ZÁVĚREČNÁ ZPRÁVA ZE ŠKOLNÍHO PŘÍRODOVĚDNÉHO PROJEKTU
Základní škola a Mateřská škola Bílovec, Komenského 701/3, příspěvková organizace
Vliv umělých zdrojů světla na živočichy a rostliny Pavla Čapková, Denisa Bergrová, třída 9.A Lektor : Mgr. Zdeněk Malčík
Vytvořeno v rámci projektu “Podpora inovativních metod a forem výuky přírodovědných předmětů na základních školách”, reg. č. CZ.1.07/1.1.24/01.0138
Úvod Denisa Bergrová: Náš učitel fyziky Mgr. Zdeněk Malčík nás oslovil, jestli se nechceme podílet na celoročním projektu. Museli jsme se dost domlouvat na dni, kdy bude kroužek. Máme v odpoledních hodinách spoustu dalších aktivit. Domluvili jsme se na úterý. Pavla Čapková: Zpočátku mě název výzkumu moc nezaujal, ale s postupem času byla práce čím dál zajímavější. Skoro celý rok s námi v kroužku pracoval Petr Lenhard. Bohužel v květnu, kdy jsme začali zpracovávat výsledky, přestal docházet. Zdeněk Malčík: Na nástěnku fyziky jsem na počátku roku vyvěsil velký plakát, že hledám účastníky celoročního projektu. Žádný dobrovolník se nepřihlásil. Musel jsem oslovit více žáků. Málo jich však mělo čas pracovat po celý rok.
Cíl práce a použité metody Denisa Bergrová: Náš cíl je prostý, chceme praktickým výzkumem a měřením dokázat, jak různé druhy žárovek ovlivní jednoduché rostlinné a živočišné organismy. Zdeněk Malčík: Žáci pochopí až později, že si pomocí moderních vzdělávacích pomůcek vyzkoušeli skutečnou vědeckou práci. Že na výzkum je nutné se teoreticky připravit a výsledky své práce kvalitně prezentovat a shrnout v závěrečné zprávě. Že si pomocí výzkumné metody zafixovali vědomosti a dovednosti, které se jim na následných studiích i v životě budou hodit.
Teoretická část 1.
Možnost využití čidel Vernier a převodníku Ed Lab .
Denisa Bergrová: Jako první jsme se seznamovali s různými měřidly. Museli jsme vědět, jak který funguje a v kterých jednotkách se měří. Naše úplně první měření bylo s Luxmetrem. Úkol byl, jak barevné papíry pohlcují světlo. Který víc a který míň. Na stojan jsme svítili lampičkou a měřili jsme to luxmetrem. Stojan jsme vyrobili z kusu železa, co měl pan učitel ve stole a z mé gumičky na vlasy tak, aby se stojan ani luxmetr moc nehýbali. Poté, co byl stojan hotov se do notebooku nainstaloval program Ed Lab a posléze byl spuštěn. Ed Lab je skvělý. Poprvé jsme do něj zapojili luxmetr na měření světla a na interaktivní tabuli se nám ukazoval graf. Graf se různě pohyboval podle toho, jak jsme ve stojanu měnili barevné papíry. Nakonec jsme podle grafu určili, že černý papír pohlcuje světlo nejvíc a bílý nejmíň.
Ed Lab – foto Zdeněk Malčík Měření intenzity osvětlení – foto Denisa Bergrová
Luxmetr – foto Zdeněk Malčík
Další čidla, která jsme vyzkoušeli, byla: Ampérmetr – foto Zdeněk Malčík
Voltmetr – foto Zdeněk Malčík
Infrateploměr – foto Zdeněk Malčík
Dotykový teploměr – foto Zdeněk Malčík
2.
