Katarzyna Wcisło 14.11.2012 r.

Pomiar natężenia światła

Wyznaczanie widma promieniowania różnych źródeł światła

1. Wstęp:

• Źródła światła – najczęściej są to ciała stałe posiadające wysoką temperaturę, np.: Słońce, gwiazdy, roztopione metale, itp. Właściwości promieniowania przez nie wysyłanego zmieniają się wraz z ich temperaturą,

• Światło – fala energetyczna przenosząca energię za pośrednictwem rozchodzących się zmiennych pól elektrycznych i magnetycznych. Jej źródłem może być prąd zmienny w przewodniku czy ruch drgający jonów. Charakteryzuje ją wzór:

V=λ^.v

V – prędkość rozchodzenia się w ośrodku (V=c=2,99^.10⁸ms^-1)

λ – długość fali,

v – częstotliwość oscylacji.

• Widmo promieniowania – określa ilościowy rozkład całkowitego promieniowania na fale o różnych długościach. Dzieli się na elektromagnetyczne zakresy: fale radiowe 10^-4–10⁴m, fale optyczne 10^-9–10^-4m, podczerwień 750 nm–20 mm, fale widzialne 350–750 nm, nadfiolet 1–350 nm, promieniowanie Roentgena 10^-12–10^-9m, promieniowanie gamma 10^-14–10^-12m

• Światło (promieniowanie) w kategoriach korpuskularnych traktujemy jako rozchodzące się porcje energii (kwanty promieniowani lub fotony:

E=hv=h$\frac{c}{}$

E – energia promieniowania,

v – częstotliwość,

h – współczynnik proporcjonalności pomiędzy E a v (h=6,626^.10^-34Js–stała Plancka).

• Filtr – płytka przepuszczająca światło w pewnym zakresie długości fal. Występują w różnej jakości. Jedne przepuszczają światło w szerszym zakresie, inne w węższym.

• Fotometria – dział optyki zajmujący się oceną źródeł światła pod względem ich zdolności do oświetlania przedmiotów. Jednostką intensywności oświetlenia jest luks [lx],

• Radiometry – mierniki pozwalające scharakteryzować natężenie światła. Mierzą całkowitą energię promieniowania $\left\lbrack \frac{W}{m^{2}} = \frac{J}{m^{2\ }s} \right\rbrack$,

• Kwantometr – rodzaj radiometru, pozwalający zmierzyć gęstość strumienia fotonów.

1. Wykonanie:

• Użycie układu pomiarowego (źródło światła–żarówki: przeźroczysta 40W, czerwona 40W, niebieska 40W, zielona 60W, świetlówka: 20W, filtry barwne: 390, 430, 490, 525, 580, 650, 670, kwantometr–w tym przypadku fitofotometr czuły w zakresie 400–700 nm)

• Wyznaczenie widma promieniowania żarówek i świetlówki w zakresie 420–670 nm przy pomocy filtrów barwnych:

• Ustawienie przyrządu z odpowiednim filtrem pod źródłem światła odpowiedniej barwy,

• Powtarzanie czynności ze źródłem światła innej barwy.

• Wykreślenie widma promieniowania poszczególnych źródeł światła,

• Obliczenie strumienia energii każdego źródła światła na podstawie gęstości strumienia fotonów poszczególnych długości fal dla wybranej długości fali.

• Sprawdzenie zależności pomiędzy odległością od źródła światła a natężeniem promieniowania.

1. Wyniki:

Wiązka światła	Długość fali [nm]	Gęstość strumienia fotonów [μmol/m^2s]	Strumień energii [Jm^-2s^-1]
Niebieska	525	9,33	2,128
Zielona	525	6,33	1,444
Czerwona	525	0	0
Żółta	525	1,00	0,299
Biała	525	1,00	0,299
LED	525	5,67	1,293

E_n = 9,33  •  6,023  •  10¹⁷m^-2s^-1$\ \bullet \ \frac{6,626\ \bullet \ 10^{- 34\ }\text{Js}\ \bullet \ 3,0\ \bullet \ 10^{8\ }\text{ms}^{- 1}}{525\ \bullet \ 10^{- 9}m}\ $ = 2,128 Jm^-2s^-1

E_z = 6,33  •  6,023  •  10¹⁷m^-2s^-1$\ \bullet \ \frac{6,626\ \bullet \ 10^{- 34\ }\text{Js}\ \bullet \ 3,0\ \bullet \ 10^{8\ }\text{ms}^{- 1}}{525\ \bullet \ 10^{- 9}m}\ $ = 1,444 Jm^-2s^-1

E_cz = 0,33  •  6,023  •  10¹⁷m^-2s^-1$\ \bullet \ \frac{6,626\ \bullet \ 10^{- 34\ }\text{Js}\ \bullet \ 3,0\ \bullet \ 10^{8\ }\text{ms}^{- 1}}{525\ \bullet \ 10^{- 9}m}\ $ = 0 Jm^-2s^-1

E_ż = 1,00  •  6,023  •  10¹⁷m^-2s^-1$\ \bullet \ \frac{6,626\ \bullet \ 10^{- 34\ }\text{Js}\ \bullet \ 3,0\ \bullet \ 10^{8\ }\text{ms}^{- 1}}{525\ \bullet \ 10^{- 9}m}\ $ = 0,299 Jm^-2s^-1

E_b = 1,00  •  6,023  •  10¹⁷m^-2s^-1$\ \bullet \ \frac{6,626\ \bullet \ 10^{- 34\ }\text{Js}\ \bullet \ 3,0\ \bullet \ 10^{8\ }\text{ms}^{- 1}}{525\ \bullet \ 10^{- 9}m}\ $ = 0,299 Jm^-2s^-1

E_LED = 5,67  •  6,023  •  10¹⁷m^-2s^-1$\ \bullet \ \frac{6,626\ \bullet \ 10^{- 34\ }\text{Js}\ \bullet \ 3,0\ \bullet \ 10^{8\ }\text{ms}^{- 1}}{525\ \bullet \ 10^{- 9}m}\ $ = 1,293 Jm^-2s^-1

1. Wnioski:

• Gęstość strumienia fotonów ma wpływ na strumień energii,

• Im większa gęstość strumienia fotonów tym większy strumień energii.