Индивидуальный проект: "Составление елочной гирлянды"

Министерство образования, науки и молодёжной политике Краснодарского края

Государственное бюджетное профессиональное образовательное

Учреждение Краснодарского края

«Туапсинский гидрометеорологический техникум»

Специальность/                   05.02.03 Метеорологи_______

Профессии:                         __________________________

                                                                              (код и наименование)

Дисциплина/                       Физика_________________

                                                (наименование учебной дисциплины)

      ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

По теме:           Составление елочной гирлянды_________

Группа                        180___

Обучающийся:   _________                                                                          А.А.Амирджанян_______

                                      (подпись)                                                                                                                           (И.О.Фамилия)

Преподаватель:     _________                                                                                      М.Н.Гайсинюк___________

                                             (подпись)                                                                                                                             (И.О.Фамилия)

Город Туапсе,2019 г.

 

Содержание

Ведение……………………………………………………………………2

Глава 1.История создания лампы…………………………………….3

1.1.          Великое изобретение………………………………………………3

1.2.          Лампа накаливания………….……………………………………..4

1.3.          Конструкция лампы накаливания………………………………....5

Глава 2.Составление елочной гирлянды……………………………..6

2.1.Задача…………………………………………………………..............6

2.2.Функция и графики……………………………………………………7

2.3.Начало математического анализа ……………………………………8

2.4. Развитие понятия о числе…………………………………………….9

Заключение……………………………………………………………….10

Введение

В современном мире используется светодиодные гирлянды.

В настоящее время по всему миру украшают городской и уличный интерьер.

В основном украшением и в тоже время освещением улиц, а также магазинов, кафе, кинотеатров является именно светодиодная гирлянда. Без светодиодных гирлянд не обходится ни один городской, уличный или домашний праздничный интерьер.

Целью моего проекта является рассмотрение, изучение и составление гирлянды.
Для реализации поставленной цели решаются следующие задачи:

·         Изучить  историю создания лампы.

·         Дать определение лампы накаливания.

·         Решить задачу для удачного составления гирлянды

Объектом исследования елочная гирлянда

Структура работы состоит из введения, 2 глав и заключения.

Глава 1.История создания лампы

1.1Великое  изобретение.

Обыкновенная лампочка-изобретение с почти двухвековой историей. Ее современному виду предшествовали многие прототипы и десятки тысяч опытов и изысканий. Не все из вариантов оказались удачными и прижились, однако в истории возникновения привычного прибора все же можно выделить знакомые имена. Все вместе и каждый в отдельности эти ученные внесли вклад в общее дело.

Томас Алва Эдисон

Американский ученный Томас Алва Эдисон, в качестве нитей накаливания пробовал использовать разные металлы. Подбирая материал, Эдисон провел около 1500 испытаний и примерно 6000 опытов. В 1878 году им была запатентована лампа с платиновой нитью, однако изобретатель из-за высокой цены материала вернулся к угольному волокну и в 1879 году запатентовал права на лампу с 40-часовым сроком службы.

Заслуга Эдисона в прогрессе систем освещения состоит еще в том, что он изобрел поворотный выключатель, потрон-цоколь, придумал план центрального энергоснабжения и наладил производства лампочек, что стало настоящим коммерческим прорывом.

Около 30 лет конструкции и материалы, которые используются в производствелампочки, не менялись. И задача создать недорогую лампочку накаливания Эдисон выполнил. Он довел ее стоимость до 20 центов.

Но прогрессирование лампы продолжалось. Следующим этапом стало использование в качестве материала нити накаливания тугоплавких металлов, в частности вольфрама. И вольфрам вытеснил практически все другие материалы. Лампочка стала еще долговечнее.

Дальнейшим этапом прогрессирование лампочки стало использование инертного газа для заполнения стеклянной колбы. Благодаря этому нововведению, современные лампочки стали гораздо ярче и долговечнее.

1.2.Лампа накаливания

Лампа накаливания- это электрический источник света, в котором проходит преобразование электрической энергии в световую, в результате сильно нагретой металлической спирали при протекании через нее электрического тока.

Принцип действия

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника при протекании через него электрического тока. Для видимого излучения необходима, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов. Чем меньше температура, тем меньше видимость света и тем более «красным» кажется излучение.

При практически достижимых температурах, излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания дает свет более «желто-красным», чем дневной свет.

В обычном воздухе при таких температурах вольфрам сражу же превратился бы в оксид.
По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, которая заполнена нейтральным газом.

1.3.Конструкция

Строение прибора:

·         Рабочей частью лампы накаливания выступает вольфрамовая нить. Удельное сопротивление металла в три раза выше меди. Невысокий показатель. Вольфрам выбран разогреваемым телом за тугоплавкость, сечение нити уменьшено до предела, повышая электрическое сопротивление. Температура таяния металл превышает 3000 градусов Цельсия.

·         Стеклянная колба лампы накаливания содержит инертный газ. Позволяя уберечь спираль от сгорания, убирает необходимость создания вакуума (формирует отрицательное давление колбы, понижает механическую прочность конструкции).

• Спираль лампы накаливания подпирается молибденовыми держателями, питается током никелевых электродов. Материалы выбраны сообразно назначению. Молибден тугоплавкий, никеля температура ликвидуса пониже, зато наделен низким коэффициентом теплового расширения. Место контакта со спиралью избегает механических деформаций, продляет срок службы лампы накаливания.
• Электроды посредством медных проводников соединяются с контактными площадками цоколя. Редко лампа накаливания снабжается собственным плавким предохранителем. Также внутри цоколя.