Typy a principy používaných úsporných žárovek
Pavla Čapková: „ve fyzice jsem předváděla prezentaci na toto téma. Informace jsme využili i v našem výzkumu. Od pana učitele taky vím, že správnější pojem pro úspornou žárovku je zářivka. Texty jsem převzala z různých zdrojů na internetu pomocí vyhledávače Google“. Halogenová žárovka je speciální druh žárovky, u které se dosahuje vyšší teploty vlákna (a tedy vyšší světelné účinnosti a bělejšího světla) a/nebo delší životnosti tím, že se do atmosféry uvnitř baňky přidá sloučenina halového prvku (halogenu, např. bromu nebo jodu). Oproti běžným žárovkám nemá na jejich životnost vliv ani časté vypínání a zapínání. V žárovce probíhá tzv. halogenový cyklus, kde se při vysoké teplotě vypařující wolfram slučuje a rozpadá např. s bromem. Díky tenzi wolframových par v blízkosti vlákna se omezuje jeho vypařování výsledkem je delší životnost a zvýšení světelného toku (měrný zářivý výkon až 20 lm/W). U halogenových žárovek je použito křemenné sklo kvůli značně vyšším teplotám (min. 250 °C). Halogenová žárovka – foto Zdeněk Malčík
¨
Jak funguje úsporná žárovka? V takové žárovce se nejprve dějí kejkle se vstupním napětím tak, aby se elektrický proud mohl nahnat do nízkotlakové trubice, ve které je pod nízkým tlakem směs ionizovaných plynů a rtuťové páry. Jak proud prochází změtí plynu, vydává UV záření. To dopadá na luminofor (další partička podivných prvků), který dokáže ze spektra vytvořit dojem, že úsporná žárovka svítí bíle. No, nebo tak nějak. K tomu, aby to všechno svítilo, je zapotřebí dát dohromady PVC, polyetylén, skelné vlákno, umělou pryskyřici, cín, křemík, wolfram, rtuť, měď, ocelový plech, yttrium, europium, baryum, argon, stroncium, vápník a celé to schovat do bizarní skleněné baňky. No, teď víme proč úsporné žárovky spoří elektřinu i to, proč jsou tak drahé.
Úsporná zářivka – zdroj Wikipedie
U LED žárovek je hlavním materiálem kov (53 %), použitý především na chlazení, následují obvody (20 %) a plasty (13 %). Hodnocení poměru množství materiálu na jeden lumen světla a náročnosti jeho recyklace vyznívá v neprospěch LED zdrojů světla, které při stejné svítivosti potřebují mnohem více materiálu; navíc zčásti velmi obtížně recyklovatelného, zejména elektrických obvodů. Led žárovka OSRAM - foto Zdeněk Malčík
Klasické žárovky vyzařují světlo wolframovým vláknem, které je rozžhavené průchodem elektrického proudu. Jsou u nich velké ztráty teplem. Klasické žárovky - foto Zdeněk Malčík
Tabulka srovnání používaných žárovek – zdroj ihned.cz
3.
Živočichové a rostliny ve výzkumu
Zdeněk Malčík: „V teráriu v učebně přírodopisu se na konci února namnožili plži rodu Achatina. Díky tomu jsme měli dostatek biologického materiálu pro výzkum. Do každé referenční osvětlené komory bylo vloženo 8 plžů. S obilím to bylo mnohem jednodušší. Byla zakoupena pšenice neznámého druhu“. Oblovka žravá (Achatina fullica) - zdroj Wikipedie
Pšenice neznámého druhu – foto Zdeněk Malčík
Praktická část 1.
Hypotézy výzkumu
Na začátku ledna jsme si stanovili teoretické předpoklady výzkumu: 1. Je pravda, že výrobce udává správné parametry na obalu žárovky. (příkon-5W,intenzita osvětlení-lumeny) 2. Vyplatí se koupit úspornou žárovku do domácnosti. 3. Studené světlo zářivky bude zpomalovat růst plžů rodu Achatina. 4. Vysoká intenzita světla led žárovky bude vadit plžům, tím zpomalí růst. 5. Růst plžů světlo neovlivní, přírůstky záleží na genetické výbavě jedince. 6. U větší intenzity světla (LED) poroste obilí rychleji. 7. Nejteplejší žárovka (halogen) způsobí nejrychlejší růst. 8. Růst neovlivní ani jedna z žárovek.
2.
Praktická měření
2.1
Měření příkonu žárovek
Zdeněk Malčík: Nákup žárovek byl velmi problematický. Z bezpečnostních důvodů jsme museli použít nízkonapěťové žárovky se stejným příkonem. Požadavek stejného příkonu se stal další komplikací. Úsporná zářivka s nízkým napětím 12 V a příkonem 5W se na trhu vůbec nevyskytla. Nakonec se povedlo sehnat baterku do stanu, ve které byla i požadovaná zářivka, bohužel s napájecím napětím 6V. Rovněž problematické bylo sehnat klasickou žárovku s potřebným příkonem. Proto jsme použili k osvětlení žárovky čtyři, potom byl příkon srovnatelný. Úsporná zářivka v baterce – foto Zdeněk Malčík
Obal LED žárovky a halogenové žárovky - foto Zdeněk Malčík
Denisa Bergrová: Jako první jsme do obvodu s žárovkami připojili ampérmetr a voltmetr a změřili proud a napětí na žárovkách. Elektrický příkon jsme vypočetli pomocí vzorce P=U.I. Mírná nepřesnost v měření vznikla maximálním rozsahem ampérmetru Vernier 10V. Přesto jsme naměřili větší příkon, než uvádějí výrobci.
