40
30
8
19.00
30
10
В результате опытов мы убедились, что огромное влияние на изменение
температуры на грунтом имеет теплоотражающая поверхность.
2.2.
Расчет количества ламп накаливания для нагрева атмосферы
Для расчета количества ламп накаливания для нагрева атмосферы на 1
градус мы сначала рассчитали необходимую мощность для нагрева слоя
воздуха в атмосфере в 1км по формуле:
Р = 0,28 V*1,2∆t, где:
(1)
Р– мощность нагревателя, Вт
V – Объем подаваемого воздуха, м3
∆t – необходимая разница температур , оС
1,2 – удельный вес воздуха, кг/м3
0,28 – удельная теплоемкость воздуха.(1005/3600=0,28кг/с)
Для нахождения объема атмосферы мы использовали формулу:
V=4/3 *ПR3, где:
(2)
V – объем, м3,
П= 3,14
R – радиус , м
R з=6371302 м –средний радиус Земли
Так как мы рассчитываем объем атмосферы высотой 1 км, то к радиусу Земли
прибавим 1км
R = R з+ h, получим
R = 6371302 + 1000 =6372302 м
Подставим значения радиуса в формулу (2) и получим:
V=4/3 *3,14*(6372302)3 =10,8387*1014 м3
Для нахождения объема атмосферы мы от полученного объема отнимем объем
земного шара и получим:
Vатм. = V – Vзем.
11
Vзем. = 10,8336*1014 м3 – объем земного шара
Vатм. = 10,8387*1014 - 10,8336*1014 = 0,0051*1014 =5,1*1011 м3
Подставим полученное значения в формулу (1) и получим:
Р = 0,28*5,1*1011*1,2*1 =1,7*1011 Вт
Р = 1,7*1011 Вт
Получив мощность разделили на номинальную мощность 1 лампы:
N = P/Рн
Рн =100 Вт - номинальную мощность 1 лампы
N = 1,7*1011 = 1,7*109 шт.
100
Получили нужно включить примерно 1,7 миллиарда штук одновременно,
конечно наши расчеты примерные, так как мы не учитывали погодные явления
(ветер, осадки), климатические особенности отдельных регионов. Данные
рассчитаны для идеальных условий.
Таким образом, для поднятия температуры на 1 градус достаточно, чтобы
на Земле одновременно всего 24% населения зажгли хотя бы одну лампочку
накаливания мощностью 100 Вт. Для примера - это население двух государств
Китая и России.
Влияние одной лампочки, конечно же, невелико. Около 20% всей
электроэнергии в мире расходуется на освещение. Если использовать
современные энергоэффективные люминесцентные или светодиодные лампы,
требуемая
мощность
электростанций
упадет
в
разы.
К
тому
же
теплоэлектростанции сжигают газ, уголь, мазут, выбрасывая в атмосферу
огромное количество парниковых газов, не говоря о других опасных веществах.
В США, например, подсчитали, что переход в течение 20 лет на светодиодное
освещение позволит настолько сократить объем требуемой электроэнергии, что
можно будет закрыть 133 теплоэлектростанции.
12
Заключение
Проведенная работа позволила доказать, что выдвинутые гипотезы верны:
1. Лампы накаливания могут создать условия для развития парникового
эффекта
2. Мы смогли рассчитать количество ламп накаливания, необходимых для
нагрева атмосферы на 1 градус (при идеальных условиях)
Проанализировав, все вышесказанное были сделаны промежуточные
выводы о том, что для решения проблемы парникового эффекта необходимо
использовать
пропаганды
возобновляемые источники
энергосберегающих
ламп,
энергии,
а
также
разработать
сами
систему
перейти
на
энергосберегающие лампы.
13
Список источников информации
1. Алексеев В. В., Киселева С. В., Чернова Н. И. «Рост концентрации СО2 в
атмосфере - всеобщее благо?». Природа, № 9, 1999 г.
2. Монин А.С., Шишков Ю.А. «Климат как проблема физики» // УФН, том 170,
№ 4, 2000 г.
3. Мелешко В.П., Катцов В.М, Спорышев П.В., Вавулин С.В., Говоркова В.А.,
«Изучение возможных изменений климата с помощью моделей общей
циркуляции атмосферы и океана» // Изменения климата и их последствия.Спб.: Наука, 2002.
4. Яншин А. «Опасен ли парниковый эффект» // Наука и жизнь. 1989. №12.
5. Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды. – М.: «Высшая школа», 2003.
6. Юсорин Ю.С. Промышленность и окружающая среда. – М.: 2002.
7. Голицын Г. С. Человек и климат /Г. С. Голицын Экология и жизнь. – 2006. №6.
8. Кислов А. В. Перспективы изменения климата в ближайшем будущем /А. В.
Кислов, Ю. М. Баженов. География в школе. – 2005. - №5.
9. Никаноров А. М. Глобальная экология /А. М. Никаноров, Т. А. Хоружая. –
М.: ЗАО «Книга – сервис», - 2003.
10. Сорохтин О. Г. Эволюция климатов Земли /О. Г. Сорохтин //Физика. –
2007. - №9.
11.Хотунцев Ю. Л. Экология и экологическая безопасность /Ю. Л. Хотунцев. –
М.: Издательский центр «Академия», 2004.
12. http://ru. wikipedia. org
13. http://planeta-terra. ucoz. ru
14