Физическая характеристика света

Почти все свои знания, о Вселенной ученные получают путём наблюдения за светом и последующего анализа приносимой им информации. Тем не менее, ещё совсем недавно о самом свете люди практически не чего не знали. В семнадцатом столетии появились две противоречащих теории о природе света.

Для того чтобы строить какие-то теории о свете, надо как-то вообразить себе, что же он из себя представляет. Великий И. Ньютон считал, что свет – это поток частичек, «корпускул», выстреливаемых, будто из пулемёта, источником света. Другой точкой зрения придерживался известнейший голландский ученный Х.  Гюйгенс. Он полагал, что свет от источника распространяется в виде волн, подобных тем, что мы наблюдаем при падении камушка в воду. Кстати, именно Гюйгенс обратил внимание, что принцип Ферма о минеральном времени движения светового луча опирается на волновые свойства света.

Корпускулярная и волновая теории света поначалу не смогли мирно ужиться. В каких-то случаях они приводили к одинаковым результатам, порой опровергали друг друга. Между сторонниками двух точек зрения шли острые, иногда яростные дискуссии. Скажем, авторитет Ньютона был столь велик, что вплоть до начала XIX века корпускулярным языком описывали явления, явно противоречащие ньютоновской теории.

Начало прошлого столетия ознаменовались поразительными открытиями. Опыты демонстрировали, что свет может огибать препятствия, в непредвиденных местах и возникать там, где его не ждали. Объяснение таким переменам в его поведении оказалось возможным только в рамках волновой теории света. А к концу XIX века было получено надёжное доказательство, что свет - не что иное, как электромагнитная волна.

Казалось бы, волновая теория одержала триумфальную победу. Но начало нашего века принесло новые открытия, заставшие учёных в каком-то смысле вернуться к воззрениям Ньютона. При объяснении новых фактов волновая теория была бессильна.

Так что же, свет - это всё-таки частицы? Сегодня учёные считают: в каких-то случаях он ведёт себя как поток микроскопических частиц-корпускул, в других - как волна. Иначе говоря, ему присущи и те, и другие свойства.

Свет имеет пять характерных оптических свойств: распространение, отражение, преломление, дифракцию и интерференцию, распространение относится к передаче света по прямым линиям, отражение заставляет свет отскакивать от полированных (зеркальных) поверхностей. Свет преломляется, когда переходит из одной среды в другую, например, из воздуха в стеклянную линзу. Дифракцией называется огибание световыми волнами кромок встречных препятствий. Интерференция – это усиление или ослабление результирующей волны при наложении световых волн друг на друга. Собранные воедино, эти свойства света объясняют работу столь непохожих устройств как увеличительные стёкла, лазеры и аппараты для получения голограмм.

С точки зрения физики свет – это видимые глазом электромагнитные волны оптического диапазона длиной 380 - 760 нм, воспринимаемые сетчатой оболочкой зрительного анализатора, лучше всего глазом воспринимаются лучи с длиной волн 555 нм (жёлто-зеленного цвета). Свет имеет различные физические характеристики:

Световой поток (мощность лучистой энергии по производимому ею зрительному ощущению, измеряется в люменах [лм] - световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле в 1 стерадиан (телесный угол, вырезающий на поверхности сферы площадь, разную квадрату её радиуса) при силе света 1 кандела (единица силы света)).

Сила света – световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадиану [кд-кандела].

Освещение (Е) – распределение светового потока (Ф) на поверхности площадью S. Освещение (Е) измеряется в люксах [лк] - это освещённость поверхности S = 1 м2 световым потоком Ф = 1 лм.

Яркость зависит от их световых свойств, степени освещённости и угла, под которым поверхность рассматривается, измеряется в нитах [нт]. Частые изменения уровня яркости приводят к снижению зрительных функций, развитию переутомления вследствие пере адаптации глаз, а зрительное утомление приводит к снижению зрительной и общей работоспособности (адаптации: световые -при повышении яркости в поле зрения происходит быстро, в течении 5-10 мин. ; темновые - приспособления глаза к низким уровням яркости, в течение 0,5 - 2 часов).

Световой поток может отражаться или поглощаться поверхностью, либо пропускаться. Поэтому световые свойства поверхности характеризуются не только падающим световым потоком, но и коэффициентами отражения (q), пропуская (r) и поглощения (а), причём q + r + а = 1 (коэффициент отражения равен отношению отражённого телом светового потока к падающему).

