Glödlampors effektgrad och dess påverkan på samhället

Glödlampan förbjöds i EU den första september 2012 för att de hade för dålig effektgrad. Vi undersökte hur dålig den effektgraden var med en laboration där glödlampan skulle värma upp ett glas med rumstempererat vatten.

Anordningen såg ut såhär:
 
Teorin bakom glödlampan är att Eel = Evärme + Eljus

Experimentet gick ut på att lampan skulle värma vattnet i glaset och genom att mäta temperaturförändringen i glaset skulle kunna räkna ut hur mycket energi som gick åt till att värma vattnet och hur mycket energi som gick åt till att skapa ljus. Sedan kunde vi dividera hur mycket energi som gick åt till att skapa ljus med hur mycket energi som lampan behövde och på så sätt få fram en verkningsgrad för glödlampan. 

Eel  = U * I * t

U = 25 V 
I = 0,92 A
t = 180 s

25 V * 0,92 A * 180 s = 4140 J

Evärme = c * m * ΔT

ΔT = 5,3 ^oC  är temperaturförändringen 
m = 0,1 kg är vattnets vikt
c = 4180 J/kg^oC som är vattnets specifika värmekapacitet, energin som krävs för att värma ett kg vatten en grad. 

5,3 * 0,1 * 4180 = 2215,4 J 

Eljus = Eel - Evärme 

4140 J - 2215,4 J = 1924,6 J 

η är verkningsgraden som är: 
 nyttig energi / tillförd energi 

Detta ger:
η = Eljus / Eel = 1924,6 J / 4140 J = 0,46 = 46% 

Det innebär att 46% av energin går åt till att ge ljus enligt vårt experiment. Den verkliga verkningsgraden hos en glödlampa ligger runt 5% vilket är absurt lågt med tanke på att LED- lampor har en verkningsgrad på 80%. Med tanke på vilket energikrävande samhälle vi lever i är det inte konstigt att glödlampan blev förbjuden. Om energin inte kommer från återanvändbara källor från börja så är det inte bara slöseri med el utan även dåligt för miljön.   



 

Hur man mäter ström och spänning?

Ström är hur många elektroner som åker igenom ett tvärsnitt på en viss tid. Man mäter då hur många elektroner som passerar ett visst område på en viss tidsperiod.
  I=Q/t 
där I är strömmen som mäts i ampere, Q är laddningen på elektronerna gånger antalet elektroner (Q=N * e) och t är tiden i sekunder.  
Det kan man göra med en voltmeter som man kopplar för att kunna välja vilken typ av ström som ska användas samt vilken spänning som systemet ska ha. Spänning mäts i V och betecknas som U. Elektrisk spänning beskriver en skillnad i energipotential mellan två olika punkter i en krets. Den beskrivs som:
U=E/Q 
där E är energiskillnaden och Q är samma som ovan.     

   

Kopplingsschema

Vi testade och mätte sambandet mellan ström och spänning genom att koppla lampa som kopplingsschemat  ovan visar.  

Diagram 1

I kopplingsschemat framgår det att elen passerar en dator med programmet PASCO Capstone som registrerar den elektriska aktiviteten som visas i diagram 1 ovan. Där kan man då avläsa att när 6.81 V  så passerar en strömstyrka på 22.86 mA vilket är samma sak som 0,02286 A. Om vi vill räkna ut hur många elektroner som passerar genom lampan varje sekund gör man såhär:
t = 1 
I = 0,002286 A
Q =  I * t 
 -> 1 * 0,002286 = 0,002286 
e = 0,16 * 10^ -18 (elektronens laddning) 
N = antalet laddade partiklar 
Q = N * e 
-> Q / e = N 
-> 0,002286 / 0,16 * 10^ -18 = 14 287 500 000 000 000 
14 287 500 000 000 000 st elektroner passerar genom lampan varje sekund!