Sprawozdanie z ćwiczenia nr 3

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 3 Data wykonania ćwiczenia: 12.12.2011

Data oddania sprawozdania:19.12.2011

Tytuł ćwiczenia:

Pomiar natężenia światła. Wyznaczanie widma promieniowania różnych źródeł światła.

Wykonujący ćwiczenie: Sagan Paweł

Wstęp

Światło jest falą elektromagnetyczną przenoszącą energię za pośrednictwem rozchodzących się w przestrzeni zmiennych pól elektrycznych i magnetycznych. Źródłem fali elektromagnetycznej mogą być wszelakie zmiany ruchu ładunków elektrycznych np.:

Falę elektromagnetyczną charakteryzuje: długość fali, częstotliwość oscylacji, prędkość rozchodzenia się w ośrodku. Zależność między parametrami charakteryzuje wzór: V = λv gdzie prędkość fali V=c=$2,99 \times 10^{8}\frac{m}{s}$

Widmo promieniowania jest to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego na poszczególne częstotliwości, długości fal lub energie. Widmo, które powstało w wyniku emisji promieniowania przez analizowaną substancję albo na skutek kontaktu z nią (przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite), może dostarczyć szeregu cennych informacji o badanej substancji. Widmo promieniowania określa ilościowy rozkład całkowitego promieniowania na falę o różnych długościach. Widmo elektromagnetyczne podzielone zostało na zakresy:

-Fale radiowe 10−4 −  104m

-Fale optyczne 10−9 −  10−4m

-Promienie Rentgena 10−12 −  10−9m

-Promienie gamma10−14 −  10−12m

Plancka stała, kwant działania, h, fundamentalna stała fizyczna, kwant momentu pędu (lub działania), wielkość h = 6,62491·10-34 J·s . Energia fotonu jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali świetlnej. Foton światła o większej długości fali niesie mniejszy zasób energii niż foton w zakresie fal krótkich. Aby obliczyć jaką niesie kilka fotonów należy użyć wzoru:


$$\ E = n \times N\frac{\text{hc}}{\lambda}$$

Filtrem nazywamy płytkę przepuszczającą światło w pewnym zakresie długości fal. Ze względu na proces fizyczny będący podstawą ich selektywności, wyróżniamy filtry dyfrakcyjne, interfrakcyjne i absorpcyjne. Fotometria jest to dział optyki dotyczący pomiarem wielkości charakteryzujących światło postrzeganych przez ludzkie oko w odróżnieniu od radiometrii, która dotyczy pomiarów energetycznych. Radiometry są to mierniki które pozwalają lepiej scharakteryzować natężenie oświetlenia, mierzące całkowitą energię promieniowania. Rodzajem radiometru jest kwantometr który mierzy gęstość strumienia fotonów S.

Wykonanie ćwiczenia

Przy pomocy filtrów barwnych z maksimami dla długości fal:390, 430, 490, 525, 580, 650, 670nm oraz kwantometru o czułości 400-700nm wyznaczone zostało widmo promieniowania lamp diodowych o białej, niebieskiej, zielonej, żółtej i czerwonej barwie światła. Następnie w podobny sposób wykonano pomiar natężenia światła lampy sodowej. Na koniec wykonano pomiar zależności między odległością od lampy a natężeniem promieniowania.

Obserwacje

Fale najintensywniej emitowanie przez poszczególne źródła promieniowania:

Kolor światła: Fala: [nm] Kolor światła: Fala: [nm]
Niebieski 430 Żółty 580
Zielony 525 Przezroczysty 430
Czerwony 580 LED 650

Gęstość strumienia energii dla fali λ = 580μmol/m2s

Niebieskie:

$E = n \times N\frac{\text{hc}}{\lambda} = \lbrack 1 \times 10^{- 6} \times 6,023 \times 10^{23}m^{- 2}s^{- 1}\rbrack \times \frac{\left\lbrack 6,626 \times 10^{- 34}\text{Js} \right\rbrack \times \lbrack 3,0 \times 10^{8}ms^{- 1}\rbrack}{\lbrack 580 \times 10^{- 9}m\rbrack}$=0,2064$\frac{J}{m^{2}s^{1}}$

Zielone:

$E = n \times N\frac{\text{hc}}{\lambda} = \lbrack 0,67 \times 10^{- 6} \times 6,023 \times 10^{23}m^{- 2}s^{- 1}\rbrack \times \frac{\left\lbrack 6,626 \times 10^{- 34}\text{Js} \right\rbrack \times \lbrack 3,0 \times 10^{8}ms^{- 1}\rbrack}{\lbrack 580 \times 10^{- 9}m\rbrack}$=0,1383$\frac{J}{m^{2}s^{1}}$

Czerwone:

$E = n \times N\frac{\text{hc}}{\lambda} = \lbrack 15,67 \times 10^{- 6} \times 6,023 \times 10^{23}m^{- 2}s^{- 1}\rbrack \times \frac{\left\lbrack 6,626 \times 10^{- 34}\text{Js} \right\rbrack \times \lbrack 3,0 \times 10^{8}ms^{- 1}\rbrack}{\lbrack 580 \times 10^{- 9}m\rbrack}$=3,2346$\frac{J}{m^{2}s^{1}}$

Żółte:

$E = n \times N\frac{\text{hc}}{\lambda} = \lbrack 5 \times 10^{- 6} \times 6,023 \times 10^{23}m^{- 2}s^{- 1}\rbrack \times \frac{\left\lbrack 6,626 \times 10^{- 34}\text{Js} \right\rbrack \times \lbrack 3,0 \times 10^{8}ms^{- 1}\rbrack}{\lbrack 580 \times 10^{- 9}m\rbrack}$=1,0321$\frac{J}{m^{2}s^{1}}$

Przezroczyste:

$E = n \times N\frac{\text{hc}}{\lambda} = \lbrack 10,67 \times 10^{- 6} \times 6,023 \times 10^{23}m^{- 2}s^{- 1}\rbrack \times \frac{\left\lbrack 6,626 \times 10^{- 34}\text{Js} \right\rbrack \times \lbrack 3,0 \times 10^{8}ms^{- 1}\rbrack}{\lbrack 580 \times 10^{- 9}m\rbrack}$=2,2025$\frac{J}{m^{2}s^{1}}$

LED:

$E = n \times N\frac{hc}{\lambda} = \lbrack 19,67 \times 10^{- 6} \times 6,023 \times 10^{23}m^{- 2}s^{- 1}\rbrack \times \frac{\left\lbrack 6,626 \times 10^{- 34}\text{Js} \right\rbrack \times \lbrack 3,0 \times 10^{8}ms^{- 1}\rbrack}{\lbrack 580 \times 10^{- 9}m\rbrack}$=4,0603$\frac{J}{m^{2}s^{1}}$

Wnioski

Falami najchętniej emitowanymi przez poszczególne źródło wynosi:

Natężenie promieniowania jest odwrotnie proporcjonalna do odległości od źródła. Im mniejsza jest odległość od lampy tym silniejszy jest strumień fotonów. Duża odległość od źródła fal przyczynia się do zmniejszenia ilości fotonów docierających.


Wyszukiwarka