I ET-DI 08.10.2012r

Laboratorium z fizyki

Ćw. nr: 41

Wyznaczanie natężenia nieznanego źródła światła za pomocą fotometru

Krystian Bartecki

L 1

1. Zagadnienia do samodzielnego opracowania.

Podstawowe wielkości fotometrii energetycznej i wizualnej:

• Energia promienista Q_e jest energią przenoszoną pod postacią fali elektromagnetycznej. Jej jednostką jest dżul – J.

• Gęstość energii promieniowania w_e jest to energia promienista przypadająca na jednostkę objętości; w_e=dQ/dV. Jednostką gęstości energii jest J/m³.

• Moc promieniowania Φ_c nazywana również strumieniem energii, jest to energia promienista przenoszona w jednostce czasu mierzona w watach, W = J/s.

• Strumień świetlny Φ_w jest to moc promienista oceniana na podstawie wywoływanego przez nią wrażenia wzrokowego w oku ludzkim; Φ = 4ΠI. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen – lm.

• Moc widmowa (spektralna) M_aλ źródła światła jest to moc promieniowania przypadająca na jednostkowy przedział długości fali; M_aλ = dΦ/dλ. Mierzy się ją w W/nm.

• Światłość (natężenie źródła światła) I_w jest w fotometrii wizualnej odpowiednikiem natężenia promieniowania i jest to strumień świetlny wysyłany przez źródło punktowe w granicach jednostkowego kąta bryłowego. Jednostką światłości jest kandela – cd.

• Luminacja energetyczna L_e (gęstość powierzchniowa natężenia promieniowania) jest to stosunek natężenia promieniowania w określonym kierunku od pola rzutu powierzchni emitującej na płaszczyznę prostopadłą do tego kierunku.

• Luminacja (jasność) L_w jest w fotometrii wizualnej odpowiednikiem luminacji energetycznej. Jej jednostką jest kandela na metr kwadratowy – cd/m².

Światłość źródeł światła mierzymy porównując ją ze światłością wzorca (np. kandeli) czy też źródła światła o znanej światłości. Przyrządy służące do porównywania światłości różnych źródeł światła nazywamy fotometrami.

Jednym z najbardziej znanych i zarazem najprostszym fotometrem jest fotometr Bunsena. Składa się on z dwóch zwierciadeł ustawionych w taki sposób, aby można było oglądać jednocześnie obie strony kartki papieru. Na kartce tej jest zatłuszczona plama. Jeśli natężenie oświetlenia jest jednakowe z obu stron kartki, to tłusta plama przestaje być widoczna.

gdzie: r₁ i r₂ – odległości obu źródeł od kartki.

1. Tabele oraz obliczenia

I	r	rx	Ix	Φx
[cd]	[m]	[m]	[cd]	[lm]
19	0,571	0,124	0,90	11,25
	0,574	0,121	0,84	10,60
	0,567	0,128	0,97	12,16
	0,569	0,126	0,93	11,70
	0,563	0,132	1,04	13,12
	0,576	0,119	0,81	10,19
	0,571	0,124	0,90	11,25
	0,564	0,131	1,03	12,87
	0,567	0,128	0,97	12,16
	0,574	0,121	0,84	10,60
	0,570	0,125	0,91	11,48
	0,562	0,133	1,06	13,37
	0,568	0,127	0,95	11,93
	0,573	0,122	0,86	10,82
	0,576	0,119	0,81	10,19

$$I_{x} = I\frac{r_{x}^{2}}{r^{2}}$$

Φ_x = 4πI_x

$r_{sr} = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}r_{i} = 0,570$[m]

$r_{xsr} = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}r_{xi} = 0,125$[m]

$u\left( r \right) = \sqrt{\frac{1}{n(n - 1)}\sum_{i = 1}^{n}{{(r}_{i} - r_{sr})}^{2}} = 0,001$[m]

$u\left( r_{x} \right) = \sqrt{\frac{1}{n(n - 1)}\sum_{i = 1}^{n}{{(r}_{\text{xi}} - r_{xsr})}^{2}} = 0,001$[m]

$I_{xsr} = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}I_{xi} = 0,92\ $[cd]

$\Phi_{xsr} = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\Phi_{\text{xi}} = 11,58\ $[lm]

I_xsr = 0, 92 ± 0, 03 [cd]

Φ_sr = 11, 58 ± 0, 38 [lm]

1. Wnioski

W ćwiczeniu mieliśmy za zadanie wyznaczyć natężenie nieznanego źródła światła I_xśr , oraz wielkość całkowitego strumienia świetlnego wysyłanego przez badane źródło φ. Po dokonaniu pomiarów i obliczeń, można uznać zadanie za poprawne, mimo niedociągnięć, które były spowodowane m.in. częściowo oświetlonym pomieszczeniem. Nawet niewielka ilość światła z zewnątrz spowodowała niewielki wynik natężenia światła badanego źródła.