nr ćwiczenia 309	data 04.05. 2011 r.		Wydział TCH Kierunek TCH	Semestr II	Grupa 1.5
prowadzący dr J.Barańska			przygotowanie	wykonanie	ocena

Wyznaczanie sprawności świetlnej żarówki za pomocą fotometru Lummera-Brodhuna.

W doświadczeniu tym wykorzystywany będzie wspomniany już fotometr, ława optyczna, żarówki, autotransformator, woltomierz oraz amperomierz.

Do przeprowadzenia naszego doświadczenia wymagana jest znajomość następujących pojęć i praw:

• Pojęcie strumienia świetlnego - nazywamy nim ilość energii, jaką przenoszą fale świetlne przez dowolną powierzchnię w jednostce czasu i oznaczamy go symbolem Φ

• Pojecie natężenia światła (światłości) - jest to stosunek strumienia świetlnego zawartego w granicach nieskończenie małego kąta bryłowego wydzielonego z przestrzeni wokół ciała promieniującego do wartości tego kąta:

Wzór na światłość względną:

• Pojęcie luminacji (jaskrawości) - definiuje się ją jako stosunek światłości do powierzchni widzianej pod kątem ϕ:

Jaskrawość charakteryzuje jednak tylko rozciągłe źródła światła. Jednostką luminacji jest nit (nt)

• Pojęcie oświetlenia - określa się nim stosunek strumienia świetlnego do wielkości powierzchni, na jaką pada:

Światło padające ulega odbiciu lub rozproszeniu - przez co powierzchnia ta staje się źródłem wtórnym.

• Pojęcie wydajności świetlnej (sprawności świetlnej) - rozumiemy przez to stosunek światłości źródła światła do pobieranej przez nie mocy:

• Jednostki fotometryczne - podstawową jednostką jest kandela (cd); pozostałe jednostki są pochodne - ustalamy je na podstawie praw wiążących je ze światłością. Jednostką luminacji jest nit (nt):

Natomiast jednostką oświetlenia jest luks (lx):

• Fotometr - przyrząd służący do pomiaru wielkości fotometrycznych; Jest to fotometr wizualny (rejestratorem jest oko ludzkie) - pomiar ma charakter porównawczy (względny)

• Prawo Lamberta - głosi, iż oświetlenie dowolnej powierzchni, znajdującej się w odległości r od źródła punktowego o światłości I i nachylonej pod kątem ϑ do kierunku padania światła, wyraża się wzorem:

Pomiary i obliczenia:

R_x - odległość od badanej żarówki

R_w - odległość od żarówki wzorcowej

120	położenie przyrządu pomiarowego [cm]
150	żarówka badana [cm]
4	żarówka wzorcowa [cm]
napięcie startowe	125,14 V

Lp.	U [V]	I [A]	r1 [cm]	r2 [cm]	r3 [cm]	r4 [cm]	r5 [cm]	rśr [cm]
1	131,8	0,130	118,2	117,9	118,0	117,6	118,1	118,0
2	137,1	0,133	115,8	114,9	115,1	115,5	115,1	115,3
3	142,6	0,136	112,3	112,2	113,0	112,4	112,9	112,6
4	149,4	0,139	110,6	109,9	111,0	110,0	109,9	110,3
5	155,0	0,142	107,4	107,0	107,5	107,6	107,5	107,4
6	164,4	0,146	104,1	105,0	104,4	104,3	104,8	104,5
7	170,1	0,149	102,0	102,6	103,0	101,9	102,3	102,4
8	177,2	0,152	99,5	99,9	99,6	99,0	99,9	99,6
9	187,3	0,156	94,7	96,0	95,5	95,6	96,0	95,6
10	195,5	0,160	91,9	91,2	92,0	91,6	92,1	91,8
11	199,0	0,161	90,5	91,0	90,4	90,8	90,5	90,6

Lp.	U [V]	I [A]	Rx [cm]	Rw [cm]	Ir = Rx^2/Rw^2	P = UI [W]	 = Ir/P [1/W]
1	131,8	0,130	32,0	114,0	0,07905	17,134	0,004613403
2	137,1	0,133	34,7	111,3	0,09735	18,2343	0,005338707
3	142,6	0,136	37,4	108,6	0,11894	19,3936	0,006133009
4	149,4	0,139	39,7	106,3	0,13967	20,7666	0,006725894
5	155,0	0,142	42,6	103,4	0,16974	22,01	0,007711841
6	164,4	0,146	45,5	100,5	0,20471	24,0024	0,008528669
7	170,1	0,149	47,6	98,4	0,23459	25,3449	0,009255841
8	177,2	0,152	50,4	95,6	0,27827	26,9344	0,010331522
9	187,3	0,156	54,4	91,6	0,35353	29,2188	0,012099357
10	195,5	0,160	58,2	87,8	0,44040	31,28	0,014079355
11	199,0	0,161	59,4	86,6	0,46941	32,039	0,014651158

Przykładowe obliczenia:

a) Dla pomiaru 1

b) Dla pomiaru 3

c) Dla pomiaru 10

Liniami czarnymi zaznaczone są słupki błędów.

Obliczenie błędu mocy

[W]

gdzie: ΔI - 0,002 A

ΔU - 4 V

Przykładowe obliczenia:

Obliczenie błędu sprawności świetlnej:

gdzie:

dR_x,dR_w - dokładność pomiaru odległości wynosząca 1 mm

dP - błąd pomiaru mocy

Przykładowe obliczenia:

Lp.	U [V]	Rx [cm]	Rw [cm]	Ir = Rx^2/Rw^2	P [W]	ΔP	Δη
1	131,8	32,0	114,0	0,00006	17,1340	0,2638303	0,002210942
2	137,1	34,7	111,3	0,00021	18,2343	0,2750512	0,002120429
3	142,6	37,4	108,6	0,00044	19,3936	0,2869704	0,002040562
4	149,4	39,7	106,3	0,00072	20,7666	0,3016673	0,001944358
5	155,0	42,6	103,4	0,00104	22,0100	0,3141623	0,001889363
6	164,4	45,5	100,5	0,00133	34,0024	0,3341279	0,001783958
7	170,1	47,6	98,4	0,00169	25,3449	0,3469740	0,001730997
8	177,2	50,4	95,6	0,00204	31,2693	0,3625529	0,001686456
9	187,3	54,4	91,6	0,00231	29,2188	0,3838357	0,001641684
10	195,5	58,2	87,8	0,00262	31,2800	0,4014657	0,001622369
11	199,0	59,4	88,6	0,00306	32,0390	0,4102219	0,001613768

Wnioski:

Równomierność oświetlenia dwóch powierzchni oceniana "na oko" jest mało dokładną metodą pomiarową, dlatego każdy pomiar powtarzałyśmy kilka razy, każdorazowo rozregulowując fotometr. Dzięki temu uzyskana wartość średnia odległości fotometru od żarówki badanej i wzorcowej jest stosunkowo dokładna.

Błędy pomiarowe wyniknęły również z mało dokładnych przyrządów pomiarowych (dokładności odczytu : położenia fotometru - 1mm, woltomierza - 4V, miliamperomierza - 2mA).

Ponadto samo prawo Lamberta powinno być stosowane do źródeł punktowych, dlatego obliczona wartość światłości względnej Ir jest obarczona pewnym niewielkim błędem.

Zestawienie wyników

P [W]	ΔP
17,13	0,26
18,2	0,3
19,4	03
20,8	0,3
22,0	0,3
34,0	0,3
25,34	0,35
31,27	0,36
29,2	0,4
31,3	0,4
32,0	0,4

---