TOMASIK MICHAŁ |
TEMAT: Pomiary fotometryczne.
|
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI |
Sprawozdanie z ćwiczenia Nr 70 . |
Wydział Informatyki i Zarządzania II Rok |
DATA: 13.12.95 OCENA |
1).Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z zasadami fotometrii oraz prostymi metodami wyznaczania natężenia źródła światła.
2)Wstęp teoretyczny.
Badaniem i pomiarami energii promieniowania widzialnego opartymi na wrażliwości oka ludzkiego zajmuje się fotometria subiektywna, gdzie detektorem promieniowania jest oko ludzkie. Fotometria subiektywna wprowadza do opisu pewne jednostki i wielkości, odmienne od wielkości energetycznych, wywodzące się z pojęcia natężenia źródła światła i jej jednostki - kandeli.
Dla źródła punktowego zależność oświetlenia powierzchni E od kąta a, pod jakim pada na nią światło, oraz od odległości r powierzchni od źródła światła, wyraża prawo Lamberta:
I
E = ----------- cosa
r2
Przy pomiarach fotometrycznych często posługujemy się filtrami szarymi. Ciało nazywamy ciałem szarym, jeśli jego zdolność absorbcyjna jest taka sama dla wszystkich częstotliwości n i zależy tylko od temperatury, składu chemicznego oraz własności ciała..
Własności filtra szarego określają współczynnik przepuszczalności T oraz współczynnik pochłaniania P. Definiuje się je następująco:
Ix' E'r2 E'
T= ------ 100% = ------- 100% = ------ 100%
Ix Er2 E
gdzie Ix - natężenie dowolnego, silnego źródła światł
3). Tabela pomiarów przy zmianie r od 0,3 m do 0,5 m
Źródło światła o natężeniu I = 16,5 cd + 0,5 cd
Lp.
|
r [m] |
Dr [m] |
I [mA] /300 |
DI [mA] |
E [cd/m2] |
DE [cd/m2]] |
|
0,30 |
|
105 |
|
183,331 |
0,036 |
|
0,32 |
|
92 |
|
161,132 |
0,036 |
|
0,34 |
|
82 |
|
142,734 |
0,036 |
|
0,36 |
|
72 |
|
127,317 |
0,035 |
|
0,38 |
0,001 |
65 |
1 |
114,271 |
0,035 |
|
0,40 |
|
58 |
|
103,130 |
0,035 |
|
0,42 |
|
54 |
|
93,541 |
0,035 |
|
0,44 |
|
49 |
|
85,233 |
0,035 |
|
0,46 |
|
45 |
|
77,981 |
0,034 |
|
0,48 |
|
41 |
|
71,614 |
0,034 |
|
0,50 |
|
38 |
|
66,000 |
0,034 |
4).Tabela zależności E od kąta a przy stałym r = 0,3 m:
Lp.
|
a
|
Da
|
I [mA] /300 |
DI [mA] |
E [cd/m2] |
DE [cd/m2] |
|
-45 |
|
72 |
|
129,63 |
0,061 |
|
-40 |
|
78 |
|
140,43 |
0,059 |
|
-35 |
|
84 |
|
150,18 |
0,057 |
|
-30 |
|
88 |
|
158,76 |
0,056 |
|
-25 |
|
92 |
|
166,15 |
0,055 |
|
-20 |
|
96 |
|
172,28 |
0,055 |
|
-15 |
|
100 |
|
177,08 |
0,054 |
|
-10 |
|
102 |
|
180,55 |
0,054 |
|
-5 |
|
104 |
|
182,64 |
0,054 |
|
0 |
1 |
105 |
1 |
183,33 |
0,053 |
|
5 |
|
104 |
|
182,64 |
0,054 |
|
10 |
|
102 |
|
180,55 |
0,054 |
|
15 |
|
100 |
|
177,08 |
0,054 |
|
20 |
|
97 |
|
172,28 |
0,055 |
|
25 |
|
92 |
|
166,15 |
0,055 |
|
30 |
|
88 |
|
158,76 |
0,056 |
|
35 |
|
84 |
|
150,18 |
0,057 |
|
40 |
|
79 |
|
140,43 |
0,059 |
|
45 |
|
72 |
|
129,63 |
0,061 |
5). Badanie przepuszczalności filtrów szarych.
Ponieważ zależność prądu ogniw od natężenia oświetlenia jest liniowa więc przy wyznaczaniu współczynnika przepuszczalności filtru szarego stosunek natężeń światła można zastąpić odpowiednim stosunkiem natężeń prądów.
E - wzorcowe E = 105mA
E1 - filtr nr I E 1= 46 mA
E2 - filtr nrII E2 = 30 mA
E3 - filtr nr III E3 = 24 mA
E
T = ------------------ 100%
E(1....3)
Po obliczeniach otrzymujemy:
T1 = 44%
T2 = 29%
T3 = 23%
6).Wyznaczanie natężenia źródła światła w zależności od mocy pobieranego prądu.