II. Основные оптические законы

Уже в первые периоды оптических исследований были на опыте установлены следующие основные законы оптического явления:

1. Закон отражения.

2. Закон преломления.

3. Закон поглощения света.

2. 1 Закон отражения

Луч падающий, нормально к отражённой поверхности и луч отражённый лежат в одной плоскости , причём углы между лучами и нормалью равны между собой: угол падения 1 равен углу отражения i. Этот знак также упоминается в сочинениях Евклида. Установление его связано с употреблением полированных металлических поверхностей (зеркал), известны уже в очень отдаленную эпоху.

2. 2 Закон преломления

Преломление света – изменение направления распространения оптического излучения (света) при его прохождении через границу раздела однородных изотропных прозрачных (не поглощающих) сред с показателем преломления n1и n2. Преломление света определяется следующими двумя закономерностями: преломленный луч лежит в плоскости, проходящей через падающий луч и нормаль (перпендикуляр) к поверхности раздела; углы падения и преломления связаны законом преломления Снелля: где n - постоянная, не зависящая от углов. Величина n - показатель преломления, определяется свойствами обеих сред, через границу раздела которых проходит свет, и зависит также от цвета лучей. Преломление света сопровождается также отражением света.

В приложении 2 ход лучей света при преломлении на плоской поверхности, разделяющей две прозрачные среды. Пунктиром обозначен отражённый луч. Угол преломления больше угла падения; это указывает, что в данном случае происходит преломление из оптически более плотной первой среды в оптически менее плотную вторую (n1 > n2), n - нормаль к поверхности раздела.

Явление преломления света было известно ещё Аристотелю. Попытка установить количественный закон принадлежит знаменитому астроному Птолемею (120 г. н. э. ), который предпринял измерение углов падения и преломления.

Закон отражения и закон преломления также справедливы лишь при соблюдении известных условий. В том случае, когда размер отражающего зеркала или поверхности, разделяющей две среды, мал, мы наблюдаем заметные отступления от указанных выше законов. Однако для обширной области явлений, наблюдаемые в обычных оптических приборах, все перечисленные законы соблюдаются достаточно строго.

2. 3 Закон поглощения

Поглощение света, уменьшение интенсивности, проходящего через среду, вследствие взаимодействия его с частицами среды. Сопровождается нагреванием вещества, ионизацией или возбуждением атомов или молекул, фотохимическими процессами и т. д. Поглощенная веществом энергия может быть полностью или частично переизлучена веществом с другой частотой. Разные тела по-разному поглощают свет. Чем темнее тело, тем сильнее оно поглощает. Чем равнее и светлее поверхность тем больше она отражает. Поэтому в учебных помещениях мебель и стены окрашивают в светлые, матовые, постельные тона.

2. 4 Глаз как оптическая система

Органом зрения человека является глаз, которые во многих отношениях представляют собой весьма совершённую оптическую систему.

В целом глаз человека – это шарообразное тело диаметром около 2,5 см, которое называют глазным яблоком . Непрозрачную и прочную внешнюю оболочку глаза называют склерой, а её прозрачную и более выпуклую переднюю часть – роговицей. С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой, состоящей из кровеносных сосудов, питающих глаз. Против роговицы сосудистая оболочка переходит в радужную оболочку, неодинаково окрашенную у различных людей, которая отделена от роговицы камерой с прозрачной водянистой массой. В радужной оболочки имеется круглое отверстие, называемое зрачком, диаметр которого может изменяться. Таким образом, радужная оболочка играет роль диафрагмы, регулирующий доступ света в глаза. При ярком освещении зрачок уменьшается, а при слабом освещении - увеличивается. Внутри глазного яблока за радужной оболочкой расположен хрусталик, который представляет собой двояковыпуклую линзу из прозрачного вещества с показателем преломления около 1,4. Хрусталик окаймляет кольцевая мышца, которая может изменять кривизну его поверхностей, а значит, и его оптическую силу.

