Ćw nr 43, 43.., Stadnik Krzysztof


Stadnik Krzysztof 15.03.1999 r.

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 43

Temat: Wyznaczanie zdolności pochłaniania światła przez szkło o zmiennej grubości i sprawozdanie graficzne pochłaniania światła.

1. Wstęp teoretyczny

Fotometria jest działem fizyki zajmującym się pomiarami promieniowania.

Całkowita ilość energii, wysyłaną przez źródło światła we wszystkich kierunkach w ciągu 1 sekundy nazywamy strumieniem energii. Natomiast strumień świetlny Φ jest to moc promieniowania oceniona na podstawie wywołanego przez nią wrażenia wzrokowego w oku. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen [lm].

Natężenie światła I wysyłanego w nieskończenie mały kąt bryłowy dΩ jest stosunek strumienia świetlnego dΩ zawartego w granicach tego kąta bryłowego do jego wartości

I=0x01 graphic

Jeżeli źródło promieniuje we wszystkich kierunkach jednakowo silnie wówczas Φ=4πl. Międzynarodową jednostką natężenia światła jest kandela [cd.].

Oświetleniem powierzchni nazywamy wartość:

E=0x01 graphic

Gdzie ds. jest elementem powierzchni prostopadłym do strumienia świetlnego .Jednostką oświetlenia jest luks [lx] zdefiniowany jako oświetlenie powodowane przez strumień 1 lumena padający prostopadle na powierzchnie 1 m2.

Oświetlenie dowolnej powierzchni znajdującej się w odległości r od źródła punktowego o natężeniu I i nachylonej pod kątem ϕ do kierunku padania światła wyraża się wzorem:

E=0x01 graphic
cosϕ lub po przekształceniu E=0x01 graphic
cosϕ

Z doświadczeń wiadomo, że w miarę rozchodzenia się fali świetlnej w materii, jej natężenie stopniowo maleje. Zjawisko to nazywa się pochłanianiem światła w materii (absorbcją światła). Związane ono jest z przekształceniem energii pola elektrycznego fali świetlnej w jej inne formy np. w energię cieplną.

Zmniejszenie natężenia -dI przy przejściu przez warstwę o grubości dx jest proporcjonalne do wartości natężenia światła oraz do grubości warstwy dx:

-dI=μIdx

gdzie μ jest współczynnikiem proporcjonalności nazywamy współczynnikiem pochłaniania danej warstwy .Jeżeli światło przechodzi przez warstwę o grubości x i zmienia się od wartości początkowej I(0) do wartości końcowej I(x), to po scałkowaniu w tych granicach otrzymujemy:

I(x) = I(0)e-μx

Sens fizyczny współczynnika pochłaniania łatwo zauważyć przekształcając ostatnie równanie do postaci:

μ = 0x01 graphic
ln0x01 graphic

A zatem współczynnik pochłaniania μ jest liczbowo równy jedności podzielnej przez grubość warstwy substancji x = a, po przejściu której natężenie światła maleje e = 2.72 razy.

2. Wykonanie ćwiczenia

  1. starannie oczyścić kilkanaście płytek szklanych. Zmierzyć grubość każdej z nich śrubą mikrometryczną. Obliczyć średnią wartość grubości płytki ds.

  2. Na ławie optycznej ustawić dwa jednakowe źródła światła w położeniu, tak aby oświetlenie obu połówek było jednakowe

  3. Do uchwytu wstawić warstwę składającą się z trzech płytek szklanych między źródłem Z1 a fotometrem. Doprowadzić do zrównania oświetlenia obu pól kostki fotometrycznej. Zmierzyć odległość r1(x1), r2(x1) fotometru od źródeł odpowiednio Z1 i Z2

  4. Podobnie jak w punkcie trzecim wykonać pomiary natężenia światła po przejściu przez warstwy płytek o grubościach x2, x3, ......= 6ds, 9ds, ...... .

  5. Na papierze milimetrowym sporządzić wykres zależności I(x). Na podstawie tego wykresu oszacować wartość współczynnika pochłaniania μ

3. Tabela wyników

Lp.

I(0)

ds

xi

R1(xi)

R2(xi)

Δr

I(xi)

ΔI

A(xi)

μ

-

[cd]

-

[m]

[m]

[m]

[m]

[cd]

[cd]

-

0x01 graphic
0x01 graphic

1.

19

3ds

0.006

0.466

0.534

0.05

14.46

5.82

0.238

-32.5

2.

19

6ds

0.011

0.423

0.577

0.05

10.21

4.18

0.462

-32.5

3.

19

9ds

0.018

0.407

0.593

0.05

8.95

3.71

0.528

-32.5

4.

19

12ds

0.025

0.397

0.603

0.05

8.23

3.44

0.566

-32.5

5.

19

15ds

0.031

0.353

0.647

0.05

5.65

2.48

0.702

-32.5

4. Obliczenia

0x01 graphic

I(x1) = 190x01 graphic
= 14.46 [cd.]

I(x2) = 190x01 graphic
= 10.21 [cd.]

I(x3) = 190x01 graphic
= 8.95 [cd.]

I(x4) = 190x01 graphic
= 8.23 [cd.]

I(x5) = 190x01 graphic
= 5.65 [cd.]

0x01 graphic

μ = 0x01 graphic
=

=0x01 graphic
= 0x01 graphic
= -32.5 [m-1]

±ΔIi = 0x01 graphic
(r2+ -r1)

±ΔIx1 =- 0x01 graphic
(0.534 + 0.466) = 5.82 [cd.]

±ΔIx2 = 0x01 graphic
(0.577 + 0.423) = 4.18 [cd]

±ΔIx3 = 0x01 graphic
(0.593 + 0.407) = 3.71 [cd]

±ΔIx= 0x01 graphic
(0.603 + 0.397) = 3.44 [cd]

±ΔIx = 0x01 graphic
(0.647 + 0.353) = 2.48 [cd]

A(xi) = 0x01 graphic

A(x1) = 0x01 graphic
= 0.238

A(x2) = 0x01 graphic
= 0.462

A(x3) = 0x01 graphic
= 0.528

A(x4) = 0x01 graphic
= 0.566

A(x5) = 0x01 graphic
= 0.702

5. Wnioski

Celem ćwiczenia było sprawdzenie zdolności pochłaniania światła przez szkło o zmiennej grubości. Jak wiadomo pochłanianie światła (absorbcia światła) jest to zjawisko , w którym wraz z rozchodzeniem się fali świetlnej w materii jej natężenie stopniowo maleje. W naszym ćwiczeniu natężenie fali świetlnej (I) zmieniało się wraz ze zmianą grubości warstwy płytek szklanych (x). Pomiary, które zrobiliśmy w pełni udowadniają, że natężenie światła malało wraz ze wzrostem grubości warstwy płytek szklanych na większe, lecz trudno było uniknąć błędów pomiarowych. Ich przyczyny mogą być różne, ale do najważniejszych można zaliczyć niedokładny odczyt grubości płytek szklanych za pomocą mikrometru, niedokładne porównanie przy patrzeniu w lunetę oświetlanych powierzchni oraz złe zaciemnienie pracowni.

0x01 graphic



Wyszukiwarka