Tabulka Příkon žárovek Typ žárovky
El. napětí (V)
El. proud (A)
Příkon (W)
Halogenka
9,98
0,58
5,8
Klasická
9,98
0,52
5,2
LED
9,98
0,67
6,7
Zářivka
9,98
0,20
2
Graf měření příkonu Halogen žárovky
2.2
Hodnocení úspornosti žárovek
Pavla Čapková: Hned na začátku měření nás zarazila vysoká teplota zapojených žárovek. Nečekali jsme tak vysokou teplotu LED žárovky. Na její objímce nešla udržet ruka. Museli jsme si dát pozor na upevnění v krabicích, aby nevznikl požár. Paní uklízečka nám je nikdy přes noc nenechala svítit.
Typ žárovky
Příkon (W)
Teplota-povrchu (°C)
Halogenka
5.8
98.7
Klasická
5.2
43.3
Zářivka
2
35.7
LED
6.7
49.5
Denisa Bergrová: Při měření intenzity osvětlení pro mě nebyla velkým překvapením vysoká intenzita LED. Světlo bylo velmi ostré.
Typ žárovky
Intenzita osvětlení (lux)
Halogenka
700
Klasická
400
Zářivka
400
LED
9500
Graf měření intenzity osvětlení halogenky
Graf měření intenzity osvětlení LED žárovky
Zdeněk Malčík: Hodnověrné srovnání lze učinit pouze u Halogen x LED, kde jsme měli potřebné údaje. Při měření intenzity osvětlení měla velkou výhodu ledka, protože je koncipována jako reflektor a nedocházelo tak k rozptylu světla, jako u halogenky. Při hodnocení, kterou koupit, bych se přikláněl k údajům výrobce.
Osvětlení Životnost Počet Teplota Pořizovací Cena Intenzita udávané Příkon (údaj sepnutí povrchu cena pro provozu za Typ žárovky osvětlení výrobcem (W) výrobce (výrobce) (°C) 25000 hodin 25000 hodin (lux) (lm) v hod.) provozu(Kč) (1kWh=5Kč) 700
55
5,8
4000
Více než milion
98,7
Halogenka LED
9500
230
6,7
25000
100000
49,5
Srovnání LED:halogen
13,6x více
4,2xvíce
6,25xvíce
31x6,25=194 145x4,2=609 (stejné osvětlení) 365
168
10xméně 2xméně Led dražší o 171Kč
Při stejném osvětlení za dobu životnosti 25000 tj. za 25 let (kdy svítí 2,7 hod/den) hodin ušetří naše LED žárovka 609 – 168 = 441 Kč. Po odečtení pořizovací ceny 441 – 171 = 270 Kč. Pro domácnost s celkovým příkonem žárovek 500 W ušetříme 27000 Kč.
2.3
Vliv žárovek na plže rodu Achatina
Denisa Bergrová: S naším projektem s plži rodu Achatina , jsme se dostali až na konci ledna, protože jsme si museli určit, co vlastně budeme dělat, co k tomu budeme potřebovat, co budeme měřit, jak budeme měřit a museli jsme najít a koupit žárovky. Což trvalo déle, než jsme mysleli. Určili jsme si plán. Poté co jsme vše měli nakoupeno, jsme plže museli dát do úplně temné nádoby, která nepropouští světlo, aby byl náš projekt co nejpřesnější. Začali jsme se sehnáním materiálu. Domluvili jsme se, že krabice z dřevotřísky budou asi nejlepší, protože jsou pevné a navíc máme takový materiál ve škole a nemusíme za něj platit. Sehnat materiál bylo těžší, ale zvládli jsme to a zanedlouho jsme už stloukali 5 stran krabice dohromady. Nebylo to vůbec jednoduché! Když byly 4 krabice o 5 stranách hotové, začali jsme do vrchní strany krabic ,které nebyly stlučené ke krabici vyřezávat díry velikosti našich žárovek ( LED , zářivka , klasická , halogenka ).
Výroba referenčních komor – foto Denisa Bergrová
Když bylo všechno hotovo a krabice dodělány i s vrchním otvorem na žárovku, vložili jsme do krabic několik sáčků a navlhčený substrát pro plže. Do každé krabice jsme vložili 10 malých plžátek :D a začali jsme s projektem. Měření začalo 18. března. Měřili jsme co 14 dní. Krmili jsme po 2 dnech. Pokaždé jsme dali plžům stejnou dávku jídla (měřili jsme na váze v gramech). Každých 14 dní jsme všechny vytáhli z krabice a položili na váhu, zvážili, zapsali a vrátili zpátky. Projekt se vyvíjel až do 13. května, kdy jsme museli projekt ukončit , protože se nám někteří plži navzájem požrali.