Сосудистая оболочка с внутренней стороны глаза покрыта разветвлениями светочувствительного нерва, особенно густыми напротив зрачка. Эти разветвления образуют сетчатую оболочку, на которой получается действительное изображение предметов, создаваемое оптической системой глаза. Пространство между сетчаткой и хрусталиком заполнено прозрачным стекловидным телом, имеющим студенистое строение. Изображение предметов на сетчатке глаза получается перевёрнутое. Однако деятельность мозга, получающего от светочувствительного нерва, позволяет нам видеть все предметы в натуральном положении.

Когда кольцевые мышцы глаза расслаблена, получается изображение далёких предметов на сетчатке. Вообще устройство глаза такое, что человек может видеть без напряжения предметы, расположены не ближе 6 м от глаза. Изображение более близких предметов в этом случае получается за сетчаткой глаза. Для получения отчётливого изображения такого предмета кольцевая мышца сжимает хрусталик всё сильнее до тех пор, пока изображение предмета не окажется на сетчатке, а затем удерживает хрусталик в сжатом состоянии.

Таким образом, «наводка на фокус» глаза человека осуществляется изменением оптической силы хрусталика с помощью кольцевой мышцы. Способность оптической системы глаза создавать отчётливые изображения предметов, находящих на различных расстояниях от него, называют аккомодацией (от латинского «аккомодацио» - приспособление). При рассмотрении очень далёких предметов в глаз попадают параллельные лучи. В этом случае говорят, что глаз аккомодирован на бесконечность.

Аккомодация глаза не бесконечна. С помощью кольцевой мышцы оптическая сила глаза может увеличиваться не больше чем на 12 диоптрий. При долгом рассматривании близких предметов глаз устаёт, а кольцевая мышца начинает расслабляться, и изображение объектов называют адаптацией.

Сведение зрительных осей на определенной точке называются конвергенцией. Когда предметы расположены на значительном расстоянии от человека, то при пере воде глаз с одного предмета на другой между осями глаз практически не изменяется, и человек теряет способность правильно определять положение предмета. Когда предметы находятся очень далеко, то оси глаз располагаются параллельно, и человек не может даже определить, движется предмет или нет, на который он смотрит. Некоторую роль в определении положения тел играет и усилие кольцевой мышцы, которая сжимает хрусталик при рассматривании предметов, расположенных недалеко от человека.

2. 5. Развитие источников света во времени

10000г. до н. э. Масляные лампы и факелы.

4000г. до н. э. Горящие камни в Малой Азии.

2500г. н. э. Серийное производство глиняных ламп с маслом.

500г. н. э. Первые свечи в Греции и Риме.

1780г. Водородные лампы с электрическим зажиганием.

1783г. Лампа с сурепным маслом и плоским фитилём.

1802г. Свечение накалённой проволоки из пластины или золота.

1802г. Дуга В. в. Петрова между угольными стержнями.

1802г. Свечение тлеющего разряда в опытах В. В. Петрова.

1811г. Первые газовые лампы.

1816г. Первые стеариновые свечи.

1830г. Первые парафиновые свечи.

1840г. Немецкий физик Грове использует для подогрева нити накала электрический ток.

1844г. Стар в Америке делает попытку создать лампу с угольной нитью.

1845г. Кинг в Лондоне получает патент «Применение накалённых металлических и угольных проводников для освещения».

1854г. Генрих Гобель создаёт в Америке первую лампу с угольной нитью и освещает ею витрину своего магазина.

1860г. Появление первых ртутных разрядных трубок в Англии.

1872г. Освещение лампочками А. Н. Лодыгина в Петербурге Одесской улицы, аудиторий Технологического института и других помещений.

1874г. П. Н. Яблочков устраивает первую в мире установку для освещения железнодорожного пути электрическим прожектором, установленном на паровозе.

1876г. Изобретение П. Н. Яблочковым Свечи из двух параллельных угольных стержней.

1877г. Максим в США сделал лампу без колбы из платиновой ленты.

1878г. Сван в Англии предложил лампу с угольным стержнем.

1880г. Эдисон получает патент на лампу с угольной нитью.

1897г. Нернст изобретает лампу с металлической нитью накаливания.

1901г. Купер - Хьюит изобретает ртутную лампу низкого давления.

1903г. Первая лампа накаливания с танталовой нитью, предложение Больтеном. 1905г. Ауэр предлагает лампу с вольфрамрамовой спиралью.

1906г. Кух изобретает ртутную дуговую лампу высокого давления.

