1. Wstęp teoretyczny

Fotometria - dział optyki zajmujący się pomiarem światła tak jak jest ono postrzegane przez ludzkie oko i tym różni się od, radiometrii, która mierzy obiektywną wartość fal elektromagnetycznych. Fotometria jest zainteresowana wrażeniem, jakie jest percypowane przez ludzie oko na skutek stymulacji falą elektromagnetyczną, punktem wyjścia fotometrii jest, więc charakter oka jako wybiórczego detektora widma elektromagnetycznego. Jednostki fotometryczne, w przeciwieństwie do radiometrycznych mogą służyć jako wskaźniki w eksperymentach psychofizycznych. Jednostki fotometryczne różnią się w swej naturze od radiometrycznych mniej więcej tak jak fon różni się od bela.

Światłość (natężenie źródła światła) - jest to stosunek strumienia świetlnego
do kąta bryłowego
, a więc:

-
to światłość w kandelach,
-
- natężenie promieniowania (W/sr),
-
jest współczynnikiem z wykresu.
Podążając za wcześniejszą intuicją możemy powiedzieć, że kandela to stosunek "subiektywnego wata" - lumena do steradiana.

Fotometry, przyrządy służące do pomiaru wielkości fotometrycznych (fotometria). Rozróżnia się fotometry wizualne, (w których rejestratorem jest oko ludzkie, zazwyczaj pomiar jest porównawczy) i fotometry obiektywne (rejestracja obiektywna, elektroniczna). Do badania jasności źródła światła w funkcji długości fali świetlnej stosuje się spektrofotometry. Szczególne fotometry to luksomierze (do pomiaru natężenia promieniowania), ławy fotometryczne (mierzące światłość), densytometry (pomiar gęstości optycznej), nefelometry (pomiar światłości światła rozproszonego), kolorymetry. Najprostsze fotometry to fotometry wizualne.

Prawo Lamberta-Beera (prawo Beera-Lamberta-Bouguera) - opisuje pochłaniane promieniowania elektromagnetycznego przy przechodzeniu przez częściowo absorbujący i rozpraszający ośrodek.

Prawo to głosi, że stopień atenuacji (uwzględniającej absorpcję oraz rozpraszanie) światła jest proporcjonalny do grubości warstwy i jej własności optycznych, np. w przypadku roztworów należy uwzględnić stężenie molowe czynnika powodującego pochłanianie. Ogólnie mówiąc, prawo to jest spełnione dla wiązki światła: a) monochromatycznej, b) skolimowanej, chociaż jest często używane także dla sytuacji wąskich przedziałów pasmowych, zwłaszcza, jeżeli zależność spektralna atenuacji nie jest silna w tym paśmie. Rejestrowane natężenie I₀ jest natężeniem również monochromatycznym i skolimowanym. Natężenie promieniowania I₀ jest pomniejszone o natężenie promieniowania rozproszonego i pochłoniętego (zaaobsorbowanego). Jest kilka metod, w jakie to prawo może być matematycznie sformułowane:

Gdzie:

• A - absorbancja

• I₀ - natężenie światła padającego na ciało

• I₁ - natężenie światła po przejściu przez ciało

• l - droga jaką pokonuje światło w ciele.

• c - stężenie molowe substancji absorbującej w roztworze

• α - współczynnik absorpcji zwany poprawnie absorbancją molową

• λ - długość fali pochłanianego światła

• k - molowy współczynnik ekstyncji

2. Wykonanie ćwiczenia

1. Celem ćwiczenia było badanie zdolności pochłaniania światła w cieczy.

2. Schemat układu pomiarowego:

Z₁, Z₂ - źródła światła; F - kostka fotometryczna; r₁, r₂ - odległości źródeł światła od kostki fotometrycznej; 1, 2 - jednakowe naczynia z których jedno z nich jest wypełnione badaną cieczą

3. Opis wykonania ćwiczenia

Na początku ustawiliśmy źródła światła w równych odległościach od kostki fotometrycznej tak, aby natężenie oświetlenia obu połówek pola widzenia było jednakowe.

Następnie do jednego z naczyń wlać ciecz o znanym stężeniu (c₁). Przesuwaliśmy kostkę fotometryczną tak, aby doprowadzić do zrównania oświetleń obu jej pól. Zmierzyliśmy r₁ i r₂.

Pomiary powtórzyliśmy 10 razy.

Następnie do naczynia wlaliśmy ciecz o nieznanym stężeniu (c₂) i podobnie jak poprzednio doprowadziliśmy do ponownego zrównania oświetleń..

Ze wzoru
obliczyliśmy osłabione natężenia światła. Korzystając ze wzoru
wyliczyliśmy c₂.

Niepewności
i
obliczyliśmy metodą różniczkową

4. Lista wykorzystanych przyrządów.

- kostka fotometryczna

- źródła światła; I₀ = 19 cd

- miarka; Δr = 0,015 m

3. Wyniki pomiarów.

Lp.	c	r1	r2
[-]	[%]	[m]	[m]
1	10	0,452	0,548
2	10	0,458	0,542
3	10	0,456	0,544
4	10	0,447	0,553
5	10	0,449	0,551
6	10	0,457	0,543
7	10	0,461	0,539
8	10	0,458	0,542
9	10	0,453	0,547
10	10	0,453	0,542
1	X	0,348	0,652
2	X	0,346	0,654
3	X	0,349	0,651
4	X	0,342	0,658
5	X	0,339	0,661
6	X	0,344	0,656
7	X	0,345	0,655
8	X	0,350	0,650
9	X	0,347	0,653
10	X	0,343	0,657

4. Obliczenia

- Obliczenia szukanych wartości

- wyniki w tabeli poniżej

Lp.	r1	r2	I1
[-]	[m]	[m]	[cd]
1	0,452	0,548	12,9262
2	0,458	0,542	13,5671
3	0,456	0,544	13,3501
4	0,447	0,553	12,4142
5	0,449	0,551	12,6166
6	0,457	0,543	13,4582
7	0,461	0,539	13,8988
8	0,458	0,542	13,5671
9	0,453	0,547	13,0309
10	0,453	0,542	13,2725
Średnia	0,454	0,545	13,2032

Lp.	r1	r2	I2
[-]	[m]	[m]	[cd]
1	0,348	0,652	5,4127
2	0,346	0,654	5,3180
3	0,349	0,651	5,4606
4	0,342	0,658	5,1328
5	0,339	0,661	4,9975
6	0,344	0,656	5,2247
7	0,345	0,655	5,2712
8	0,350	0,650	5,5089
9	0,347	0,653	5,3652
10	0,343	0,657	5,1786
Średnia	0,345	0,655	5,2852

- Analiza niepewności pomiarowych

5. Wnioski

Stężenie cieczy c₂ badanej w tym ćwiczeniu wynosi c₂ ± Δc₂ = 35,154 ± 4,317 %

Ciecz nr 1 osłabiała natężenie światła z wartości I₀ = 19 cd do I₁ ± ΔI₁ = 13,20 ± 0,70 cd.

Natomiast ciecz nr 2 osłabiała natężenie światła z wartości I₀ = 19 cd do I₂ ± ΔI₂ = 5,29 ± 0,70 cd.

1

2

---