1EE-DI 9.03.2010r.

1ROK ELEKTROTECHNIKA DZIENNE

Laboratorium z fizyki

Ćw. nr: 42

Wyznaczanie współczynnika

sprawności świetlnej źródła światła.

Michał Andres

L1

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie sprawności źródła światła, zapoznanie się z zagadnieniem fali elektromagnetycznej oraz fotometrii.

1. Zagadnienia teoretyczne

Światło jest częścią widma elektromagnetycznego. Wszystkie fale wchodzące w skład tego widma rozchodzą się w próżni z tą samą prędkością c ,różnią się natomiast długością i sposobem wytwarzania. Promieniowanie widzialne (λ=0,38-0,78µ) powstaje wskutek zmian energetycznych , zachodzących w elektronowej powłoce atomów lub cząstek. Źródłem wszelkiej fali elektromagnetycznej jest ruch ładunku.

Fotometria jest działem optyki , który zajmuje się badaniem energii promieniowania elektromagnetycznego i innych wielkości z nimi związanych. Dzieli się ona na fotometrię fizyczną i wizualną. W pierwszym przypadku otrzymujemy z badań energetyczne charakterystyki światła, które nie dostarczają informacji o subiektywnych wrażeniach wzrokowych wywołanych przez działanie światła na oko. Badaniem i pomiarami takiego działania zajmuje się fotometria wizualna.

Współczynnikiem sprawności świetnej źródła światła nazywamy stosunek strumienia świetlnego do mocy P:

I-natężenie światła

dla danego promieniowania

Zaś wrażliwość oka zależy od długości światła, gdyż względną widmową oka k() definiuje się jako:

w()-wrażliwość widmowa oka na promieniowanie o długości fali

- maksymalna wrażliwość oka

Maksymalne wrażliwość widmowej oka przypada na żółte widma, więc na światło o długości fali 555nm. I tak jest wrażliwość oka dla światła dziennego, gdyż w nocy jest inaczej(długość fali 510nm).Tak więc obserwując te dwie krzywe możemy mówić o pierwszej że jest krzyw(dzienna) wrażliwości czopków a druga jest to krzywa wrażliwości pręcików(krzywa nocna)

Współczynnik świetlnej sprawności jest równy ułamkowi całkowitej mocy promieniowania jaka przypada na światło, czyli promieniowanie widzialne. Zatem moc promieniowania w całym zakresie długości wynosi:

-e() jest mocą promieniownia przypadającą na długość fali

Moc promieniowania widzialnego:

Współczynnik sprawności energetycznej źródła definiujemy jako:

Źródło o jednakowej wydajności energetycznej nie jest identycznie wydajne wizualnie, gdyż światło o brawie żółtej w tych samych warunkach, wywoła wrażenie większej jasności niż światło czerwone. Zatem ten wzór definiuje się tak:

Moc żarówki :

1. Schematy pomiarowe

1. Opis pomiaru:

Ustawić sprzęt pomiarowy na stoisku roboczym (żarówki wzorcową Z i badaną oraz fotometr). Fotometr ustawić w połowie odległości pomiędzy źródłami światła, a następnie tak dobrać napięcie w obwodzie badanej żarówki ,aby oświetlenie było jednakowe po obu połówka widzenia fotometru .W tych warunkach . Odczytać wskazania woltomierza i porównać i odpowiadającymi im rezystancjami(wykres poniżej). Korzystając z zależności powyżej policzyć moc P, wyznaczyć całkowity strumień świetlny, oraz współczynnik wydajności świetlnej. Wyniki zapisać w tabeli

Następnie na obie żarówki nałożyć filtr. Do żarówki badanej przyłożyć napięcie U=100V. Ustawić tak fotometr aby oświetlenie jego obu połówek było jednakowe. Odczytać odległość fotometru i od żarówek. Przeprowadzić pomiar dla kolejnych następnych napięć do 200V ze skokiem o 10 V. Wyniki zapisać w tabeli.

Wykres pomocniczy (wykres zależności R/U)

1. Tabele Pomiarowe:

Tabela 1
37
37
37

Tabela 2
19

$u\left( U \right) = \frac{U}{\sqrt{3}} = \frac{2}{\sqrt{3}} = 1,1547$ [V]

$u\left( r \right) = \frac{r}{\sqrt{3}} = \frac{1}{\sqrt{3}} = 0,5774$ [cm]

$u\left( R \right) = \ \frac{\text{dR}}{\text{dU}}*u\left( U \right) = 0,0075U*u\left( U \right) = 0,0086$[KΩ]

Tabela 3
Nr. pomiaru
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

1. Obliczenia

Obliczam moc P, strumień świetlny oraz η dla światła białego:

Obliczam natężenie światła I(∆λ):

Przykładowe obliczenie (dla pierwszego pomiaru):

Obliczam strumień światła

Przykładowe obliczenie (dla pierwszego pomiaru):

Obliczam moc P ze wzoru:

Przykładowe obliczenie (dla pierwszego pomiaru):

Obliczam współczynnik wydajności świetlnej η:

Przykładowe obliczenie (dla pierwszego pomiaru):

Obliczanie niepewności typu B- przykładowy obliczenia dla 1 pomiaru

$u\left( P \right) = \sqrt{\left\lbrack \frac{\text{σP}}{\text{σU}}*u(U) \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{\text{σP}}{\text{σR}}*u(R) \right\rbrack^{2}} = \sqrt{\left\lbrack \frac{2U*R}{R^{2}}*u\left( U \right) \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{{- u}^{2}}{R^{2}}*u\left( R \right) \right\rbrack^{2}} = \sqrt{\left\lbrack \frac{2*100*2740}{2740^{2}}*1,1547 \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{{- 100}^{2}}{2749^{2}}*0,00866 \right\rbrack^{2}} = 0,08507$[W]

$u\left( I \right) = \sqrt{\left\lbrack \frac{\sigma I_{x}}{\sigma r_{1}}*u(r) \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{\sigma I_{x}}{\sigma r_{2}}*u(r) \right\rbrack^{2}} = \sqrt{\left\lbrack \frac{2I_{w}r_{1}}{r_{2}^{2}}*u\left( r \right) \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{{- 2I_{w}r_{1}}^{2}}{r_{2}^{3}}*u\left( r \right) \right\rbrack^{2}} = \sqrt{\left\lbrack \frac{2*19*62,6}{{11,4}^{2}}*0,5774 \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{{\left( - 2 \right)*19*62,6}^{2}}{{11,4}^{3}}*0,5774 \right\rbrack^{2}} = 0,064879$ [A]

$u\left( \eta \right) = \sqrt{\left\lbrack \frac{\text{ση}}{\text{σP}}*u(P) \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{\text{ση}}{\sigma I_{b}}*u(I) \right\rbrack^{2}\ } = \sqrt{\left\lbrack \frac{4\text{πI}_{b}}{- P^{2}}*u\left( P \right) \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{4\text{πP}}{P^{2}}*u\left( I \right) \right\rbrack^{2}} = \sqrt{\left\lbrack \frac{4*\pi*0,63011}{- {3,649635}^{2}}*0,08428 \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{4\pi*3,649635}{{3,649635}^{2}}*0,064879\ \right\rbrack^{2}} = 0,2290$ [lm/W]

1. Wykresy

1EE-DI Semestr letni.2010r.

1ROK ELEKTROTECHNIKA DZIENNE

L1

LABOLATORIUM Z FIZYKI

Fedio Grzegorz

Andres Michał