1913г. Газонаполненная лампа Лангье с вольфрамовой спиралью.

1931г. Пиран изобретает натриевую лампу низкого давления.

1946г. Шульц предлагает ксеноновую лампу.

1958г. Первые галогеновые лампы накаливания.

1960г. Первые ртутные лампу высокого давления с йодистыми добавками.

1961г. Натриевые лампы высокого давления.

1982г. Галогенные лампы накаливания низкого напряжения.

1983г. Комплексные люминесцентные лампы.

III. Роль освещенности в жизнедеятельности человека

Искусственное освещение является одним из важнейших элементов участвующих в создании необходимой для человека световой среды помещения. Около 90% всей информации, получаемой человеком, поступает через зрительный канал. Общий тонус человека, его работоспособность активность, внимание, утомление и даже настроение в значительной степени зависят от освещения. Поэтому в любом помещении, предназначенном для пребывания людей освещение имеет важную роль.

Здесь важно создать освещение, которое обеспечивало бы хорошую видимость объектов различения и малую утомляемость работающих. Это позволит поддерживать на должном уровне общую и зрительную работоспособность человека, без чего невозможно увеличение производительности труда и качества обучения. Большое значение в этих условиях приобретает местное освещение, применение которого значительно улучшит видимость за счёт существенного повышения освещённости на рабочем месте. Большие преимущества обеспечивает местное освещение и в увеличении световой среды рабочей зоны, так как при использовании его расширения возможности выбора подходящего источника света, обеспечение необходимого направления светового потока, удобного расположения светильника в рабочей зоне, создания благоприятного распределения яркости в поле зрения и т. п. Поэтому в кабинетах над учебной доской используются лампы дневного света.

3. 1. Освещение

Освещение – это использование световой энергии солнца и искусственных источников света для обеспечения зрительного восприятия окружающего мира. Свет является естественным условием жизни человека, необходимой для здоровья и высокой производительности труда, основанной на работе зрительного анализатора самого тонкого и универсального органа чувств. Обеспечивая непосредственную связь организма с окружающим миром. Свет является сигнальным раздражителем для органа зрения и организма в целом; достаточное освещение действует тонизирующее, улучшает протекание основных процессов в нашей нервной деятельности, стимулирует обменные и иммунобиологические процесс, оказывают влияние на формирование суточного ритма физиологических функции человека. Основная информация об окружающем мире - около 90% - поступает через зрительное восприятие, именно поэтому гигиенически рациональное производственное освещение имеет огромное положительное значение.

3. 2. Естественное, искусственное и смешанное освещение

Естественное освещение (ЕО) – освещение помещений светом неба, прямым или отражённым, проникающем через световые проёмы в наружных ограждающих конструкциях (по строительным нормам и правилам). Создаются прямыми солнечными лучами и диффузным светом неба (солнечные лучи, рассеянные атмосферой).

ЕО - биологически наиболее ценный вид освещения, к которому максимально приспособлен глаз человека. Оно обладает высокой интенсивностью светового потока и благоприятным спектральным составом, сочетающим равномерное распределение энергии в области видимого, ультрафиолетового и инфракрасного видов излучения. ЕО благоприятно влияет на психофизиологическое состояние человека. В помещениях используется:

- боковое ЕО (ч/з световые прямые в наружных стенах [СН и П])

- верхнее ЕО (ч/з фонари, световые проёмы в стенах в местах перепада высотных зданий [СН и П)

- смешанное (верхнее ЕО + боковое ЕО)

Во многих случаях применение глубоко ЕО недоступно (снижение ЕО из-за загрязнения воздуха, облачности, природных явлений). Поэтому используется совмещённое освещение - сочетание ИО и ЕО. ИО в системе совмещённого может функционировать постоянно или включается с наступлением сумерек.

Искусственное освещение (ИО): осуществляется лампами накаливания и газоразрядными. В современных городах в связи с теснотой застроек является преобладающим, а в безоконных помещениях единственным. Общее освещение - освещение, при котором светильники располагаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или к расположению оборудования. Местное освещение (МО) - дополнительное к общему, создаваемое светильником, концентрирующий световой поток непосредственно на рабочих местах; местное освещение без общего не применяется. Источники искусственного света - лампы накаливания и люминесцентные лампы. В настоящее время в учебных помещениях чаще используют люминесцентные лампы т. к. по спектру излучения они ближе к естественному освещению. Лампы накаливания применятся при местном освещении, т. к. люминесцентные лампы могут вызвать стробоскопический эффект, а при аварийных случаях для них применяется автономное питание электроэнергии.

