Opiekun: dr Piotr Biegański |
Imię Nazwisko:
Joanna Szmidt Wydział/kierunek:
Inżynieria Środowiska |
|
Temat: Pomiary fotometryczne |
Nr ćwiczenia: 70 |
|
Termin wykonania ćwiczenia: |
Termin oddania sprawozdania: |
Ocena:
|
Wstęp:
Natężenie źródła światła I (światłość) jest miarą energii świetlnej źródła, wysłanej w jednostce czasu w obręb jednego kąta bryłowego. Jednostka natężenia światła jest 1 kandela (1 cd). Miarą ilości energii świetlnej wysłane w jednostce czasu jest strumień świetlny (Φ). Jednostką strumienia świetlnego jest lumen (1 lm).
Natężenie oświetlenia (E) jest miarą mocy energii świetlnej przypadającą na jednostkę oświetlonej powierzchni. Dla źródła punktowego zależność oświetlenia powierzchni E od kąta α, pod jakim pada na nią światło, oraz odległości r powierzchni od źródła światła, wyraża prawo Lamberta:
.
W fotometrii żarówkę charakteryzuje współczynnik sprawności świetlnej źródła η, będący stosunkiem natężenia źródła światła I do mocy M pobieranej przez żarówkę (cd/W):
Wyniki pomiarów:
1.) Wyznaczamy zależność natężenia oświetlenia E od odległości r między fotoogniwem a źródłem światła.
∆i=
∆E=
r |
∆r |
i |
∆i |
I |
∆I |
E |
∆E |
∆E/E |
[cm] |
[cm] |
[μA] |
[μA] |
[cd] |
[cd] |
[lx] |
[lx] |
[%] |
30 |
0,1 |
102 |
1,5 |
16,5 |
0,5 |
183,3 |
6,8 |
3,6 |
35 |
|
79 |
|
|
|
134,7 |
4,9 |
3,6 |
40 |
|
60 |
|
|
|
103,1 |
3,7 |
3,5 |
45 |
|
47 |
|
|
|
81,5 |
2,9 |
3,5 |
50 |
|
35 |
|
|
|
66 |
1,3 |
3,4 |
55 |
|
25 |
|
|
|
54,5 |
1,9 |
3,4 |
60 |
|
20 |
|
|
|
45,8 |
1,6 |
3,4 |
65 |
|
16 |
|
|
|
39,1 |
1,4 |
3,4 |
70 |
|
13 |
|
|
|
33,7 |
1,2 |
3,4 |
Można przyjąć że wykres i=f(E) jest liniowy. Dla dość dużych oraz dość małych odległości pomiary były mniej dokładne(powinniśmy przyjąć większą niepewność pomiaru ), dlatego wykres nie wyszedł dokładnie liniowy.
2.) Wyznaczamy zależność natężenia oświetlenia E od kąta padania α światła na powierzchnię fotoogniwa:
r |
∆r |
αl/p |
il |
ip |
i |
∆i |
I |
∆I |
E |
∆E |
∆E/E |
[cm] |
[cm] |
[°] |
[μA] |
[μA] |
[μA] |
[μA] |
[cd] |
[cd] |
[lx] |
[lx] |
[%] |
30 |
0,1 |
30 |
90 |
90 |
90 |
1,5 |
16,5 |
0,5 |
158,8 |
5,9 |
3,7 |
|
|
45 |
65 |
65 |
65 |
|
|
|
129,6 |
4,8 |
3,7 |
|
|
60 |
45 |
45 |
45 |
|
|
|
91,7 |
3,4 |
3,7 |
|
|
90 |
4 |
0 |
2 |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
3.) Wyznaczamy sprawność świetlną η żarówki w zależności od pobieranej mocy P:
Px = uż ⋅ iż
gdzie :
=16,5 cd ; r=30cm
rx |
∆ rx |
Uż |
∆Uż |
Iż |
∆Iż |
Px |
∆Px |
Ix |
∆Ix |
η |
∆η |
[cm] |
[cm] |
[V] |
[V] |
[A] |
[A] |
[W] |
[W] |
[cd] |
[cd] |
[cd/W] |
[cd/W] |
10 |
0,1 |
5,84 |
0,01 |
1,21 |
0,01 |
7,066 |
0,071 |
1,833 |
0,037 |
0,735 |
0,015 |
20 |
|
7,96 |
|
1,43 |
|
11,383 |
0,094 |
7,333 |
0,074 |
1,327 |
0,014 |
25 |
|
8,91 |
|
1,51 |
|
13,45 |
0,11 |
11,458 |
0,092 |
1,608 |
0,014 |
30 |
|
9,71 |
|
1,58 |
|
15,34 |
0,12 |
16,51 |
0,11 |
1,899 |
0,014 |
35 |
|
10,76 |
|
1,66 |
|
17,86 |
0,13 |
22,46 |
0,13 |
2,123 |
0,013 |
40 |
|
11,48 |
|
1,73 |
|
19,86 |
0,14 |
29,33 |
0,15 |
2,394 |
0,013 |
45 |
|
12,31 |
|
1,80 |
|
22,16 |
0,15 |
37,13 |
0,17 |
2,631 |
0,013 |
Wnioski i uwagi:
Na podstawie wyników pomiaru zależności natężenia oświetlenia E od odległości r między fotoogniwem a źródłem światła mogę stwierdzić że natężenie oświetlenia jest odwrotnie proporcjonalne do odległości r. Warto zauważyć, że błąd bezwzględny wyznaczony za pomocą różniczki logarytmicznej także zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości ( co w naszym przypadku było złudne).
Z charakterystyki świetlnej fotoogniwa wynika, że prąd fotoelektryczny zależy od natężenia oświetlenia liniowo (w przybliżeniu)
Na podstawie wyników podczas wyznaczenia zależności natężenia oświetlenia E od kąta padania α światła na powierzchnie fotoogniwa można stwierdzić, że natężenie oświetlenia zmniejsza się wraz ze wzrostem kąta padania.
Możemy zauważyć że współczynnik sprawności świetlnej żarówki rośnie liniowo wraz ze wzrostem pobieranej mocy.
Błędy wynikają między innymi z niedoskonałości oka ludzkiego, któremu trudno jest uchwycić jednakowe oświetlenie. Trudno było też dokładnie ustawić głowicę fotometru, aby było jednakowe oświetlenie. Na błędy miały też wpływ niepożądane źródła światła od lampek przy stanowiskach pomiarowych.
Błędy zostały policzone metodą różniczki logarytmicznej i zostały umieszczone na wykresach jako słupki błędów.