WB I	„Fotometr BUNSENA”	Data : 26.05.2009r.
Nr. Ćw 6

1. Część teoretyczna.

Wielkością charakteryzującą źródło światła jest jego natężenie ( światłość) I, wyrażająca ilość promieniowania świetlnego wysyłanego przez źródło światła w jednostce czasu w jednostkowy kąt bryłowy. Jednostką natężenia źródła światła w układzie SI jest kandela (cd) to jest natężenie z jakim promieniuje w kierunku prostopadłym pole powierzchni 1/6•10⁵ m² ciała doskonale czarnego w temperaturze 1773^oC (temperatura krzepnięcia platyny), pod ciśnieniem jednej atmosfery.

Natężenie oświetlenia przez punktowe źródło światła określa wyrażenie:

E = I/r²

Opis ćwiczenia.

Do pomiarów natężenia źródła światła służy przyrząd zwany fotometrem, którego działanie polega na porównywaniu natężenia badanego źródła z natężeniem żarówki wzorcowej. Chcąc wizualnie wyznaczyć natężenie źródła światła, należy oświetlić pewną powierzchnię (fotoelement) światłem pochodzącym ze źródła wzorcowego i źródła którego natężenie wyznaczamy.

W ćwiczeniu wykorzystano zmodyfikowany fotometr Bunsona, czyli na jednej osi, naprzeciw siebie w odległości 80cm umieszczono źródło wzorcowe światła i przeciwnie skierowane źródło badane. Pomiędzy źródłami światła umieszczono dwa odpowiednio połączone fotorezystory. Zasada pomiaru polega na uzyskaniu jednakowych natężeń światła po obu stronach fotoelementów. Uzyskujemy to przez przesuwanie fotoelementów po osi.

Pomiarów dokonujemy zmieniając napięcie zasilania badanego źródła światła czyli tym samym mocy pobieranej przez to źródło.

Znając natężenie źródła wzorcowego I₀ możemy wyznaczyć natężenie I_x źródła badanego:

I_x = r_x² * I₀ / r_o²

Gdzie r_x to odległość fotoelementu od badanego źródła światła a r₀ to odległość od wzorca światła.

Jedną z wielkości charakteryzujących źródło światła jest jego sprawność η - stosunek światłości I do pobieranej mocy P.

η = I / P [cd/W}

Z prawa Stefana Boltzmana wynika że zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury bezwzględnej.

I = CTⁿ

Żarówka pobiera i i emituje równe ilości energii, stąd:

log W = const + n/4 log P

2. Tabela

U [V]	I [A]	rx	r0	Natężenie badanego źródła światła Ix	Moc pobrana przez źródło badane P	Współczynnik sprawności η
88,2	40,4	22,7	57,3	0,157	3,563	0,044
99,6	43,4	26,0	54,0	0,232	4,323	0,054
109,8	46,2	28,4	51,6	0,303	5,073	0,060
120,4	48,8	30,6	49,4	0,384	5,876	0,065
130,9	51,5	32,8	47,2	0,483	6,741	0,072
142,0	54,0	35,9	45,1	0,634	7,668	0,083
152,2	56,3	36,6	43,4	0,711	8,569	0,083
162,1	58,4	38,4	41,6	0,852	9,467	0,090
171,5	60,6	39,9	40,1	0,990	10,393	0,095
182,4	62,8	41,4	38,6	1,150	11,455	0,100
192,0	64,8	43,0	37,0	1,351	12,442	0,109
201,0	67,0	44,3	35,7	1,540	13,467	0,114
210,0	68,9	45,6	34,4	1,757	14,469	0,121
221,0	71,1	46,8	33,2	1,987	15,713	0,126

3.Obliczenia

Obliczenia natężenia badanego źródła światła:

- Za I₀ przyjmujemy wartość równą 1

0,156 [A]
0,156

0,232 [A]

0,303 [A]

Obliczenia Mocy pobranej przez źródło badane:

P=88,2·0,0404=3,563[W]

P=99,6·0,0434=4,323[W]

P=109,8·0,046,2=5,073[W]

Obliczenia współczynnika sprawności świetlnej źródła badanego:

4.Obliczanie błędu pomiaru

u(r_x­)=1mm

u(r₀)=2mm

Lp.	u(I)·0,04	u(U)·0,04	u(I)·u(U)
	3,53	0,0016	0,0057
	3,98	0,0017	0,0069
	4,39	0,0018	0,0081
	4,82	0,0020	0,0094
	5,24	0,0021	0,0108
	5,68	0,0022	0,0123
	6,09	0,0023	0,0137
	6,48	0,0023	0,0151
	6,86	0,0024	0,0166
	7,30	0,0025	0,0183
	7,68	0,0026	0,0199
	8,04	0,0027	0,0215
	8,40	0,0028	0,0232

Obliczanie niepewności pomiarowej:

Niepwnośc dla I_x i W:

Niepewnośc dla P:

Niepewność dla η:

Lp.	W oraz Ix	P	η
	0,114	0,0023	0,0321
	0,068	0,0025	0,0158
	0,048	0,0026	0,0095
	0,036	0,0028	0,0061
	0,027	0,0029	0,0040
	0,019	0,0031	0,0025
	0,017	0,0032	0,0019
	0,013	0,0033	0,0014
	0,011	0,0034	0,0011
	0,010	0,0036	0,0008
	0,008	0,0037	0,0006
	0,007	0,0038	0,0005
	0,006	0,0039	0,0004
	0,005	0,0040	0,0003

5.Obliczanie logW i logP

Lp.	P	logP	W	logW
	3,563	0,552	0,157	-0,804
	4,323	0,636	0,232	-0,635
	5,073	0,705	0,303	-0,519
	5,876	0,769	0,384	-0,416
	6,741	0,829	0,483	-0,316
	7,668	0,885	0,634	-0,198
	8,569	0,933	0,711	-0,148
	9,467	0,976	0,852	-0,070
	10,393	1,017	0,990	-0,004
	11,455	1,059	1,150	0,061
	12,442	1,095	1,351	0,131
	13,467	1,129	1,540	0,188
	14,469	1,160	1,757	0,245
	15,713	1,196	1,987	0,298

Lp.	const.
	-1,13
	-1,02
	-0,94
	-0,88
	-0,81
	-0,73
	-0,71
	-0,65
	-0,61
	-0,57
	-0,52
	-0,49
	-0,45
	-0,42

6. Wnioski
Wartość błędu zależy w dużej mierze od indywidualnych właściwości oka obserwatora. Jego wartość zwiększa się wielokrotnie w przypadku, gdy obserwator ma wadę wzroku (np. dalekowzroczność, blisko wzroczność, astygmatyzm), to też przeniosło się na odczyt odległości r_x i r₀ oraz ustawienia amperomierza podłączonego do fotoelementu w pozycji równej 0. Drugim problemem z odczytem sprawiał amperomierz i woltomierz, z którego odczytywałem napięcie (U) i natężenie (I). Urządzenia te nie pokazywały jednaj stałej wartości, lecz wahały się w obrębie danej wartości.

6. Wnioski
Wartość błędu zależy w dużej mierze od indywidualnych właściwości oka obserwatora. Jego wartość zwiększa się wielokrotnie w przypadku, gdy obserwator ma wadę wzroku (np. dalekowzroczność, blisko wzroczność, astygmatyzm), to też przeniosło się na odczyt odległości r_x i r₀ oraz ustawienia amperomierza podłączonego do fotoelementu w pozycji równej 0. Drugim problemem z odczytem sprawiał amperomierz i woltomierz, z którego odczytywałem napięcie (U) i natężenie (I). Urządzenia te nie pokazywały jednaj stałej wartości, lecz wahały się w obrębie danej wartości.

5

---