Nr ćw. 309 |
16 I 2003
|
ANNA PIETRZAK MARITA PALCZYNSKA |
Wydział Elektryczny |
Semestr: 1
|
Grupa T4 |
mgr EWA STAS |
Przygotowanie |
Wykonanie |
Ocena ost. |
||
„Wyznaczanie sprawności świetlnej żarówki za pomocą fotometru Lummera - Brodhuna.”
Wprowadzenie
Strumie* *wietlny jest to ilo** energii, jak* przenosz* fale *wietlne przez dowoln* powierzchni* w jednostce czasu. Strumie* *wietlny ma wymiar mocy I mo*e by* zmierzony na podstawie ilo*ci ciepła oddanego ciału całkowicie pochłaniaj*cemu.
Nat**eniem *wiatła wysyłanego przez *ródło w danym kierunku nazywamy stosunek strumienia zawartego w granicach k*ta bryłowego do warto*ci tego k*ta.
O*wietlenie dowolnej powierzchni, znajduj*cej si* w odległo*ci r od *ródła punktowego o *wiatło*ci I oraz nachylonej pod k*tem do kierunku padania *wiatła, wyra*a si* wzorem:
Jest to tzw. prawo Lamberta.
Zasada pomiaru polega na takim dobraniu odległo*ci *ródła badanego I wzorcowego od fotometru, aby o*wietlenie pewnej powierzchni przez oba *ródła było jednakowe. Oznaczaj*c *wiatło** *ródła wzorcowego indeksem w, a mierzonego indeksem x, mo*emy zapisa* o*wietlenia:
Przy stwierdzonej do*wiadczalnie równo*ci o*wietle* Ew = Ex oraz przy równych k*tach otrzymamy proporcj*:
,
która pozwala wyznaczy*, na podstawie pomiarów odległo*ci, bezwzgl*dn* warto** *wiatło*ci *ródła, gdy znana jest *wiatło** *ródła wzorcowego. Najcz**ciej jednak wyznaczamy *wiatło** wzgl*dn*, która wyra*a si* wzorem:
Sprawno*ci* *wietln* *ródła nazywamy stosunek jego *wiatło*ci I do pobieranej mocy P:
Część praktyczna ćwiczenia:
Do obliczeń skorzystam ze wzoru na sprawność świetlną żarówki :
Tabela wyników:
Lp. |
U[ V ] |
I [ A ] |
rx |
rw |
|
|
P = U I [ W ] |
ΔP |
1 |
120 |
0.030 |
0.25 |
1.02 |
0.060 |
|
3.6 |
|
2 |
120 |
0.030 |
0.255 |
1.015 |
0.063 |
|
3.6 |
|
3 |
120 |
0.030 |
0.245 |
1.025 |
0.057 |
|
3.6 |
|
4 |
120 |
0.030 |
0.254 |
1.016 |
0.063 |
|
3.6 |
|
5 |
120 |
0.030 |
0.248 |
1.022 |
0.059 |
|
3.6 |
błąd 0.240 |
|
|
|
|
|
0.0604 |
0.0168 błąd |
|
|
6 |
140 |
0.033 |
32.5 |
94.5 |
0.118 |
|
4.62 |
|
7 |
140 |
0.033 |
32.3 |
94.7 |
0.116 |
|
4.62 |
|
8 |
140 |
0.033 |
32.2 |
94.8 |
0.115 |
|
4.62 |
|
9 |
140 |
0.033 |
32.6 |
94.4 |
0.119 |
|
4.62 |
|
10 |
140 |
0.033 |
32.3 |
94.7 |
0.116 |
|
4.62 |
błąd 0.272 |
|
|
|
|
|
0.01168 |
0.0253 błąd |
|
|
11 |
160 |
0.037 |
41.7 |
85.3 |
0.235 |
|
5.92 |
|
12 |
160 |
0.037 |
41.2 |
85.8 |
0.231 |
|
5.92 |
|
13 |
160 |
0.037 |
41.3 |
85.7 |
0.232 |
|
5.92 |
|
14 |
160 |
0.037 |
40.8 |
86.2 |
0.224 |
|
5.92 |
|
15 |
160 |
0.037 |
40.7 |
86.3 |
0.222 |
|
5.92 |
błąd 0.308 |
|
|
|
|
|
0.02288 |
0.386 błąd |
|
|
16 |
180 |
0.040 |
48.5 |
78.5 |
0.382 |
|
7.20 |
|
17 |
180 |
0.040 |
48.4 |
78.6 |
0.379 |
|
7.20 |
|
18 |
180 |
0.040 |
48.7 |
78.3 |
0.387 |
|
7.20 |
|
19 |
180 |
0.040 |
48.5 |
78.5 |
0.382 |
|
7.20 |
|
20 |
180 |
0.040 |
48.8 |
78.2 |
0.389 |
|
7.20 |
błąd 0.340 |
|
|
|
|
|
0.03838 |
0.533 błąd |
|
|
21 |
200 |
0.044 |
55.4 |
71.6 |
0.598 |
|
8.80 |
|
22 |
200 |
0.044 |
55.8 |
71.2 |
0.614 |
|
8.80 |
|
23 |
200 |
0.044 |
55.5 |
71.5 |
0.601 |
|
8.80 |
|
24 |
200 |
0.044 |
55.7 |
71.3 |
0.610 |
|
8.80 |
|
25 |
200 |
0.044 |
55.6 |
71.4 |
0.606 |
|
8.80 |
błąd 0.376 |
|
|
|
|
|
0.06058 |
0.688 błąd |
|
|
Obliczenie błędu mocy:
[W]
gdzie: ΔI - 0,001 A
ΔU - 4 V
Obliczenie błędu sprawności świeltnej:
gdzie:
dRx,dRw - dokładność pomiaru odległości wynosząca 1 mm
dP - błąd pomiaru mocy
Uwagi:
Wielkości rx i rw w tabeli są nie posiadają jednostek choć był mierzone jako [cm] gdyż nie jest to konieczne do obliczeń.
Wnioski
Wydajno** *wietlna *arówki jest okre*lona zale*no*ci* liniową (p.wykres doł*czony do sprawozdania), co wynika ze wzoru na moc pr*du: P = U * I, gdzie zmieniaj* si* obie warto*ci, zarówno napi*cie pr*du jak i jego nat**enie. Im wi*ksza jest pobierana moc przez *arówk*, tym jej sprawno** jest wi*ksza.
Równomierność oświetlenia dwóch powierzchni oceniana "na oko" jest mało dokładną metodą pomiarową, dlatego każdy pomiar powtarzałem pięć razy, każdorazowo rozregulowywując fotometr. Dzięki temu uzyskana wartość średnia odległości fotometru od żarówki badanej i wzorcowej jest stosunkowo dokładna.
Błędy pomiarowe wyniknęły również z mało dokładnych przyrządów pomiarowych (dokładności odczytu : położenia fotometru - 1mm, woltomierza - 4V, miliamperomierza - 1mA). Obliczając sprawność świetlną żarówki wszystkie te wielkości wystąpiły we wzorze, więc również błędy sumowały się - stąd błąd jest stosunkowo duży.
Ponadto samo prawo Lamberta powinno być stosowane do źródeł punktowych, dlatego obliczona wartość światłości względnej Ir jest obarczona pewnym niewielkim błędem.
Mimo tego widać wyraźnie, że :
a) światłość względna żarówki Ir rośnie wraz ze wzrostem napięcia V
b) sprawność świetlna rośnie wraz ze wzrostem mocy P pobieranej przez żarówkę badaną.
1