Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej |
||||||||
Nazwisko i imię Kadłubowski Krzysztof studenta: |
Instytut i symbol grupy Ed 3.5 |
|||||||
Data wykonania ćwiczenia:
|
Symbol ćwiczenia: 6.1
|
Temat zadania: Pomiar względnej światłości żarówek elektrycznych. |
||||||
Zaliczenie: |
Ocena: |
Data: |
Podpis |
|||||
1.Tabela pomiarów:
Lp. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
100 |
568 |
- |
- |
900 |
468 |
332 |
0.50 |
|
2 |
100 |
569 |
- |
- |
900 |
469 |
331 |
0.50 |
|
3 |
100 |
576 |
- |
- |
900 |
476 |
324 |
0.46 |
|
4 |
100 |
574 |
- |
- |
900 |
474 |
326 |
0.47 |
|
5 |
100 |
573 |
- |
- |
900 |
473 |
327 |
0.48 |
0.48 |
6 |
100 |
580 |
- |
- |
900 |
480 |
320 |
0.44 |
|
7 |
100 |
571 |
- |
- |
900 |
471 |
329 |
0.49 |
|
8 |
100 |
576 |
- |
- |
900 |
476 |
324 |
0.46 |
|
9 |
100 |
570 |
- |
- |
900 |
470 |
330 |
0.49 |
|
10 |
100 |
573 |
- |
- |
900 |
473 |
327 |
0.48 |
|
1 |
100 |
651 |
653 |
652 |
900 |
552 |
248 |
0.20 |
|
2 |
100 |
531 |
534 |
533 |
800 |
433 |
267 |
0.38 |
|
3 |
100 |
493 |
488 |
491 |
750 |
391 |
259 |
0.44 |
0.38 |
4 |
100 |
456 |
452 |
454 |
700 |
354 |
246 |
0.48 |
|
5 |
100 |
433 |
438 |
436 |
650 |
336 |
214 |
0.41 |
|
Przy badaniu żarówki nr 3 (górna część tabeli) żarówka wzorcowa i badana zajmowały stałe położenie na ławie fotometrycznej, natomiast zmieniało się położenie fotometru.
W powyższym przypadku dokonano 10-ciu pomiarów położenia fotometru.
Przy badaniu żarówki nr 4 (dolna część tabeli) żarówka wzorcowa zajmowała stałe miejsce, natomiast żarówka badana i fotometr zmieniały położenie. W tym przypadku dla każdego położenia żarówki badanej określono dwukrotnie położenie fotometru.
2.Obliczenia:
Dla każdego z pomiarów (z pierwszej części tabeli) obliczamy:
0,5 0,5
0,46 0,47
0,48 0,44
0,49 0,46
0,49 0,48
Dla pomiarów w drugiej części tabeli obliczamy:
Dla każdego z pomiarów obliczamy:
0,20 0,38 0,44
0,48 0,41
.
3.Część teoretyczna:
Fotometria jest działem optyki fizycznej i zajmuje się badaniem wielkości świetlnych, charakteryzujących procesy promieniowania i rozchodzenia się światła. Światłem według optyki fizycznej nazywamy pewien zakres promieniowania elektromagnetycznego, emitowanego przez wzbudzone atomy lub cząstki.
Do pomiaru wielkości fotometrycznych służą przyrządy zwane fotometrami wizualnymi jak również fotometrami obiektywnymi (densymetry, nefelometry, kolorymetry). Przy użyciu fotometrów wizualnych pomiar polega na porównywaniu wzrokowym oświetlenia dwóch powierzchni oświetlonych dwoma źródłami światła. W fotometrach obiektywnych stosowane są odbiorniki promieniowania przekształcające energię świetlną na prąd elektryczny lub klisze fotograficzne, naświetlane badanym i wzorcowym światłem. Każdy fotometr wizualny składa się z obudowy O poczernionej od wewnątrz w celu wyeliminowania niepożądanych odblasków, dwóch płytek o białych, zmatowionych powierzchniach S, układu pryzmatów P, skierowujących porównywane strumienie świetlne ze źródła wzorcowego i badanego do oka. W okularze fotometru widzimy dwie części świecące graniczące ze sobą - dla łatwiejszego porównania ich jasności.