3. 3. Освещение жилых помещений и рабочих мест (нормативы)

Оценки ЕО проводятся в относительных показаниях коэффициента естественной освещённости - КЕО, КЕО - отношение ЕО в рассматриваемой точке внутри помещения (Ев) к одновременному значению наружной горизонтальной освещённости без прямого солнечного света.

КЕО =(Ев/Ен)* 100%

На величину КЕО влияет размер и конфигурация помещения, размеры и расположение светопроёмов, отражая способность внутренних поверхностей помещения и затеняющих его объектов. Нормы КЕО есть в СН и П, например, в бытовых помещениях этот показатель не должен быть ниже 25%.

Нормативы ИО: регламентируются СН и П. нормы предусматривают освещённость исходя из условий зрительной работы. Например:

помещение Освещение раб. помещений читальный зал комбинированное освещение 200 – 400 лк общее 300 лк помещение для работы с дисплеями 200м учебное помещение, спорт зал, классная 300 – 750 лк 200 – 500

комната

3. 4. Осветительные приборы и электричество

Источники освещения газоразрядные лампы (галогеновые, ртутные. ), так как велик срок службы (до 14000 часов) и большая световая отдача. Недостатки: стробоскопический эффект (пульсациясветового потока, который приводит к утомлению зрения из-за постоянной переадаптации глаза). Лампы накаливания применяются, когда по условиям технологической среды или интерьера применения газоразрядных ламп нецелесообразно. Достоинства: тепловые источники света, простота и надёжность. Недостатки: малый срок службы (1000), световая отдача мала (КПД). Светильник: лампа с арматурой, основное назначение - перераспределение светового потока в требуемом направлении; защита лампы от воздействия внешней среды.

По исполнению: открытые, закрытые, пыленепроницаемые, влагозащитные, взрывозащитные. По распределению светового потока: прямого света, отражённого света, рассеянного света. Электропроводка может быть наружной, расположенной по внешним стенам зданий и сооружений или на специальных опорах с пролётами между ними до 25 м, и внутренней, положенной внутри помещения.

Наружная проводка напряжением до 1000 В применяется в основном для освещения территорий предприятий, строительных площадок, некоторых служебных помещений и т. п. Прокладка наружной проводки по стенам и крышам домов, выходящих на улицу, не допускается. По способу выполнения электропроводка подразделяется на открытую и скрытую, а по степени защиты проводов от механических повреждений - на защищённую и незащищенную. Способа прокладки и тип электропроводки определяется в зависимости от напряжения сети, условий окружающей среды и требований пожара - и взрывобезопасности.

В сетях, где обязательно заземление корпусов светильников на нулевой провод, винтовые гильзы патронов для ламп должны быть присоединения к нулевому, а не к фазному проводу. Провода, применяемые в светильниках общего освещения должны иметь изоляцию на номинальное напряжение на менее чем 380 В переменного тока, а провода, применяемые для светильников местного освещения, должны иметь изоляцию на номинальное напряжение не менее чем 500 В переменного тока или 1000 В постоянного тока.

Эксплуатация включает: регулярную очистку остеклённых проёмов и светильников от грязи; своевременную замену перегоревших ламп; контроль напряжение в сети; регулярный ремонт арматуры светильников; регулярный косметический ремонт помещения. Для этого предусмотренные специальные передвижные тележки с платформами, телескопические лестницы, подвесные устройства. Все манипуляции производятся при отключенном питании. Если высота подвеса до 5м - обслуживается лестницами стремянками (обязательно 2 человека). Контроль освещения осуществляется не реже 1 раза в год путём измерения освещённости или силы света при помощи фотометра; последующее сравнение с нормативами.

