ĆWICZENIE 10.

POMIARY PARAMETRÓW OŚWIETLENIA

Kursywą oraz * zaznaczono rozszerzony program ćwiczenia

Pomiary natężenia oświetlenia luksomierzem cyfrowym przy różnej odległości od źródła
światła i różnych napięciach zasilania źródła.
Porównanie sprawności oświetleniowej zwykłych żarówek i żarówek elektrooszczędnych.
Opracowanie sprawozdania.

Każde źródło światła emituje w określonym kącie przestrzennym pewien strumień świetlny,
mierzony w lumenach. Strumień ten rozkłada się na powierzchnię, która rośnie wraz z
kwadratem odległości od źródła światła. W związku z tym natężenie oświetlenia, które
wyraża się stosunkiem strumienia do powierzchni na którą pada, maleje z kwadratem
odległości.
Jeżeli źródło światła zostanie osłonięte w taki sposób, aby promieniowało w mniejszym kącie
przestrzennym, wówczas powierzchnia na którą pada strumień zmniejsza się proporcjonalnie i
natężenie oświetlenia zwiększa się.
Najczęściej spotykanym źródłem światła są żarówki, zwykłe żarowe i obecnie coraz bardziej
rozpowszechnione żarówki elektro-oszczędne, które faktycznie należą do rodziny świetlówek.
Elektro-oszczędność żarówek wynika z faktu, że dla wytworzenia takiego samego strumienia
świetlnego zużywają mniej energii elektrycznej, czyli pobierają z sieci mniejszą moc
elektryczną.

1. Pomiary natężenia oświetlenia żarówką w zależności od odległości.

Zestawić układ przedstawiony na rysunku 10.1:

Luxometr

Czujnik

Żarówka

l

Sieć

Autotransformator

Watomierz

Przy nastawie autotransformatora na napięcie 240 V dokonać pomiaru natężenia światła
nieosłoniętej żarówki dla różnych odległości l od powierzchni czujnika do środka żarówki.

Rys. 10.1

Natężenie światła żarówki należy wyznaczyć odejmując od wskazań luxometru jego
wskazania przy zgaszonej żarówce.
Wyniki pomiaru zapisać w tabelce.

Odległość l

Wskazanie luxometru [lx]
Żarówka świeci

Wskazanie luxometru [lx]
Żarówka zgaszona

Różnica wskazań
R [lx]

0.5 m

1 m

1.5 m

2 m

2. Pomiary natężenia oświetlenia żarówką w zależności od kąta skupienia strumienia
światła.

Zastąpić nieosłoniętą żarówkę, żarówką z kloszem, umieszczoną w odległości 1 m od
czujnika luxometru. Wykonać pomiar natężenia światła i zapisać wynik w tabelce.

Odległość l

Wskazanie luxometru [lx]
Żarówka świeci

Wskazanie luxometru [lx]
Żarówka zgaszona

Różnica wskazań [lx]

1 m

Zmierzyć metrem średnicę d i wysokość h klosza i zakładając kształt stożka obliczyć jego
kąt bryłowy Φ w Steradianach, a następnie obliczyć stosunek S pełnego kąta bryłowego,
równego 4π Steradianów do kąta przestrzennego klosza Φ .

h

d

Natężenie światła w punkcie pomiaru dla żarówki z kloszem powinno teoretycznie zwiększyć
się w stosunku S. Trzeba jednak wziąć pod uwagę, że spora część strumienia świetlnego jest
pochłaniana przez ścianki klosza.
Obliczyć stosunek S natężenia światła (różnic wskazań luxometru) w punkcie pomiaru dla
żarówki z kloszem i bez klosza. Porównać z wartością teoretyczną.


S = ........................................................

2

2

2

4

d

h

d

+

π

≈

Φ

.........

..........

S

=

Φ

π

=

4

3. * Pomiary sprawności żarówki jako źródła światła w zależności od napięcia

zasilania.

