Andrzej Kądziołka 16.11.2006

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 41

Wyznaczanie natężenia nieznanego źródła światła za pomocą fotometru

1. Zagadnienia teoretyczne:

Wielkości i jednostki fotometryczne:

Strumień świetlny (symbol - F) - jest tą częścią strumienia energetycznego, która mieści się w spektrum fal widzialnych (te, które robią wrażenie, pozostałe, które wrażenia nie robią nie są uwzględniane). Strumień energetyczny - wielkośc obiektywna, jest to ilość energii pola elektromagnetycznego wydzielona w jednostce czasu i jest wyrażana w watach (W). Na strumień energetyczny może składać się promieniowanie podczerwone, nadfioletowe lub jeszcze inne pasmo elektromagnetyczne, jednak oko ludzkie odbierze tylko promienie w tzw. spektrum widzialnym i to te fale, i tylko one muszą być uwzględnione, gdy obliczamy wielkość strumienia świetlnego. Strumień świetlny może być złożony z rożnych fal widzialnych w różnych proporcjach, dlatego aby obliczyć sumaryczny efekt strumienia świetlnego należy każdą część promieniowania rozpatrzyć osobno mnożąć przez wartość odczytaną z wykresu czułości spektralnej, a na końcu dodać otrzymane wielkości dla wszystkich fal. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen. Na zasadzie konwencji ustalono, że jeżeli światło o długości 555 nm ma moc 1 wata jego strumień świetlny jest równy 683 lumenom. Jeśli światło ok. 500 nm ma moc 1 wata jego strumień świetlny jest równy już tylko ok. 137 lumenom (patrz wykres). Ogólnie można napisać:

jest natężeniem promieniowania (W/sr),

jest współczynnkiem z wykresu dla danej długości fali,

jest kątem bryłowym wyrażonym w steradianach.
Intuicyjnie można pojmować lumen jako "subiektywny wat", bo np. jeśli promieniowanie ma jakąś moc, ale jest z poza spektrum widzialnego wtedy
jest równe zero, a więc i lumenów mamy zero.

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.

Natężenie oświetlenia (oświetlenie) - jest to stosunek strumienia świetlnego do powierzchni, która jest oświetlona.

-
- natężenie oświetlenia, dane w luksach
-
- strumień świetlny,
-
- oświetlona powierzchnia.

Fotometr - zasada działania:

Ze źródła A zostaje skierowana na za pomocą obiektywu B wiązka światła na mierzony obraz gwiazdy, który znajduje się na kliszy D. Wiązka światła przechodzi przechodzi przez diafragmę C, która ma za zadanie ograniczyć oświetlone pole na kliszy. Po przejściu przez kliszę wiązka jest skierowana przez obiekt E na katodę fotokomórki F. Kliszę ustawia się w taki sposób, aby obraz gwiazdy znalazł się w środku pola, i jest mierzone natężenie prądu i1 w obwodzie G. Następnie klisza musi być ustawiona tak, by światło przechodziło przez miejsce nie zaczernione i notuje się natężenie prądu i2. Z uwagi na to, że natężenie jest proporcjonalne do oświetlenia fotokatody, zaczernienie kliszy:

.
Zmierzywszy w ten sposób wartości D dla badanych gwiazd, możemy za pomocą charakterystyki danej kliszy wyznaczyć stosunki oświetleń promieniowaniem tych gwiazd. Jeżeli wśród tych gwiazd znajdą się gwiazdy o znanych uprzednio jasnościach, metoda ta umożliwia wyznaczenie wprostu oświetlenia promieniowaniem obserwowanych gwiazd. Dokładność tej metody jest jest jednak uwarunkowana przede wszystkim jakością obrazów, które są przetrzymywane na kliszy i nie przekracza 2 %. Główną jej zaletą jest to, że umożliwia otrzymywanie w ciągu jednej obserwacji materiału do pomiaru jasności dużej liczby gwiazd. Jednak dokładniejsze wyniki można osiągnąć metodami fotometrii fotoelektrycznej. Tu rezygnuje się z zapisu obrazu na kliszy. Zebraną przez teleskop wiązkę światła gwiazdy kieruje się na fotokatodę fotometru. Zazwyczaj przy pomocy dodatkowej soczewki rzutuje się na fotokatodę nie obraz gwiazdy, lecz oświetlonego jej światłem obiektywu teleskopu. W ten sposób eliminuje się wpływ niejednakowej czułości różnych miejsc na powierzchni fotokatody. Promieniowanie innych gwiazd i tła nieba usuwa diafragma o odpowiedniej średnicy. W celu umocnienia strumienia elektronów wybitych przez promieniowanie gwiazdy z fotokatody w fotometrach powszechnie stosuje się fotopowielacze. Prąd z tego urządzenia po przejściu przez wzmacniacze zwykle jest rejestrowany za pomocą urządzenia samopiszącego.

2. Wykonanie ćwiczenia:

3. Tabela pomiarowa:

	r	rx	Ix
[cd]	[m]	[m]	[cd]	[cd]	[lm]
19	0,310	0,400	31,633	28,115 0,319	353,123 4,017
	0,325	0,385	26,663
	0,320	0,390	28,222
	0,315	0,395	29,876
	0,320	0,390	28,222
	0,325	0,385	26,663
	0,325	0,385	26,662
	0,330	0,380	25,194
	0,310	0,400	31,634
	0,315	0,395	29,876
	0,315	0,395	29,876
	0,325	0,385	26,663
	0,325	0,385	26,663
	0,320	0,390	28,222
	0,325	0,385	26,663

4. Obliczenia i rachunek błędów:

Rachunek błędów:

Zapis wyników:

5. Wnioski:

Celem doświadczenia było wyznaczenie natężenia nieznanego źródła światła za pomocą fotometru. Wykonanie ćwiczenia przebiegło prawidłowo, o czym świadczą uzyskane wyniki oraz niewielkie błędy, którymi są one obarczone. Bardzo ważnym czynnikiem podczas wykonywania tego doświadczenia było odpowiednie zaciemnienie aparatury, gdyż niepożądane światło docierające do stanowiska w znacznym stopniu mogłoby zmienić wyniki doświadczenia, czyli spowodować jego niepoprawność.

---