Graf Váhové přírůstky plžů 18. 3. – 13. 5. 2014
Zdeněk Malčík: Od 17. dubna do 21. dubna byly Velikonoční prázdniny a svátky. Plžům se nesvítilo. Z grafu je patrná velká závislost na osvětlení v komoře s halogenovou žárovkou. U klasických žárovek je závislost na světle nejmenší, přírůstky hmotnosti jsou nejplynulejší.
Print Screen z odběru plžů – video Denisa Bergrová
2.4
Měření růstu obilí
Pavla Čapková: Po plžích jsme do krabic nasadili obilí. Hlína byla dobře pohnojená, takže obilí mělo skvělé podmínky. Jen jsme nečekali, že vyroste tak rychle. Druhý den po zasazení už byly vidět klíčky. Jako první vyklíčilo obilí, které bylo osvětleno LED žárovkou a hned po nich s halogen žárovkou, protože mělo teplo a světlo. Zatímco u zářivky a klasické žárovky bylo málo světla a tepla. Prvně jsme si mysleli, že LED žárovka vysuší hlínu a s ní i klíčky, ale mýlili jsme se. Zdeněk Malčík: Po třech dnech mě čekalo velké překvapení. Když jsem ráno zapínal žárovky, všiml jsem si, že víka komor nedoléhají. Pšenice je silně zvedala. Přírůstky pšenice po třech dnech – foto Zdeněk Malčík
Srovnání délky obilí – foto Zdeněk Malčík
Závěr Odpovědi na hypotézy: 1. Je pravda, že výrobce udává správné parametry na obalu žárovky. (příkon-5W,intenzita osvětlení-lumeny) Ano. Významnější odchylka naměřena u příkonu LED žárovky (naměřeno 6,7 W, výrobce deklaruje 5W). 2. Vyplatí se koupit úspornou žárovku do domácnosti. Ano. Úspora je významná po delším časovém období. 3. Studené světlo zářivky bude zpomalovat růst plžů rodu Achatina. Nelze říci jednoznačně. Pomalejší růst plžů (viz graf Váhové přírůstky)mohl být způsoben nižším příkonem zářivky. 4. Vysoká intenzita světla led žárovky bude vadit plžům, tím zpomalí růst. Ne. Naopak. Ve tmě o Velikonocích se výrazně zpomalil růst. 5. Růst plžů světlo neovlivní, přírůstky záleží na genetické výbavě jedince. Ne. Světlo se významně podílí na růstu. Různé druhy žárovek znamenaly různý růst jedinců. 6. U větší intenzity světla (LED) poroste obilí rychleji. Ano. Měřením růstu obilí jsme prokázali závislost na druhu i intenzitě světla. 7. Nejteplejší žárovka (halogen) způsobí nejrychlejší růst. Ne. Nejrychlejší růst plžů i pšenice jsme zaznamenali u LED žárovky. 8. Růst neovlivní ani jedna z žárovek. Ne. Živočichové i rostliny byly ovlivněny druhem i intenzitou osvětlení.
Pavla Čapková: Těším se na hory. Bylo to super .Byl to super projekt Denisa Bergrová: Jsem ráda, že jsem mohla být součástí tohoto projektu. Je to pro mě nová zkušenost, kterou budu moct někdy v budoucnu využít. Nejvíc mě bavilo pracovat s čidly a vyrábět krabice pro plže. Chvíli jsem sice myslela, že s projektem skončím, ale nakonec jsem ráda, že jsem to neudělala. Moc se těším na pobyt v horách představuji si, jak před lidmi prezentujeme s Pavlou prezentaci a jak moc se to všem líbí.
Použité informační zdroje Text halogenová žárovka: cs.wikipedia.org/wiki/Halogenová_žárovka Text úsporná zářivka: www.trideniodpadu.cz/trideniodpadu.cz/Usporne_zarovky.html Obrázek úsporná zářivka: http://www.unishop.cz/ishop/galerie/v/44/614.jpg Text LED žárovka: www.dtest.cz › Články › Testy › Domácnost Tabulka srovnání žárovek: http://img.ihned.cz/attachment.php/220/41708220/4obtNCvlQdRVrc257pPMTzknFiuL0UHS/ele.j pg Obrázek Oblovka žravá: http://cs.wikipedia.org/wiki/Oblovka_%C5%BErav%C3%A1