Dla różnych P zmieniamy r tak, żeby I = 105[mA]
Lp |
P [W] |
U [V] |
DU |
I [A] |
DI
|
r [m] |
Dr |
Iświatła |
DI |
h |
Dh |
|
13 |
4,50 |
|
3,00 |
|
0,264 |
|
14,52 |
0.037 |
1,12 |
0,032 |
|
14 |
4,55 |
|
3,10 |
|
0,270 |
|
14,85 |
0,037 |
1,06 |
0,032 |
|
15 |
4,70 |
0,038 |
3,20 |
0,038 |
0,300 |
0,003 |
16,50 |
0,036 |
1,10 |
0,031 |
|
16 |
5,05 |
|
3,22 |
|
0,328 |
|
18,04 |
0,036 |
1,13 |
0,032 |
|
17 |
5,25 |
|
3,25 |
|
0,342 |
|
18,81 |
0,036 |
1,11 |
0,031 |
|
18 |
5,45 |
|
3,30 |
|
0,382 |
|
21,01 |
0,035 |
1,17 |
0,031 |
7). Wyznaczanie natężenia źródła światłą.
Jako wzorcową wykorzystujemy żarówkę 40 W Iwzor. = 27 + 1 cd.
Żarówka 100W
|
rx [m] |
rśred |
dr |
r [m] |
Ix [lx] |
Ix [lx] |
|
1,522 |
|
|
|
|
|
|
1,522 |
|
|
|
|
|
|
1,518 |
|
|
|
|
|
|
1,522 |
|
|
|
|
|
|
1,521 |
1,542 |
0,015 |
0,858 |
87,21 |
0,43 |
|
1,543 |
|
|
|
|
|
|
1.553 |
|
|
|
|
|
|
1,550 |
|
|
|
|
|
|
1,560 |
|
|
|
|
|
|
1,554 |
|
|
|
|
|
Żarówka 60W
|
rx [m] |
rśred |
drśred |
r [m] |
I [lx] |
Ix [lx] |
|
1,415 |
|
|
|
|
|
|
1,405 |
|
|
|
|
|
|
1,405 |
|
|
|
|
|
|
1,410 |
|
|
|
|
|
|
1,410 |
140,875 |
0,022 |
99,125 |
54,54 |
0,53 |
|
1,425 |
|
|
|
|
|
|
1,410 |
|
|
|
|
|
|
1,410 |
|
|
|
|
|
|
1,415 |
|
|
|
|
|
|
1,400 |
|
|
|
|
|
Żarówka 40W
|
rx [m] |
rśred |
dr |
r [m] |
I [lx] |
|
1,124 |
|
|
|
|
|
1,127 |
|
|
|
|
|
1,121 |
|
|
|
|
|
1,129 |
|
|
|
|
|
1,131 |
1,152 |
0,026 |
1,248 |
23,01 |
|
1,180 |
|
|
|
|
|
1,178 |
|
|
|
|
|
1,183 |
|
|
|
|
|
1,174 |
|
|
|
|
|
1,179 |
|
|
|
|
8).Wyznaczanie dla żarówki 60 W. Przepuszczalność filtrów: I60 = 54,54
Filtr nr I rx = 1,139 r = 1,261 I = 22,03 T = 0,40 %
Filtr nr II rx = 0,942 r = 1,458 I = 13,27 T = 0,26 %
Filtr nr III rx = 0,890 r = 1,510 I = 10,38 T = 0,19 %
9).Wyznaczenie zależności natężenia od kąta dla żarówki o mocy 60 W.
Lp.
|
a |
Da |
r [m] |
Dr |
rx |
Dr |
Ix |
DI |
|
0 |
|
1,440 |
|
0,960 |
|
12,00 |
0,038 |
|
30 |
|
1,393 |
|
1,007 |
|
14,11 |
0,038 |
|
60 |
|
1,356 |
|
1,044 |
|
16,00 |
0,040 |
|
90 |
|
1,355 |
|
1,045 |
|
16.06 |
0,040 |
|
120 |
5 |
1,405 |
|
0,995 |
|
13,54 |
0,039 |
|
150 |
|
1,436 |
0,001 |
0,964 |
0,001 |
12,16 |
0,039 |
|
180 |
|
1,434 |
|
0,966 |
|
12,24 |
0,040 |
|
210 |
|
1,418 |
|
0,988 |
|
13,04 |
0,040 |
|
240 |
|
1,385 |
|
0,978 |
|
12,43 |
0,039 |
|
270 |
|
1,422 |
|
0,978 |
|
12,43 |
0,040 |
|
300 |
|
1,440 |
|
0,960 |
|
12,23 |
0,039 |
|
330 |
|
1,474 |
|
0,926 |
|
10,66 |
0,039 |
10).Przykładowe obliczenia.
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................11). Wnioski:
Ćwiczenie miało na celu wyznaczenie natężenia źródła światła . Równania wzorów określone przez Lamberta dotyczą źródeł światła punktowych dlatego pomiary obarczone są błędami. Na błędy wpływ miały odczyty. Było ich bardzo dużo i doprowadzały do zmęczenia oka.
Współczynnik przepuszczalności filtra określony w dwu metodach pokazał pewną różnicę. Na błędy miały wpływ takie czynniki jak : błędy odczytu, dodatkowe źródła światła znajdujące się na sali oraz wadliwość urządzeń oraz pomocy użytych w ćwiczeniu.
Ćwiczenie było pokazowe i ukazało ogólną istotę własności światła, oraz urządzeń z nim związanych.