Jarosław Chodkiewicz 16.05.2000r.
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 43
Wyznaczanie zdolności pochłaniania światła przez szkło o zmiennej grubości.
Sprawdzanie graficznie prawa pochłaniania.
1.Zagadnienia wstępne
Podstawową wielkością fotometrii wizualnej jest natężenie źródła światła I, czyli światłość. Jednostką światłości w układzie SI jest kandela [cd]. Kandela jest światłością, która ma w kierunku prostopadłym pole 1/600000 części metra kwadratowego ciała doskonale czarnego, promieniującego w temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem jednej atmosfery. Luminacja {jasność} jest określana jako stosunek natężenia źródła światła do pola rzutu powierzchni emitującej promieniowanie na powierzchnię prostopadłą do kierunku rozchodzenia się promieniowania (światła).
gdzie α-kąt jaki tworzy z kierunkiem rozchodzenia się światła normalna do elementu powierzchni ds., na którą pada światło.
Jednostką luminacji jest kandela na metr kwadratowy
Elementarny strumień światła d∅ wysyłany poza punktowe źródło światła o natężeniu I w kąt przestrzenny dω wynosi: d∅=Idω.
Jednostką strumienia jest lumen [ln]
1ln= 1cd⋅1śr
Natężenie oświetlenia jest określone stosunkiem strumienia światła padającego na dany element powierzchni do pola tego elementu:
ds.- element powierzchni prostopadły do padającego strumienia świetlnego.
Jednostką natężenia oświetlenia jest luks [lx].
przyjmując, że ds.=r2dω
I-natężenie źródła światła padającego na daną powierzchnię,
r- odległość źródła światła od oświetlonej powierzchni,
α- kąt zawarty po między normalną wystawioną do powierzchni, a kierunkiem padającego promieniowania.
2. Wykonanie ćwiczenia.
Starannie oczyścić kilka płytek szklanych, zmierzyć grubość każdej z nich śrubą mikrometryczną, obliczyć średnią wartości grubości płytki ds.
Na ławie optycznej ustawić dwa jednakowe źródła światła w położeniu, aby oświetlenie obu połówek fotometru było jednakowe. Wówczas I(o)=I(r), gdzie r oznacz odległość od źródła światła do powierzchni fotometru.
Do uchwytu położonego między źródłem Z1 a fotometrem F ustawić warstwę składającą się z trzech płytek szklanych (grubość warstwy pochłaniającej x1=3ds.). Doprowadzić do zrównania oświetlenia obu pól kostki fotometrycznej. Zmierzyć odległość r1 (x1), r2(x1) fotometru od źródła odpowiednio Z1 i Z2 . Ponieważ oświetlenie obu powierzchni fotometru jest jednakowe, więc zgodnie ze wzorem otrzymamy: I(x1)=I(0)r12(x1)/r22(x1)
Podobnie jak w punkcie 3 wykonać pomiary natężenia światła po przejściu przez warstwy płytek o grubościach x2, x3 ... = 6ds., 9ds., ..
Na papierze milimetrowym sporządzić wykres zależności I(x). Na podstawie tego wykresu oszacować wartość współczynnika pochłaniania μ: odczytać z wykresu wartość x=a, dla której I(a)=I(o)/a., wówczas μ=I/a.
Postępowanie opisane w punkcie 5, dotyczące wyznaczania wsp. μ, nie pozwala jednoznacznie określić wartości błędu pomiaru. W tym celu sporządzić wykres lnI(x1), gdyż, lnI(xi)= -μxi+ln(0) przedstawia linię prostą o wsp. Nachylenia -μ i punkcie przecięcia się z osią rzędnych lnI(0).
Wykonać obliczenia zdolności pochłaniania A(x).
Wykonanie pomiarów.
Tabela pomiarowa
Lp |
I(0) |
ds |
xi |
r1(xi) |
r2(xi) |
Δr |
I(xi) |
ΔI |
A(xi) |
μ |
|
[cd] |
[m] |
[m] |
[m] |
[m] |
[m] |
[cd] |
[cd] |
[-] |
[1/m] |
1 |
19 |
0,00234 |
O,00702 |
0,555 |
0,445 |
0,02 |
12,21 |
±0,9 |
0,36 |
47.48 |
2 |
|
|
0,01404 |
0,575 |
0,425 |
|
10,39 |
|
0,45 |
|
3 |
|
|
0,02106 |
0,605 |
0,395 |
|
8,1 |
|
0,57 |
|
4 |
|
|
0,02808 |
0,63 |
0,37 |
|
6,56 |
|
0,65 |
|
5 |
|
|
0,0351 |
0,66 |
0,34 |
|
5,06 |
|
0,73 |
|
I(xi)=I(0)r22(x2)/r12(x1)
I(x1)=12,21 [cd]
μ
1=47.48 [1/m]
A(xi)=I(0)-I(x)/I(0)
A(x1)= 0,55
ΔI=0,9[cd]
Wnioski:
W miarę zwiększania grubości ds. (dokładanie kolejnych płytek) zwiększa się absorpcja światła (zdolność pochłaniania przez dany ośrodek),a tym samym zniejsza się współczynnik pochłaniania światła.