ĆWICZENIE 10.
POMIARY PARAMETRÓW OŚWIETLENIA
Kursywą oraz * zaznaczono rozszerzony program ćwiczenia
Pomiary natężenia oświetlenia luksomierzem cyfrowym przy różnej odległości od z
ródła
światła i różnych napięciach zasilania z
ródła.
Porównanie sprawności oświetleniowej zwykłych żarówek i żarówek elektrooszczędnych.
Opracowanie sprawozdania.
Każde z
ródło 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 z
ródła światła. W związku z tym natężenie oświetlenia, które
wyraża się stosunkiem strumienia do powierzchni na którą pada, maleje z kwadratem
odległości.
Jeżeli z
ródło 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 z
ródłem 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:
Żarówka
Rys. 10.1
Watomierz l
Luxometr
Sieć
Czujnik
Autotransformator
Przy nastawie autotransformatora na napięcie 240 V dokonać pomiaru natężenia światła
nieosłoniętej żarówki dla różnych odległości l od powierzchni czujnika do środka żarówki.
Natężenie światła żarówki należy wyznaczyć odejmując od wskazań luxometru jego
wskazania przy zgaszonej żarówce.
Wyniki pomiaru zapisać w tabelce.
Odległość l Wskazanie luxometru [lx] Wskazanie luxometru [lx] Różnica wskazań
Żarówka świeci Żarówka zgaszona 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] Wskazanie luxometru [lx] Różnica wskazań [lx]
Żarówka świeci Żarówka zgaszona
1 m
Zmierzyć metrem średnicę d i wysokość h klosza i zakładając kształt stożka obliczyć jego
kąt bryłowy Ś w Steradianach, a następnie obliczyć stosunek S pełnego kąta bryłowego,
równego 4Ą Steradianów do kąta przestrzennego klosza Ś .
2
Ąd
Ś H"
2
4h2 + d
h
4Ą
S = = ...................
Ś
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 = ........................................................
3. * Pomiary sprawności żarówki jako z
ródła 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 Moc P Wskazanie Wskazanie Różnica R Stosunek
[V] [W] luxometru [lx] luxometru [lx] wskazań [lx] R/P
Żarówka świeci Żarówka zgaszona
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 Wskazanie Wskazanie Różnica R Stosunek
[W] luxometru [lx] luxometru [lx] wskazań [lx] R/P
Żarówka świeci Żarówka zgaszona
1m Zwykła
1m Elektro-
oszczędna
5. * Aproksymacja wyników pomiarów zależności natężenia światła od odległości od
z
ródła wyrażeniem algebraicznym.
Zależność tą można próbować opisać wzorem:
A
R =
2
l + B
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 l2+D
Przeliczone dane umieścić w poniższej tabeli:
Odległość l Natężenie światła Z=1/R k = l+l2
W
Z - Z2 C =
W =
[m] [lx]
l + l2
l - l2
Różnica wskazań R
l1 = 0.5 Z1 = 1.5
l2 = 1 Z2 = -------- 0 ---------------
l3 = 1.5 Z3 = 2.5
l4 =2 Z4 = 3
---------------- ---------------------- --------------- --------- Cśr =
Należy wybrać jeden z punktów np. ( l2 = 1 ; z2 ) i obliczyć kolejno wartości :
Z - Z2
k= l+l2 i W =
l - l2
Można wykazać, że w wyniku takiego przekształcenia otrzymuje się równanie:
W
W = C(l+l2) , z którego można obliczyć C =
l + l2
Dla poszczególnych punktów danych ( za wyjątkiem wybranego uprzednio punktu l2 ; Z2)
należy obliczyć wartości C, a następnie ich wartość średnią Cśr i wpisać w tabelkę.
Dla wszystkich punktów danych należy teraz obliczyć wartości D ze wzoru:
Z
D = , wpisać w tabelę poniżej i obliczyć wartość średnią. Obliczyć wartość:
2
Cśrl
A = 1/Cśr =.......................................
Odległość l [m] Z=1/R
Z A
D = Y =
2 2
Cśrl l + B
l1 = 0.5 Z1 =
l2 = 1 Z2 =
l3 = 1.5 Z3 =
l4 =2 Z4 =
---------------- Dśr =
Obliczyć wartość:
B = ADśr
A
Obliczyć kolejno wartości Y = i wpisać w tabelę.
2
l + B
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