Budownictwo rok I	Fotometr Bunsena	Data: 12.03.2008
Nr ćw. 4

1. Wprowadzenie

Fotometria wizualna jest działem optyki zajmująca się oceną źródeł światła (ciała, które przetwarzając energię cieplną, elektryczną lub inny rodzaj energii na promieniowanie świetlne) na podstawie subiektywnych wrażeń wzrokowych. Wielkością charakteryzującą źródło światła jest jego natężenie (światłość) I, wyrażająca ilość promieniowania świetlnego wysyłanego przez źródło światła w jednostce czasu w jednostkowy kąt bryłowy. Jednostką natężenia jest kandela (cd), to jest natężenie, z jakim promieniuje w kierunku prostopadłym pole powierzchni 1/600000 m² ciała doskonale czarnego, w temp. Krzepnięcia platyny pod ciśnieniem jeden atmosfery. Punktowe źródło światła wysyła promieniowanie we wszystkich kierunkach, wskutek czego do oświetlonej nim powierzchni dochodzi tylko część wysyłanego promieniowania. Energię promieniowania świetlnego przechodzącego w jednostce czasu przez powierzchnię nazywamy strumieniem świetlnym Φ. Jednostką jest lumen (lm), jest to strumień wysyłany przez punktowe źródło światła o natężeniu 1 cd i zawarty wewnątrz kąta bryłowego o wartości 1 sr. Oświetleniem lub natężeniem oświetlenia E nazywamy stosunek padającego strumienia świetlnego dΦ do pola powierzchni dS. Jednostką jest luks (lx), jest to oświetlenie powierzchni 1m², na która pada prostopadle i równomiernie strumień światła 1 lm. Punktowe źródło światła o natężeniu I, wysyłające promieniowanie równomiernie we wszystkich kierunkach, oświetla współśrodkową powierzchnię kulistą znajdującą się w odległości r od tego źródła światła. Natężenie oświetlenia powierzchni określa się wzorem:

E =

Natężenie oświetlenia dowolnej powierzchni znajdującej się w odległości r od punktowego źródła światła o natężeniu I i nachylonej pod kątem α do kierunku padania światła określa wyrażenie („prawa odwrotnych kwadratów” - prawo Lamberta):

E =
cos α

Do pomiarów natężenia źródła światła służy przyrząd zwany fotometrem, którego działanie polega na porównywaniu natężenia badanego źródła z natężeniem żarówki wzorcowej. Załóżmy, że promieniowanie pochodzące z obydwu źródeł pada na oświetloną powierzchnię pod tym samym kątem (najlepiej równym zero) i oświetlenia dawane przez obydwa źródła są sobie równe: E₀ = E_x. Można to też zapisać:

=

Gdzie wskaźnik „0” oznacza źródło wzorcowe, a „x” badane. Ponieważ z założenia α₀=α_x wtedy wyrażenie przyjmuje postać:

=

Znając I₀ możemy wyznaczyć natężenie I_x lub względne natężenie W:

I₀ lub

Jedną wielkości charakteryzujących źródło światła jest jego sprawność η = I/P. Jednostką jest cd/W. Światłość żarówek zależy od temperatury włókna żarówki. W pewnym przedziale temp. Światłość jest proporcjonalna do n-tej potęgi temp. bezwzględnej włókna: I = CTⁿ, gdzie C - wsp proporcjonalności, T - temperatura włókna żarówki w K. z prawa Stefana - Boltzmanna wynika, że zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do 4 potęgi jego temp. bezwzględnej. Źródło światła w warunkach równowagi (T=const) pobiera i emituje równe ilości energii. Z zasady zachowania energii otrzymujemy: P = σT⁴, gdzie P - moc a σ - stała. Eliminując temperaturę z powyższych wzorów otrzymujemy:

,

gdzie A - stała.

Logarytmując poprzednie wyrażenie i podstawiając za I światłość względną W otrzymujemy:

Opis urządzenia pomiarowego

Jednym z najstarszych fotometrów jest fotometr Bunsena, którego zasadniczą częścią jest pionowo umieszczona w statywie kartka białego papieru (ekran) z tłustą plamą. Jeżeli ekran oświetlimy tylko z jeden strony, to tłusta plama jest widoczna na tle ekranu. Po oświetleniu ekranu, z obydwu stron i dobraniu odpowiednich (równych) natężeń oświetlenia ekranu, tłusta plama staje się niewidoczna. Pozwala to porównywać natężenie źródeł światła. Dwa źródła światła umieszczamy na osi prostopadłej do kartki papieru z tłustą plamą. Odległość r₀ i r_x obu źródeł od kartki dobieramy tak, aby tłusta plama oglądana z jeden i drugiej strony kartki była niewidoczna na jej tle. Wówczas natężenia oświetlenia obu stron kartki jest jednakowe. W modyfikacji fotometru Bunsena zastąpiono kartkę z tłusta plamą fotoelementem z warstwą zaporową. Zadaniem fotoelementu jest przekształcanie energii świetlnej w elektryczną.

2. Tabela pomiarów

U [V]	I [A]	r0 [cm]	rx [cm]	Natężenie badanego źródła światła Ix	Moc pobrana przez źródło badane P	Współczynnik sprawności η

---