Michał Górnowicz Data oddania ćw. wydz. Nawigacyjny 16.01.2002
spec. Transport morski
gr. Laboratoryjna: VII
Numer ćwiczenia: 21
Sprawozdanie z laboratorium fizyki
Temat: Wyznaczanie natężenia źródła światła i sprawności świetlnej żarówki. Badanie oświetlenia.
W fotometrii rozróżniamy kilka wielkości fizycznych, przy czym główną jest natężenie źródła światła. Pozostałe jednostki fotometryczne ustala się jako pochodne, na podstawie praw wiążących je z natężeniem. Jednostką natężenia źródła światła - światłości (ilość energii świetlnej wysyłanej przez źródło w jednostce czasu) jest kandela (cd). Źródłem promieniowania świetlnego o natężeniu 1 kandeli jest rurka z tlenku toru w temperaturze krzepnięcia platyny (2042 K), przy ciśnieniu 1 atmosfery fizycznej, z otworkiem o powierzchni
.
Strumień świetlny jest to ilość energii, którą przenoszą promienie świetlne przez daną powierzchnię w jednostce czasu. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen. Strumień świetlny emitowany przez punktowe źródło światła:
Gdy punktowe źródło światła promieniuje równomiernie we wszystkich kierunkach, wówczas:
gdzie:
- strumień świetlny;
I - natężenia źródła światła;
- kąt bryłowy.
Oświetlenie jest to stosunek strumienia świetlnego padającego prostopadle na element powierzchni ds, do tejże powierzchni. Jednostką oświetlenia jest luks:
Kiedy punktowe źródło światła o natężeniu I, znajduje się w odległości r od powierzchni na którą pada, a ponad to pod kątem do normalnej, oświetlenie wyraża się wzorem:
Powyższa zależność przedstawia prawo Lamberta.
Współczynnik sprawności świetlnej źródła jest to stosunek światłości źródła I do pobieranej przez nie mocy N:
Ćwiczenie 1 : Sprawdzenie prawa Lamberta.
Na ławie optycznej umieszczono punktowe źródło światła oraz stolik obrotowy z fotoogniwem luksomierza. Stolik obrotowy posiada kątomierz do pomiaru kąta padania promieniowania na płytkę fotoogniwa. Kątomierz ustawiono na zero. Przy niezmienionej pozycji kątomierz odczytywano oświetlenie E oraz odległość r, którą następnie zwiększano o 0,5 m. Czynności te powtórzono dla kąta 30o. Wyniki przedstawiono w tabeli :
|
|
=0o |
=30o |
r [m] |
1/r2 |
E [lx] |
E [lx] |
0,40 |
6,2500 |
94,0 |
90,0 |
0,45 |
4,9383 |
88,0 |
83,0 |
0,50 |
4,0000 |
83,5 |
78,0 |
0,55 |
3,3058 |
77,9 |
71,8 |
0,60 |
2,7778 |
71,8 |
65,0 |
0,65 |
2,3669 |
66,0 |
59,2 |
0,70 |
2,0408 |
61,0 |
54,5 |
0,75 |
1,7778 |
55,9 |
49,0 |
0,80 |
1,5625 |
50,3 |
45,0 |
0,85 |
1,3841 |
47,0 |
41,9 |
0,90 |
1,2346 |
43,0 |
37,5 |
0,95 |
1,1080 |
40,0 |
34,0 |
1,00 |
1,0000 |
37,2 |
31,8 |
Na podstawie programu komputerowego wyznaczono średnie natężenie źródła światła I. Wynosi ono dla 0o; I=1,259 cd.a dla 30o; I = 1,315 cd
Błędy jakie się wkradły do pomiarów wynikają z niedokładności przyrządów pomiarowych oraz z niewłaściwych warunków przeprowadzania doświadczeń. Na błędy ma także wpływ dokładność luksomierza, który nie był zbyt dokładny. Błędy jakie mogły wyniknąć z pomiaru odległości są rzędu jednego centymetra. Rachunek błędu przeprowadzony poniżej uwzględnia błąd odległości oraz oświetlenia, nie uwzględnia natomiast niedokładności powstałych z winy przeprowadzających ćwiczenie:
Drugim etapem ćwiczenia jest zmierzenie oświetlenia przy zmiennym kącie, a stałej odległości. Pomiary przeprowadzono dla odległości r=0,4m. Wyniki pomiarów zebrano w tabeli:
kąt |
0 |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
E [lx] |
53 |
52 |
50 |
48 |
43 |
36 |
32 |
Błędy, którymi obarczone są wyniki jak i pomiary w ćwiczeniu wynikają głównie z niedokładności kątomierza na stoliku optycznym, a także z niewłaściwych warunków do przeprowadzenia ćwiczenia. Ćwiczenie przeprowadzane było w niecałkowitej ciemności, przy ścianie pokrytej farbą, której powierzchnia odbija światło. Te, jak i wiele innych (wymienionych wyżej) czynników wpływa na wyniki doświadczenia.
Ćwiczenie 2
Źródło wzorcowe zostało włączone bezpośrednio do gniazdka prądu przemiennego ~220V. Żarówka badana została podłączona do sieci przez autotransformator. Następnie zmieniano napięcie prądu płynącego przez żarówkę badaną i notowano odległości r1 (odległość fotometru od źródła wzorcowego) i r2 (odległość fotometru od źródła badanego) oraz napięcie prądu płynącego przez żarówkę badaną. Wyniki zestawiono w tabeli:
U [V] |
U [V] |
r1 [m] |
r2 [m] |
I2 [cd] |
1,367 |
9,8 |
0,5 |
0,8 |
3,49 |
1,367 |
8,8 |
0,6 |
0,7 |
1,86 |
1,367 |
7,6 |
0,7 |
0,6 |
1,00 |
1,367 |
6,8 |
0,8 |
0,5 |
0,53 |
1,367 |
5,6 |
0,9 |
0,4 |
0,27 |
Błędy jakie wkradły się do ćwiczenia wynikają głownie z błędnego odczytania odległości lub z nieprawidłowej oceny jednakowego oświetlenia powierzchni fotometru.
strona 2