Глава 2.Составление елочной гирлянды

2.1.Задача

Семья Светловых решили встречать Новый год на даче. На участке росла прекрасная елка, и папа решил украсить ее электрической гирляндой. В сарае оказались аккумуляторная батарея с ЭДС  120В и внутренним сопротивлением 10Ом и большое количество электрических лампочек, рассчитанных на напряжение 10В и мощностью 10Вт. Движимый желанием сделать украшение наиболее эффективным, папа обратился к старшему сыну Александру, обучающемуся в электротехническом колледже, с просьбой рассчитать максимальное количество лампочек, которые при соединении в гирлянду будут гореть полным накалом? 

E,r

Решение. Александр сначала решил задачу, как можно наиболее эффективно использовать батарею, т.е. какую максимальную полезную мощность можно получить от нее (рис.1). При этом ему пришлось вспомнить некоторые сведения, полученные на занятиях по физике и электротехнике. Мощность, выделяемая на сопротивлении R, определяется законом Джоуля-Ленца: W=I2R  

рис.1

 

Где I-ток в цепи, который можно найти из закона Ома для полной цепи: I=E/R+r

Таким образом, выделяемая во внешней цепи мощность зависит от сопротивления R: E2R/(R+r)2 (1)

2.2.Функция и графики

Нарисуем примерный график функции W(R) и определим характер такой зависимой, ответив на следующие вопросы:

1)      Каков знак функцииW(R) при R>0;

2)      К какому пределу стремится W(R) при R→0;

3)      К какому пределу стремится W(R) при R→∞;

4)      Является ли функция W(R) непрерывной;

5)      Имеются ли у функции W(R)экстремумы при Rϵ(0;∞)
По этому графику очевидно, что при R>0 W>0, а при R→0 W→0 и при R→∞ W→0, т.е. функция имеет максимум при некотором Rопт (рис.2)

 

Рис.2

2.3.Начало математического анализа

Вычислим производную функцию W(R).

Т.к.  ясно, что в точке максимума W'(R)=0. Следовательно получаем

=0

т.е.     , a

Но Александр еще не изучал производную и попробовал преобразовать функцию. Функция W(R) зависит сложно от R, причем зависимость от R присутствует как в числителе, так и в знаменателе дроби. Можно упростить выражение (1), поделив числитель и знаменатель на R;

Ясно, что мощность W будет максимальной при минимальном знаменателе. Александр вспомнил, что есть неравенство о среднем арифметическом и среднем геометрическом.

2.4. Развитие понятия о числе

Неравенство о среднем арифметическом и среднем геометрическом.

Можно сформулировать важное следствие из неравенство о среднем арифметическом и среднем геометрическом: если произведение двух чисел равны друг другу. Это следствие как раз хорошо применимо к сумме, стоящей в скобках знаменателя, т.е. она будет минимальна, когда  , или R=r, и, следовательно, .

Подставив данные задачи, Александр определил, что максимальная полезная мощность, которую можно получить от батареи: 

Таким образом, максимальное число лампочек, которые могут гореть полным накалом,

Но как соединить эти 36 лампочек в гирлянду?

Александр вычислил, какие параметры обеспечивают горение лампочек полным накалом. По известным мощности и напряжению, на которые рассчитаны лампочки, из закона Джоуля-Ленца легко определяется сила электрического тока для полного накала лампочек  

Из закона Ома сопротивление нити накаливания лампочки в этом режиме:

И теперь надо решить задачу, как нужно соединить лампочки сопротивлением  каждая, чтобы общее сопротивление соединения R было равно r=10 Ом. Для того чтобы все лампочки горели полным накалом, их положение в электрической схеме соединения должно быть одинаковым

В общем случае схема соединения лампочек  таким образом показана на рис.3: m параллельных групп из n последовательно соединенных лампочек.

		n

 

Общее сопротивление такого соединения: 

Из условий R=r с учетом того, что , получаем m=n.

Общее число лампочек N=mn, а мы уже знаем, что , и m=n, тогда m=n==6

Таким образом, наиболее эффективная гирлянда поучится, если 6 групп из 6 последовательно соединенных лампочек параллельно подключить к батарее.

Заключение

В ходе исследования проекта мы изучили историю создания лампы и узнали много нового. Так как гирлянда является неотъемлемой частью городского и уличного интерьера, и освещения для магазинов и кафе, то тема актуальна в настоящее время. Таким образом знание полученные в ходе работы полезны.

Поставленная цель проекта достигнута.

Список литературы

1.       https://vashtehnik.ru/enciklopediya/lampa-nakalivaniya.html

2.       https://ikomek.kz/magazine/article/istoriya-lampy-nakalivan

3.       https://science.wikia.org/ru/wiki/Лампа_накаливания

4.       Учебное пособие. М.И.Башмаков. Математика Сборник задач профильной направленности 2012 г.

Краткое описание документа:

В современном мире используется светодиодные гирлянды.

В настоящее время по всему миру украшают городской и уличный интерьер.

В основном украшением и в тоже время освещением улиц, а также магазинов, кафе, кинотеатров является именно светодиодная гирлянда. Без светодиодных гирлянд не обходится ни один городской, уличный или домашний праздничный интерьер.

Целью моего проекта является рассмотрение, изучение и составление гирлянды.
Для реализации поставленной цели решаются следующие задачи:

• Изучитьисторию создания лампы.
• Дать определение лампы накаливания.
• Решить задачу для удачного составления гирлянды

Объектом исследования елочная гирлянда

Структура работы состоит из введения, 2 глав и заключения.