Nr ćwicz. 309	Data: 14.06.11	Hubert Jur	Wydział Technologii Chemicznej	Semestr: II	Grupa: 2
Prowadzący: dr Tadeusz Wesołek			Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena ostat.:

Wyznaczanie sprawności świetlnej żarówki za pomocą fotometru Lummera-Brodhuna.

Wprowadzenie teoretyczne

Sprawnością świetlną η źródła światła nazywamy stosunek jego światłości do pobieranej mocy P:

.

W powyższym wzorze I jest światłością, inaczej natężeniem światła, które charakteryzuje źródło światła i definiowane jest jako stosunek strumienia Ф zawartego w granicach nieskończenie małego kąta bryłowego dΩ wydzielonego z przestrzeni wokół źródła do wartości tego kąta:

.

Strumień świetlny Ф jest ilością energii jaką przenoszą fale świetlne przez dowolną powierzchnię w jednostce czasu, zatem ma wymiar mocy i może być zmierzony na podstawie ilości ciepła oddanemu ciału całkowicie pochłaniającemu.

W przypadku źródła izotropowego natężenie światła we wszystkich kierunkach jest jednakowe, natomiast różne, jeśli źródło jest anizotropowe. Dla pierwszego rodzaju źródła światłość będzie stosunkiem strumienia całkowitego do pełnego kąta bryłowego (4π). Wówczas zależność na natężenie światła można przekształcić do wzoru na strumień całkowity:

.

Charakterystykę źródła anizotropowego możemy przedstawić graficznie, odkładając od pewnego punktu początkowego promienie wodzące o długości proporcjonalnej do natężenia światła w danym kierunku.

Jednostką światłości jest kandela (cd), która określona jest poprzez wzorzec - ciało doskonale czarne o powierzchni 1/60 cm² i temperaturze 1773 ºC (temperatura krzepnięcia platyny). Światłość tego źródła w kierunku prostopadłym do powierzchni równa jest kandeli (1 cd).

Jednostką strumienia jest lumen, a otrzymujemy ją z uprzednio podanego wzoru na światłość. To strumień wysyłany w granicach kąta bryłowego równego jednemu steradianowi (sr) przez izotropowe źródło światła o natężeniu jednej kandeli:
.

Charakteryzując źródło światła mówimy także o jego luminancji, czyli jaskrawości L, co odnosi się wyłącznie do źródeł rozciągłych (niepunktowych), występujących w praktyce. Jest to stosunek światłości do powierzchni S widzianej pod kątem φ (kątem między normalną do powierzchni świecącej a kierunkiem obserwacji):

Jednostką luminancji jest nit (nt):
.

Istotną w przeprowadzanym ćwiczeniu jest jeszcze jedna wielkość, która nie wiąże się bezpośred-nio z źródłem światła. Jest nią oświetlenie E. Światło padające na pewną powierzchnię ulega rozpro-szeniu lub odbiciu, czyniąc ją wtórnym źródłem światła. Oświetlenie jest stosunkiem strumienia dФ tego światła do powierzchni dS, na którą pada:

.

Inna zależność (prawo Lamberta) dotycząca oświetlenia związana jest ze światłością źródła punktowego, jego odległością r od powierzchni oświetlanej oraz kątem nachylenia tej powierzchni względem promieni świetlnych
:

.

Mimo że w praktyce nie spotykamy się z źródłami punktowymi, powyższe prawo możemy stosować z wystarczającą dokładnością, jeżeli odległość r jest 10 razy większa niż średnica źródła.

Wyniki pomiarów

Położenie żarówki wzorcowej: x_S1 = 7 cm.

Położenie żarówki badanej: x_S2 = 140, cm.

Błąd odczytu odległości: Δx = 1 mm.

Niepewność napięcia: ΔU = 0,1 V.

Niepewność natężenia: ΔI = 0,001 A.

Lp.	U [V]	I [A]	x [cm]
1	100,2	0,114	127,7
2	110,3	0,119	123,9
3	120,1	0,124	119,2
4	130,3	0,130	114,2
5	140,3	0,135	110,1
6	150,0	0,140	105,5
7	160,4	0,144	99,8
8	170,0	0,149	95,9
9	177,8	0,152	93,1

Obliczenia

Lp.	P [W]	Ir	ΔP [W]	ΔIr
1	11,4228	0,0104	0,11	0,0003
2	13,1257	0,0152	0,12	0,0005
3	14,8924	0,0272	0,14	0,0019
4	16,9390	0,0453	0,15	0,0015
5	18,9405	0,0652	0,17	0,0021
6	21,0000	0,0940	0,18	0,0042
7	23,0976	0,1417	0,19	0,0057
8	25,3300	0,1837	0,20	0,0087
9	27,0256	0,2195	0,22	0,0057

Wnioski

Na postawie wykresu widać, że wraz ze wzrostem mocy żarówki rośnie wykładniczo jej sprawność (światłość względna). Im większa jest moc, tym większa światłość oraz w następstwie oświetlenie płytki w fotometrze. Aby zatem wyrównać oświetlone pola należy oddalić urządzenie od żarówki badanej (aby zmniejszyć oświetlenie), przy jednoczesnym przybliżeniu fotometru do żarówki wzorcowej (co zwiększy oświetlenie płytki). Obie odległości są względem siebie w stosunku wykładni-czym, stąd brak liniowości.

- 1 -

---