3. 5. Гигиенические требования к освещению в учебных помещениях

Все учебные помещения должны иметь ЕО. Наилучшими видами ЕО в учебных помещениях является боковое левостороннее освещение. При глубине помещения более 6м необходимо устройство правостороннего подсвета. Направление основного светового потока справа, спереди и сзади недопустимо, т. к. уровень ЕО на рабочих поверхностях парт снимается в 3 - 4 раза. Стёкла окон следует ежедневно протирать влажным способом с внутренней стороны и мыть с наружи не менее 3 -4раз в месяц. Нормирование ЕО осуществляется по СН и П.

Поэтому, чем светлее окраска стен и потолка, тем сильнее отражается на них свет: белая окраска отражает 80% света, светло-жёлтая - 70%, голубая и песочного цвета - 60%, светло-зелёная - 50%, красная - 30%, тёмно-зелёная - 20%, коричневая - 10%, чёрная только 5%.

Для окраски парт рекомендуется зеленная гамма цветов, такие цвета натуральной древесины с Q (коэффициент отражения) 0,45, для окраски доски - тёмно-зелёный или коричневый цвет Q = 0,1-0,2. Стёкла, потолки, полы, оборудование учебных помещений должны иметь матовую поверхность во избежание образования бликов.

Поверхность интерьера учебных помещений следует окрашивать в тёплые тона, потолок, и верхние части стен окрашивать в белый свет. Нельзя помещать растения на подоконники. При освещении лампами накаливания помещения площадью 50 м2 должно быть установлено 7-8 действующих световых точек общей мощностью 2400В. Светильники считают очищать не реже одного раза в месяц. (Запрещается привлекать учащихся к очистке осветительных приборов). На севере необходимо соблюдать все требования, что позволит сохранить зрение и работоспособность в экстремальных условиях среды.

IV. Автоматизация системы освещения практическая часть

Мы предлагаем автоматизировать систему освещения в кабинете № 33 школы №9 при помощи автоматического устройства, основной частью которого является фоторезистор. Данное устройство превращает световую энергию в электрическую.

Фоторезистор изготовлен следующим образом. Нижний электрод представляет собой металлическую пластинку, на него наносится тонкий слой полупроводника, после чего на наружную поверхность наносится верхний полупрозрачный слой металла. Сам фотоэлемент изготавливают из хорошо проходящего полупроводника, например, кремния или германия.

Фототок резистора очень мал, поэтому его подключают с электромагнитным реле. Фотореле через магнитный пускатель соединяется с системой освещения. Фоторезистор устанавливают на уровне стола на стене, противоположной окнам так, чтобы на него не попадали прямые солнечные лучи.

Система управления, которая состоит из фотореле и магнитного пускателя устанавливается в недоступном для детей месте и через соединительные провода подключается к системе освещения.

При нормальной освещенности, которая для учебных кабинетов составляет более 300 люкс, система разомкнута. Если внезапно скрылось солнце или учитель забыл включить свет, срабатывает электромагнитное реле, которое замыкает электрическую цепь и магнитный пускатель автоматически включает систему освещения и наоборот, как только освещенность достигнет нормы, фотореле отключит автоматическую систему.

Таким образом, в кабинете во время всего учебного процесса будет поддерживаться нормированная освещенность, т. е. соблюдаться гигиенические правила установленные СанПиНом.

1. Плата автоматического отключения состоит из фотодиода и фотореле ФР-75А

2. Магнитный пускатель ПМЕ 011-У3В

3. Приемник – система освещения (220В)

Фоторезистор

Фоторезистор представляет собой слой полупроводника, на несонное, на пластмассовое основание, металлические контакты. На концах полупроводника слоя позволяют включать фоторезистор в цепь. Сопротивление фоторезистора зависит от освещённости полупроводникового слоя. Фоторезисторы используются при световых изменениях и в различных автоматических устройствах.

К полупроводникам относят вещества, которые по своему удельному сопротивлению занимают промежуточное положение между хорошо проводящими электрический ток проводниками и практически не проводящими ток изоляторам (диэлектриками).

Р - n — переход.

Для создания Р - n - переход в кристалле с электронной проводимостью нужно создать область с дырочкой проводимостью или в кристалле с дырочной проводимостью - область с электронной проводимостью.

Такая область создаётся в ведением примеси в процессе выращивания кристалла или в ведением атомов примесей в готовый кристалл. Через границу, разделяющие области кристалла с разными типами проводимости, происходит диффузия электроном и дырок. Р - полупроводник приводит к появлению в электронном проводнике положительных некомпенсированных ионов дозорной примеси, в дырочном полупроводнике рекомбинация электронов с дырками приводит к появлению некомпенсированных зарядов отрицательных ионов акцепторной примеси.

