En Glödlampa – verkningseffekt & Hållbar Utveckling

2012 förbjöd EU vanliga glödlampor, varför? Dem tyckte att glödlampan inte var tillräckligt energieffektiva för att användas. Men hade de rätt?

Vi gjorde ett experiment där vi sänkte ner en glödlampa i vatten. I vattnet hade vi en termometer med hjälp av termometern kunde vi se hur temperaturen ändrades i vattnet. Vi mätte vattnets temperatur och förde sedan vi ner lampan i vattnet under 3 min. Efter 3 minuter rörde vi om och vi kunde se hur mycket varmare vattnet hade blivit.

Bild 1. Graf över temperaturen i vattnet.

Som man kan se i grafen ökar temperaturen i vattnet dramatisk vid 180 sekunder, vid 180 sekunder tog vi nämligen upp glödlampan och rörde om i vattnet. När vi gjorde det kom termometern åt det vattnet som varit precis vid lampan och därför blivit varmast.  Vi räknade ut temperaturändring i vattnet och det kunde då säga oss hur mycket av den energin (el) som vi tillförde som hade blivit till värme och hur mycket som hade blivit till ljus.  När man räknar ut hur mycket energi som blivit till det önskade ändamålet för vi något som vi kallar för verkningsgrad.

Så här räknade vi ut verkningsgraden för glödlampan;

Spänning: 25,03 V                  Ström: 0,94 A                                 Tid: 3 min = 180 s

E = U × I × t                      joules lag; energiändringen = spänning × ström × tid

E = 23,03 × 0,94 × 180 J/C × C/s × s = 3896,676 J ≈ 3,9 kJ              <- tillförd energi

Starttemperatur: 22,15°C                 Sluttemperatur: 28,21°C  

Temperaturförändring (ΔT): 6,06°C

 Specifik värmekapacitet                               Massa

c = 4180 J/kg°C                                             m = 0,1 kg

Energiändring i värme

E_v = c × m × ΔT                         

E_v = 4180 × 0,1 × 6,06 J/kg°C × kg × °C = 2533,08 J ≈ 2,5 kJ  <- värmeenergi

E_l = E - E_v = 3896,676 J - 2533,08 J = 1363,596 J                    <- nyttig energi, ljus

Verkningsgrad, η = nyttig energi/tillförd energi

                      η = 1363,596/3896,676 J/J = 0,3499... ≈ 0,35 = 35 %

Resultatet i experimentet visar att verkningsgraden för glödlampan är 35%, av den energin som vi tillförde var det bara 35% som blev till ljus, resten blev till värme. Detta är dock inte helt sant, verkningsgraden för en glödlampa ligger normalt på 5 %. Vi fick ett högre resultat eftersom att vi inte kunde mäta all värme som utvecklades. När vi mätte värmen, fick vi bara den värme som utvecklades vid glaskupan, all värme som utvecklades vid lampfot osv fick vi inte med i våra mätvärden.  Därför vi en högre verkningsgrad.

Glödlampan är väldigt ineffektiv i användning av energi och det var därför den förbjöds. Den nya led- lampan har 75 % i verkningsgrad och är därför mycket mer energismart. EU beslut om att förbjud glödlampan är därför befogat om vi ska kunna utveckla livet på jorden.

Idag lever väldigt få människor med den el-energistandard som vi i Sverige är vana vid, om fler ska kunna göra det måste vi hitta lösningar som tillvara tar energin bättre, LED-lampan är därför ur miljösynpunkt en bättre lösning. 

En tolkning ström och spänning

-hur man mäter och vad det betyder

Inledning;

Ofta mäter man spänning och ström, men vad är det vi mäter?

I vår laboration mätte vi strömmen genom lampan och spänningen över lampan.

Material och utförande:

För att mäta strömmen och spänningen använde vi en lampa, som var kopplad till en spänningslåda. Spänningslådan kopplade vi till ett eluttag och från eluttaget kunde vi få ström och med hjälp av spänningslådan kunde vi kontrollera hur mycket ström som gick ut i lampan.  Spänningslådans pluspol kopplas direkt till lampan men spänningslampans minuspol kopplades via en amperemätare till lampan.  Även en voltmeter kopplades in. Amperemätaren och kopplades till voltmetern och datorn och där kördes programmet Pasco Capestone för att samla in information och spänningen och strömmen.  Allt kopplades samman enligt nedan:

Kopplingsschema över instrument uppställningen.

Bild över instrument uppställningen.

  

Resultat & tolkning:

Ovan visas graf över sambandet mellan ström och spänning.

I grafen ovan visas strömmen på y-axeln och spänning på x-axeln. Ur grafen ovan kan ett linjärt (mer eller mindre) samband finnas mellan spänning och ström. Ökar spänningen ökar strömmen.

I punkten (5,43;0,02) (tabell data 82) ser vi att spänningen är 5,43 volt och strömmen är 0,02 ampere. 

Med spänning (U) mäter man ändring i energiinnehålls ändring genom varje laddningsenhet, d.v.s. en elektron,

Ovan visas tabellen till grafen.

U= ΔE/Q                              ΔE- energiändring                    Q- laddning

          

Energiändringen är energin som en laddning tappar när den färdas i elektriskt fält. I denna labb var fältet i sladdarna, man kan alltså säga att spänningen är den energi varje elektron tappar när den färdas i sladdarna.

Strömmen (I) är ett mått på hur stor laddning som varje sekund passerar genom ett tvärsnitt i kretsen.  Laddningen Q motsvaras av alla elektroner, strömmen blir då alla elektroner som rör sig i en viss punkt i kretsen under 1 sekund.

I = Q/t                              t - tid i sekunder

Genom att veta strömmen kan man beräkna hur många elektroner som färdades genom punkten, eftersom att en elektron alltid har laddningen 0.16 aC. I punkten ovan ser vi att vi hade 0,02 ampere vilket är samma sak som 0,02 C/1 sek.

Antalet elektroner är då

Q = N e                        N- antal elektroner                              e – elementärladdningen

Q/e = N

0,02/0,16 aC = 0,125  10^18 st

 

è  125 000 000 000 000 000 st elektroner passerar genom ett tvärsnitt av kretsen varje sekund.