Wyznaczanie sprawności świetlnej żarówki za pomocą

fotometru Lummera-Brodhuna.

W doświadczeniu tym wykorzystywany będzie wspomniany już fotometr, ława optyczna, żarówki, autotransformator, woltomierz oraz amperomierz.

Do przeprowadzenia naszego doświadczenia wymagana jest znajomość następujących pojęć i praw:

• Pojęcie strumienia świetlnego - nazywamy nim ilość energii, jaką przenoszą fale świetlne przez dowolną powierzchnię w jednostce czasu i oznaczamy go symbolem Φ

• Pojecie natężenia światła (światłości) - jest to stosunek strumienia świetlnego zawartego w granicach nieskończenie małego kąta bryłowego wydzielonego z przestrzeni wokół ciała promieniującego do wartości tego kąta:

Wzór na światłość względną:

• Pojęcie luminacji (jaskrawości) - definiuje się ją jako stosunek światłości do powierzchni widzianej pod kątem ϕ:

Jaskrawość charakteryzuje jednak tylko rozciągłe źródła światła. Jednostką luminacji jest nit (nt)

• Pojęcie oświetlenia - określa się nim stosunek strumienia świetlnego do wielkości powierzchni, na jaką pada:

Światło padające ulega odbiciu lub rozproszeniu - przez co powierzchnia ta staje się źródłem wtórnym.

• Pojęcie wydajności świetlnej (sprawności świetlnej) - rozumiemy przez to stosunek światłości źródła światła do pobieranej przez nie mocy:

• Jednostki fotometryczne - podstawową jednostką jest kandela (cd); pozostałe jednostki są pochodne - ustalamy je na podstawie praw wiążących je ze światłością. Jednostką luminacji jest nit (nt):

Natomiast jednostką oświetlenia jest luks (lx):

• Fotometr - przyrząd służący do pomiaru wielkości fotometrycznych; Jest to fotometr wizualny (rejestratorem jest oko ludzkie) - pomiar ma charakter porównawczy (względny)

• Prawo Lamberta - głosi, iż oświetlenie dowolnej powierzchni, znajdującej się w odległości r od źródła punktowego o światłości I i nachylonej pod kątem ϑ do kierunku padania światła, wyraża się wzorem:

Pomiary i obliczenia:

δr_w = 0,1 [cm] = 0,001 [m]

δr_x = 0,1 [cm] = 0,001 [m]

δU = 1 [V]

δI = 1 [mA] = 0,001 [A]

δη = 0,01 [1/W]

δI_r = 0,01

U [V]	I [mA]	rw [cm]	rx [cm]	P [W]	Ir
25	33	105,0	25,0	0,825	0,057
30	38	96,0	34,0	1,140	0,125
35	42	86,8	43,2	1,470	0,248
40	45	78,0	52,0	1,800	0,444
45	49	70,0	60,0	2,205	0,735
50	52	64,0	66,0	2,600	1,063
55	56	60,0	70,0	3,080	1,361

Obliczanie błędu:

ΔIr	ΔP [W]	η [1/W]
0,0006	0,058	0,069
0,0010	0,068	0,109
0,0014	0,077	0,168
0,0026	0,085	0,246
0,0044	0,094	0,333
0,0090	0,102	0,408
0,0108	0,111	0,442

Wnioski po przeprowadzeniu doświadczenia:

Sprawność świetlna żarówki wzrasta wraz ze wzrostem mocy, którą ona pobiera. Jak widać na wykresie ­- jest ona (wydajność) określona zależnością paraboliczną. Co jeszcze można zauważyć, to fakt, iż największa precyzja wyznaczania mocy ma miejsce, gdy napięcie i natężenie są najmniejsze, natomiast najmniejszy błąd dla wartości światłości względnej występuje, kiedy r_w jest znacznie większe od r_x.

---