Zasadniczo, pomiar przy pomocy fotometru umożliwia określenie światłości badanego źródła w określonym kierunku. Pomiar ten polega na porównywaniu światłości dwóch źródeł, z których jedno jest wzorcowe. Oko ludzkie jest jednak niezdolne do oceny stosunków dwóch światłości, może natomiast dosyć dokładnie ocenić równość jasności L dwóch sąsiadujących ze sobą powierzchni S, dobrze rozpraszających światło. Jeżeli powierzchnie te są jednakowe (w sensie struktury fizycznej), są oświetlone przez dwa punktowe źródła światła (o tej samej barwie) pod jednakowymi kątami oraz obserwujemy je pod jednakowymi kątami, to równość ich jasności i wymaga koniecznie równości oświetleń i . Możemy więc napisać, że: gdzie jest odległością środka głowicy fotometru od wzorcowego źródła światła, natomiast r jest odległością środka głowicy fotometru od badanego źródła.
Schemat fotometru użytego w ćwiczeniu:
Schemat wykonania ćwiczenia:
Podczas wykonywania pomiarów obserwujemy głowicę fotometryczną przez okular, i tak dobieramy jej położenie aby obie części koła w głowicy charakteryzowały się jednakową jasnością. Pomiary dokonano dla dwóch żarówek, dla których sposób pomiaru opisany został w punkcie pierwszym.
5.Opracowanie wyników pomiaru:
Dla żarówki nr 3 zastosowano metodę Gaussa w celu oszacowania błędów pomiaru:
Lp. |
|
|
|
|
|
|
1 |
468 |
332 |
-5 |
5 |
25 |
25 |
2 |
469 |
331 |
-4 |
4 |
16 |
16 |
3 |
476 |
324 |
3 |
-3 |
9 |
9 |
4 |
474 |
326 |
1 |
-1 |
1 |
1 |
5 |
473 |
327 |
0 |
0 |
0 |
|
6 |
480 |
320 |
7 |
-7 |
49 |
49 |
7 |
471 |
329 |
-2 |
2 |
4 |
4 |
8 |
476 |
324 |
3 |
-3 |
9 |
9 |
9 |
470 |
330 |
-3 |
3 |
9 |
9 |
10 |
473 |
327 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
||||
|
|
|
Średni błąd kwadratowy pojedynczego pomiaru:
- pomiary wykonano prawidłowo (brak błędów grubych)
Średni błąd kwadratowy średniej:
Średni błąd kwadratowy pomiaru względnej światłości badanej żarówki:
Błąd ten obliczamy według wzoru:
, gdzie funkcja dana jest wzorem:
Korzystając z kryterium jednosigmowego : otrzymujemy wartość względnej światłości badanej żarówki równą . Oznacza to, że w podanym przedziale można oczekiwać wartości rzeczywistej względnej światłości z prawdopodobieństwem 68,3%.
Stosując kryterium trzysigmowe otrzymamy: . Wartość względnej światłości badanej żarówki wynosi więc: . Oznacza to, że w podanym przedziale można oczekiwać wartości rzeczywistej względnej światłości z prawdopodobieństwem 99,7%.
Badając względną światłość żarówki nr 4 rachunek błędów opierać się będzie na wyznaczeniu względnego błędu maksymalnego.
Przyjmując: za błędy bezpośredniego pomiaru odległości , których wartość stanowi najmniejszą działkę na skali ławy optycznej.
Podstawiając wartości otrzymujemy:
Błąd względny maksymalny pomiaru względnej światłości żarówki nr 4 wynosi więc: 0,015.