SPRAWOZDANIE Z WYKONANIA ĆWICZENIA
Elźbieta Tchorowska
Rok:3, kierunek: fizyka 11.12.2013
Czwartek, godz. 9:45 Dr T. Ossowski
Ćwiczenie nr 71,
BADANIE ELEKTRYCZNYCH ŹRÓDEŁ ŚWIATŁA
Przyrządy pomiarowe: Dokładność:
…dioda LED........................................ ………..........…...…..
….fotodioda FD.............. ……………. ………..........………..
…miernik natężenia fotoprądu………. ………zak. µA, 0,1 µA.
….żarówka 25W.................................. …..................................
…..amperomierz METEX M-360........ ….....0,01s..................
Tabela pomiarowa:
Dla l=20cm -> ifwz=12,4 µA wzorcowe J=6 kandeli
Dla l=20 cm -> żarówka 25W
Transformator U[V] | Miernik U[V] | Miernik fotoprądu I[µA] |
---|---|---|
100 | 3,7 | 16 |
120 | 3,4 | 21,7 |
140 | 2,9 | 28,9 |
160 | 2,5 | 34 |
180 | 2,2 | 40,8 |
200 | 1,8 | 45,8 |
220 | 1,5 | 49,9 |
Dla l=20cm -> żarówka kompaktowa
P=10W, if =31,8 µA
Opis teoretyczny:
Światło jest tą częścią promieniowania elektromagnetycznego, które jest odbierane przez zmysł wzroku. Ten rodzaj światła nazywamy światłem widzialnym. Ludzkie oko reaguje na fale o długości 380-780 nm.
Mamy dwie główne wielkości fotometryczne.
Natężenie źródła światła (światłość)
(1)
Gdzie:
– widmowe natężenie źródła światła (w watach na steradian na m),
K – współczynnik pozwalający przeliczyć natężenie światła na strumień świetlny dla
światła o długości 555 nm; K = 680 lm/W,
– współczynnik skuteczności świetlnej,
λ – długość fali świetlnej.
Natężenie oświetlenia (oświetlenie)
(2)
Gdzie:
- natężenie oświetlenia, dane w luksach
– strumień świetlny,
– oświetlona powierzchnia.
Źródłami światła nazywamy obiekty wysyłające światło widzialne. Klasyfikacja źródeł światła:
Podział źródeł ze względu na sposób generacji
Jądrowe (Słońce)
Termoluminescencja (Lampy włóknowe, Lampy gazowe)
Fluorescencja
Elektroluminescencja
LED
Inne
Podział źródeł ze względu na charakterystyki spektralne
Światło białe
Światło RGB
Światło quasimonochromatyczne
Światło monochromatyczne
Inne
Analiza pomiarów
Aby wyznaczyć sprawności świetlne żarówki i świetlówki kompaktowej, musimy wyznaczyć wysyłane przez nie strumienie świetlne Φ. Całkowity strumień światła ΦW wysyłany przez źródło izotropowe o światłości N kandeli jest równy 4πΝ = 12,57×N lumenów. Przy jednakowych odległościach każdego ze źródeł od fotodiody możemy przyjąć, że emitowane strumienie świetlne są proporcjonalne do światłości poszczególnych źródeł Jwz, J1, J2, a więc także do zmierzonych natężeń fotoprądów iwz, i1, i2.
Korzystamy ze wzoru:
, gdzie n = 1 lub 2 (3)
Dla n=1 (żarówka 25W i 220V)
=4,02
=303,19lm
Jn=24,12 kandeli
Dla n=2 (żarówka kompaktowa i 220V)
=2,56
=193,08lm
Jn=15,36 kandeli
Sprawność świetlna η, zdefiniowana jako stosunek wysyłanego strumienia świetlnego Φ, do pobieranej mocy elektrycznej P:
(4)
Sprawność dla żarówki 25W:
Sprawność dla żarówki kompaktowej:
Żarówka kompaktowa jest sprawniejsza od żarówki zwykłej o
raza.
Rachunek niepewności
$$n = n*(\frac{F}{F} + \frac{P}{P})$$
$$F = F*(\frac{i_{\text{wz}}}{i_{\text{wz}}} + \frac{i}{i})$$
$$F = F*\left( \frac{i_{\text{wz}}}{i_{\text{wz}}} + \frac{i}{i} \right) = 303,19*\left( \frac{0,1}{12,4} + \frac{0,1}{49,9} \right) = 303,19*\left( 0,008 + 0,002 \right) = 3,03$$
$$n = n*\left( \frac{F}{F} \right) = 12,13*\frac{3,03}{303,19} = 0,12$$
$$F = F*\left( \frac{i_{\text{wz}}}{i_{\text{wz}}} + \frac{i}{i} \right) = 193,08*\left( \frac{0,1}{12,4} + \frac{0,1}{15,36} \right) = 193,08*\left( 0,008 + 0,0065 \right) = 2,80$$
$$n = n*\left( \frac{F}{F} \right) = 19,31*\frac{2,80}{193,08} = 0,28$$