Перед вами модель предлагаемого устройства. Она состоит: из фоторезистора, фотореле, которое регулирует уровень освещенности, аппараты управления (магнитный пускатель) и системы освещения.

Фоторезистор устанавливаете на уровне столешницы на стене, противоположной окну, так чтобы не попадали прямые солнечные лучи.

Фотореле устанавливается на освещённости 300 люкс. Сама система управления устанавливается в недоступном для детей месте и через соединённые провода подключается к системе освещения. При нормальной освещённости система отключена, когда освещённость недостаточно срабатывает фото регулятор и включается система освещения т. о. соблюдаются гигиенические требования к освещённости в учебных помещениях.

V. Экономическое обоснование внедрения

1. Количество ламп в кабинете № 33

N=12∙2 = 24 шт.

2. Потребляемая мощность

P = N ∙ P1,

Где P1 - мощность одной лампы

P1 = 80 Вт = 0,08 кВт

Роб = 24 ∙ 0,08 = 1,92 кВт

3. Количество рабочего времени возьмем с t = 7 ч 15мин - время включения утром до t = 18 ч 45 мин - время выключения вечером

Δt = t2 - t1 = 18 ч 45 мин - 7 ч 15 мин = 11 ч 30 мин

4. Стоимость затраченной электроэнергии за 1 день

С = Т ∙ А, где Т - тариф, Т = 0,3 руб/кВ ч ,

А - работа тока.

A = P ∙ t,

С = Т ∙ А = Р ∙ t = 0,3 ∙ 1,92 ∙ 11,5 = 6,6 руб

5. Стоимость затраченной электроэнергии за 1 месяц

См = С1 ∙ n, где n = 26 число учебных дней.

См =6,6 ∙ 171,6 руб

6. Стоимость электроэнергии по кабинету № 33 за учебный год.

Учебный процесс длится 9 месяцев, но мы взяли 8 месяцев т. к. чаще всего свет не отключается в течении всего учебного времени, то

Сr = См ∙ N, где N = число месяцев.

Сr= 171,6 ∙ 8 =1372,8 руб

7. Если фотореле будет отключать систему освещения в среднем с 11 ч до 16 ч, то экономия составит:

7. 1 За один день

C = T ∙ AI = T ∙ P ∙ t, где t - время отключения.

T = 16 ∙ 11 = 5ч

С = 0,3 ∙ 1,92 ∙ 5 = 2,88 руб

7. 2 За один месяц

С = T ∙ Aм = 0,3 ∙ P ∙ t где t = t1 ∙ n = 5 ∙ 26

С = 0,3 ∙ 1,92 ∙ 5 ∙ 26 = 74,88 руб

7. 3 За учебный год

Сr = Cм ∙ N где N - число месяцев N = 8.

Cr′ - T ∙ A = T ∙ P ∙ t ∙ N,

С r′ = 0,3 ∙ 1,92 ∙ 5 ∙ 26 ∙ 8 = 599 руб

8. Таким образом, если из общей стоимости затрат за электроэнергию вычесть сэкономленной электроэнергии, то чистая прибыль, даже по самым грубым подсчетам составит:

С = Сr - Cr′ = 1372,8 - 599 = 774 руб

Использование фотореле позволяет осуществлять контроль за соблюдением гигиенических требований и выдерживание норм освещенности в учебных кабинетах с одной стороны и экономию средств как минимум 500рублей в год только в одном кабинете.

При работе над этим проектом мы не только глубоко изучили учебный материал по физике, но и узнали много интересного, нужного и полезного из биологии, истории, электротехники.

Изготовив макет автоматического устройства, основной частью которого является фоторезистор, своими руками, мы подарили его школе. И теперь его можно использовать как наглядное пособие при изучении таких тем, как:

1. Электрическая цепь и её составные части.

2. Оптические явления.

3. Электромагнитное поле в веществе.

Кроме этого, использование данного устройства (фотореле) позволит осуществлять контроль за соблюдением гигиенических требований в школьных кабинетах, выдерживать нормы освещенности в учебных кабинетах, а так же экономить как минимум 500 рублей в год только в одном кабинете.