WYZNACZANIE NATĘŻENIA ŹRÓDŁA ŚWIATŁA I SPRAWNOŚCI ŚWIETLNEJ ŻARÓWKI.

1. WPROWADZENIE.

Fotometria - dział fizyki zajmujący się pomiarami promieniowania oraz charakterystyką zjawisk świetlnych.

Wielkości charakteryzujące oświetlenie:

• strumień świetlny (moc źródła światła) - ilość energii wysyłanej przez źródło w jednostce czasu:  = Q / t [ 1 lumen ]

• światłość - stosunek strumienia świetlnego wysyłanego przez źródło do kąta bryłowego obejmującego ten strumień: J =    [ 1 candela = 1 lm / 1 sr ]

• natężenia oświetlenia - stosunek strumienia świetnego padającego na powierzchnię do tej powierzchni: E =   s [ 1 lux = 1 lm / 1 m² ].

Prawo Lamberta - punktowe źródło światła o światłości J wywołuje na powierzchni znajdującej się w odległości r od źródła światła i ustawionej pod kątem  do kierunku padania światła oświetlenie, które wyraża się wzorem:

E = J / r² cos 

Współczynnik sprawności świetlnej źródła światła - stosunek światłości J do mocy pobieranej przez to źródło:

  J / P [ 1 cd / 1 W ]

Moc pobieraną przez żarówkę można zmierzyć bezpośrednio watomierzem lub obliczyć jako iloczyn natężenia prądu płynącego w obwodzie i napięcia przykładanego do żarówki.

2. SPRAWDZANIE PRAWA LAMBERTA.

Układ do sprawdzania prawa Lamberta

Pomiary dla różnych odległości fotoogniwa od źródła światła przy danym kącie (  const)

a/  = 0 ^o

r	m	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75
E	lx	100	76	56	40	32	26	22	17	14	12	10,5
r^-2	m^-2	0,0016	0,0011	0,0008	0,0006	0,0005	0,0004	0,0003	0,0002	0,0002	0,0002	0,0001

b/  = 15 ^o

r	m^2	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75
E	lx	100	72	52	39	28	24,5	20	16,5	13,5	11,5	10
r^-2	m^-2	0,0016	0,0011	0,0008	0,0006	0,0005	0,0004	0,0003	0,0002	0,0002	0,0002	0,0001

c/   30 ^o

r	m^2	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75
E	lx	90	68	48	36	28	22,5	18	15	12,5	10,5	9
r^-2	m^-2	0,0016	0,0011	0,0008	0,0006	0,0005	0,0004	0,0003	0,0002	0,0002	0,0002	0,0001

Na podstawie pomiarów wykreślono zależności E = f (r^-2) dla każdego kąta.

Pomiary dla różnych kątów ustawienia fotoogniwa przy danej odległości (r = const):

a/ r = 30 cm

	^o	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
E	lx	72	70	68	64	60	52	42	30	15	3

b/ r = 60 cm

	^o	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
E	lx	16,5	16	15,5	14,5	13	11	8,5	5,5	3	1

Na podstawie pomiarów sporządzono zależności E = f () dla danych odległości.

3. OKREŚLANIE WYDAJNOŚCI ŚWIETLNEJ ŻARÓWKI.

Fotometr Bunsena

Schemat obwodu elektrycznego do wyznaczania sprawności żarówki.

L.p.	J1	U	I	N	r1	r2	J2	
		cd	V	mA	W	m	m	cd	-
1	30	220	130	28,6	50	75	67,5	2,36
2	30	210	128	26,8	55	70	48,6	1,81
3	30	200	124	24,8	58	67	40,0	1,61
4	30	190	120	22,8	60	65	35,2	1,54
5	30	180	116	20,8	62	63	30,9	1,48
6	30	170	112	19,0	64	59	25,5	1,33
7	30	160	108	17,2	70	55	18,5	1,07
8	30	150	104	16,2	72	53	16,2	1,00
9	30	140	100	14,0	77	48	11,6	0,82
10	30	130	94	12,2	80	45	9,5	0,77
11	30	120	88	10,5	86	39	6,1	0,57
12	30	110	84	9,2	90	35	4,5	0,48
13	30	100	80	8,0	97	28	2,5	0,31

J₂ = (r₂ / r₁)² * J₁

  J₂ / N

Na podstawie pomiarów sporządzono charakterystykę   f (N).

4. ANALIZA BŁĘDÓW.

W doświadczeniu pierwszym głównym źródłem błędów są błędy wynikające z pomiaru natężenia światła przy różnych odległościach fotoogniwa od źródła światła i różnym kącie ustawienia stolika:

   ^

r =  0,01 m

E =  1 lx (dla zakresu pomiarowego 100 lx)

W doświadczeniu drugim błędy pomiarowe wynikają z bezwładności oka obserwatora, które nie jest w stanie dokładnie ocenić stopnia oświetlenia powierzchni fotometru. Dodatkowo błędami obarczone są odczyty z mierników użytych w ćwiczeniu:

U =  1 V

I =  1 mA

r =  0,01 m

Bezwzględny błąd pomiaru natężenia wynosi:

J =  { 2 r₂/r₁ * J₂ * r + (r₂/r₁)² * J₂ )

J =  4,69 cd

Względny błąd pomiaru natężenia:

J / J = 2 r/r + J₂/J₂ * 100%

J / J = 0,0282 * 100% = 2,82 %

5. WNIOSKI KOŃCOWE.

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów można stwierdzić, że wraz ze zwiększaniem odległości lub kąta ustawienia fotoogniwa od źródła światła zmniejsza się natężenie oświetlenia: maksymalne (E = 100 lx) przy kącie  = 0^o lub odległości r = 0,25 m.

W doświadczeniu drugim można stwierdzić, że wraz ze zmniejszaniem napięcia zasilającego badaną żarówkę zmniejsza się jej sprawność oraz trzeba coraz bliżej przysuwać fotometr w stronę badanej żarówki.

Wyszukiwarka