WYZNACZANIE NATĘŻENIA ŹRÓDŁA ŚWIATŁA I SPRAWNOŚCI ŚWIETLNEJ ŻARÓWKI .
BADANIE OŚWIETLENIA
Dział fizyki zajmujący się pomiarami promieniowania oraz charakterystyką zjawisk świetlnych nosi nazwę Fotometrii.
Podstawową wielkością w fotometrii jest natężenie źródła światła w danym kierunku, czyli światłość (ilość energii świetlnej wysyłanej przez źródło w jednostce czasu), jednostką natężenia źródła światła jest kandela (cd).
Ilość energii, którą przenoszą promienie świetlne przez dana powierzchnię w jednostce czasu , nazywa się strumieniem świetlnym ф. Strumień światła emitowany przez punktowe źródło światła będzie określony zależnością
d ф = I dω
Jeżeli punktowe źródło światła promieniuje równolegle we wszystkich kierunkach , wówczas można zapisać
Ф = I ω
Ф - strumień świetlny
I - natężenie źródła światła
ω -kąt bryłowy
Jednostką oświetlenia jest luks (lx); jest to oświetlenie powodowane przez strumień 1lumena padający na powierzchnię 1m2.
Prawo Lamberta:
Punktowe źródło światła o światłości I wywołuje na powierzchni znajdującej się w odległości r od źródła i ustawionej pod kątem α do kierunku padania światła oświetlenie , które można wyrazić wzorem:
Ważną rolę w fotometrii odgrywa współczynnik sprawności świetlnej źródła , który definiuje się jako stosunek jego światłości I do pobieranej mocy N:
Zadanie 21A. Sprawdzić prawo Lamberta.
Zestaw pomiarowy do sprawdzenia prawa Lamberta składa się z ławy optycznej , na której znajdują się : punktowe źródło światła i stolik z fotoogniwem luksomierza. Obrotowy stolik zaopatrzony jest w kątomierz do pomiaru kąta padania promieniowania na płytkę fotoogniwa.
Tabela pomiarowa.
E |
r |
8 lx |
0,8 |
10 lx |
0,75 |
12 lx |
0,7 |
15 lx |
0,65 |
19 lx |
0,6 |
24 lx |
0,55 |
32 lx |
0,5 |
42 lx |
0,45 |
56 lx |
0,4 |
73 lx |
0,35 |
95 lx |
0,3 |
171 lx |
0,35 |
B
α\r |
30cm |
40cm |
0 |
95 lx |
57 lx |
10 |
93 lx |
56 lx |
20 |
92 lx |
53 lx |
30 |
90 lx |
51 lx |
40 |
85 lx |
47 lx |
50 |
80 lx |
41 lx |
60 |
70 lx |
33 lx |
70 |
51 lx |
22 lx |
80 |
21 lx |
8 lx |
85 |
4,5 lx |
1,5 lx |
90 |
0 |
0 |
Zadanie B. Określić wydajność świetlną żarówki.
Przebieg ćwiczenia:
Ustawić na jednym końcu ławy optycznej wzorcowe źródło światła o natężeniu I1
Ustawić na drugim końcu ławy optycznej badane źródło światła .
Obwód połączyć według schematu
Żarówkę wzorcową włączyć bezpośrednio do sieci prądu przemiennego 220 V a żarówkę badana - przez autotransformator . Woltomierz i amperomierz można zastąpić watomierzem.
Ustawić autotransformator w położeniu , w którym napięcie zasilania źródła wyniesie 220V.
Przesuwając fotometr na ławie optycznej uzyskać jednakowe oświetlenie z obu stron i odczytac odległość r1 i r2.
Jak na schemacie :
Wyniki umieścić w tabeli :
U2 (V) |
r1 |
r2 |
220 |
0,49m |
0,74m |
200 |
0,55m |
0,68m |
180 |
0,64m |
0,59m |
160 |
0,72m |
0,51m |
140 |
0,82m |
0,41m |
120 |
0,92m |
0,31m |
100 |
1,01m |
0,22m |
80 |
1,10m |
0,13m |
60 |
1,18m |
0,05m |
Dyskusja błędu:
Na wynik doświadczenia i jego dokładność dużą role ma odczyt prądu płynącego przez źródło , oraz uzyskanie jednakowych oświetleń po obu stronach (które zależy od obserwatora)