Moc elektryczna pobierana przez żarówkę jest w przybliżeniu zależna od kwadratu napięcia
zasilającego, a strumień światła aż od ósmej potęgi napięcia.
Dla zwykłej żarówki w kloszu umieszczonej w odległości 1 m od czujnika wykonać pomiar
natężenia światła i odczytać na watomierzu moc elektryczną pobieraną z sieci przy napięciu
240 V ustawionym na autotransformatorze.
Obniżyć napięcie do 220 V i powtórzyć pomiary.
Wyniki zapisać w tabelce.
Obliczyć stosunek wartości natężenia światła do mocy pobieranej z sieci dla obu przypadków.
Skomentować uzyskane wyniki.



l

Napięcie
[V]

Moc P
[W]

Wskazanie
luxometru [lx]
Żarówka świeci

Wskazanie
luxometru [lx]
Żarówka zgaszona

Różnica R
wskazań [lx]

Stosunek
R/P

1m 240 V

1m 220 V

4. Porównanie sprawności żarówek: zwykłej i elektro-oszczędnej.

Dokonać pomiaru natężenia światła i mocy pobieranej z sieci kolejno dla zwykłej żarówki i
żarówki elektro-oszczędnej umieszczonych kolejno w kloszu na tej samej wysokości 1 m przy
nominalnym napięciu zasilania 240 V ustawionym na autotransformatorze.
Wyniki zapisać w tabelce.
Obliczyć stosunek wartości natężenia światła do mocy pobieranej z sieci dla obu żarówek.
Skomentować uzyskane wyniki.

l

Żarówka Moc P

[W]

Wskazanie
luxometru [lx]
Żarówka świeci

Wskazanie
luxometru [lx]
Żarówka zgaszona

Różnica R
wskazań [lx]

Stosunek
R/P

1m Zwykła

1m Elektro-

oszczędna

5. * Aproksymacja wyników pomiarów zależności natężenia światła od odległości od

źródła wyrażeniem algebraicznym.

Zależność tą można próbować opisać wzorem:

B

l

A

R

+

=

2

Dla uzyskania najlepszej aproksymacji danych pomiarowych za pomocą powyższej formuły
należy wykonać kilka operacji:
Wprowadzić nową zmienną Z= 1/R , stałą C=1/A i stałą D=B/A czyli:

Z = C l

2

+D

Przeliczone dane umieścić w poniższej tabeli:

Odległość l
[m]

Natężenie światła
[lx]
Różnica wskazań R

Z=1/R

k = l+l

2

2

2

l

l

Z

Z

W

−

−

=

2

l

l

W

C

+

=

l

1

= 0.5

Z

1

=

1.5

l

2

= 1

Z

2

=

--------

0

---------------

l

3

= 1.5

Z

3

=

2.5

l

4

=2

Z

4

=

3

----------------

----------------------

--------------- --------- C

śr

=

Należy wybrać jeden z punktów np. ( l

2

= 1 ; z

2

) i obliczyć kolejno wartości :

k= l+l

2

i

2

2

l

l

Z

Z

W

−

−

=

Można wykazać, że w wyniku takiego przekształcenia otrzymuje się równanie:

W = C(l+l

2

) , z którego można obliczyć

2

l

l

W

C

+

=

Dla poszczególnych punktów danych ( za wyjątkiem wybranego uprzednio punktu l

2

; Z

2

)

należy obliczyć wartości C, a następnie ich wartość średnią C

śr

i wpisać w tabelkę.

Dla wszystkich punktów danych należy teraz obliczyć wartości D ze wzoru:

2

l

C

Z

D

śr

=

, wpisać w tabelę poniżej i obliczyć wartość średnią. Obliczyć wartość:

A = 1/C

śr

=.......................................

Odległość l [m] Z=1/R

2

l

C

Z

D

śr

=

B

l

A

Y

+

=

2

l

1

= 0.5

Z

1

=

l

2

= 1

Z

2

=

l

3

= 1.5

Z

3

=

l

4

=2

Z

4

=

----------------

D

śr

=

Obliczyć wartość:

B = AD

śr

Obliczyć kolejno wartości

B

l

A

Y

+

=

2

i wpisać w tabelę.

Zaznaczyć na poniższym wykresie (innymi symbolami) punkty pomiarowe ( R , l) i punkty
obliczone (Y , l). Połączyć odpowiednie punkty gładką linią ciągłą i ustosunkować się do ich
wzajemnych relacji.






Aparatura:

1. Statyw z żarówkami (zwykłą i elektro-oszczędną)
2. Autotransformator
3. Watomierz
4. Luksometr z czujnikiem