Laboratoria z Fizyki

Wydział Budownictwa Środa godz. 15:30	Temat: Fotometr Bunsena	Data wykonania:12.03.2008 Data oddania:19.03.2008
Numer ćwiczenia: 30	Stanisław Michałek	Ocena:

Uwagi prowadzącego:

1. Wnioski:

Źródłami światła nazywamy ciała, które przetwarzają energię cieplną, elektryczną lub inną na promieniowanie świetlne. Dział zajmujący się tą problematyką nazywamy fotometrią wizualną. Wielkością charakteryzującą źródło światłą jest jego natężenie (światłość) I, wyrażająca ilość promieniowania świetlnego w jednostce czasu jednostkowy kont bryłowy. Punktowe źródło światła wysyła promieniowanie we wszystkich kierunkach , wskutek czego do oświetlonej powierzchni dochodzi tylko cześć wysyłanego promieniowania . Energię promieniowania świetlnego przechodzącą w jednostce czasu przez powierzchnie nazywamy strumieniem. Do pomiarów natężenia światła służy fotometr, którego działanie polega na porównywaniu natężenia badanego źródła z natężeniem żarówki wzorcowej .

Wzory:

1. E=dФ:Ds. dФ- strumień świetlny, ds- pole powierzchni, E- natężenie oświetlenia

2. E=I:r² I- źródło światła o natężeniu , r²-odległośc

3. E=Icosα:R²

4. η=I:P η- sprawność światła, P- pobierana moc

5. I=CTⁿ C- współczynnik proporcjonalności, T- temperatura włókna żarówki

6. P=σt⁴ σ- stała

7. I=AP^n:4 A- stała

8. logW=const+n:4logP W- światłość względna

Sposób wykonania:

1. Na ławie optycznej ustawić żarówkę oraz układ fotoelementów. Żarówki i fotoelementy powinny znajdować na jednakowej wysokości.

2. Połonczyc obwód zasilania żarówek badanej (Ż_x)według schematu oraz podłączyć fotoelementy do mikroamperomierza. Prawidłowość dokonanych połączeń sprawdza prowadzący ćwiczenia.

3. Włączyć żarówkę wzorcową oraz układ zasilania żarówki badanej do sieci.

4. Przy ustalonym napięciu i natężeniu prądu płynącego przez żarówkę badaną znaleśc położenie układu fotoelementów, w którym nastąpi wyzerowanie wskazań mikroamperomierza. Zmierzyć odległość żarówek od fotoelementów, a także zanotować wskazania amperomierz I_A oraz woltomierza U. Oszacować niepewność wielkości r_x, r_O,I_A,U.

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

Prawo to głosi, że stopień atentacji (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. Wartość końcowa natężenia promieniowania I₁ jest mniejsza od I₀ o wartość natężenia promieniowania pochłoniętego (zaabsorbowanego).

2. Obliczenia konieczne w dany ćwiczeniu:

W wszystkie obliczenia wykonujemy podstawiając odpowiednio dane do wzorów 1-8.

Moc liczymy ze wzoru P=I*U

Współczynnik sprawności η= I/P

Natężenie badanego źródła światła I=r_x²/r_o²*I_O

Względne natężenie W= I_X/I_O=r²_x/r_o²

	U	I	ro	rx	w	Natężenie badanego źródła światła	Moc pobrana przez źródło badane	Współczynnik sprawności
		[V]	[A]	[cm]		[cm]		Ix	P[W]	n
	20,20	13,20	73,50	6,50	0,01	0,01	266,64	0,0004
	30,10	17,00	71,70	8,30	0,01	0,01	511,70	0,0004
	40,10	20,50	69,90	10,90	0,02	0,02	822,05	0,0006
	50,10	23,50	65,20	14,80	0,05	0,05	1177,35	0,0010
	59,90	26,40	62,30	18,70	0,09	0,09	1581,36	0,0015
	70,00	29,00	59,80	20,20	0,11	0,11	2030,00	0,0016
	80,00	31,60	57,20	22,80	0,16	0,16	2528,00	0,0020
	90,20	34,10	55,80	24,20	0,19	0,19	3075,82	0,0021
	100,00	36,40	52,30	27,70	0,28	0,28	3640,00	0,0028
	110,10	38,40	50,80	29,20	0,33	0,33	4227,84	0,0030
	120,10	40,70	48,30	31,70	0,43	0,43	4888,07	0,0036
	130,10	42,80	46,00	34,00	0,55	0,55	5568,28	0,0042
	140,10	44,80	44,40	35,60	0,64	0,64	6276,48	0,0046
	150,00	46,70	42,20	37,80	0,80	0,80	7005,00	0,0053
	160,10	48,50	40,80	39,20	0,92	0,92	7764,85	0,0058
	169,90	50,30	39,50	40,50	1,05	1,05	8545,97	0,0062
	180,10	52,20	38,20	41,80	1,20	1,20	9401,22	0,0066
	190,10	53,90	36,70	43,30	1,39	1,39	10246,39	0,0073
	199,80	55,50	35,60	44,40	1,56	1,56	11088,90	0,0078

Przykładowe obliczenia potrzebne do wyliczenia tabeli:

P=20,20*13,20=266,64 P=30,10*17=511,70 P=40,10*20,50=822,05

η=55,50/11088,90=0,01 η=53,90/10246,39=0,01 η=52,20/9401,22=0,01

I_X=1,56*55,50=86,33 I_X=1,39*52,90=75,03 I_X=1,20*52,20=62,50

Rachunek błędów:

	U(Ix)	U(W)	U(P)	Log(W)	Log(P)
1	0,54	0,04	0,41	- 2,11	2,43
2	0,91	0,05	0,59	- 1,87	2,71
3	1,47	0,07	0,77	- 1,61	2,91
4	2,45	0,10	0,94	- 1,29	3,07
5	3,65	0,14	1,11	- 1,05	3,20
6	4,51	0,16	1,29	- 0,94	3,31
7	5,79	0,18	1,46	- 0,80	3,40
8	6,80	0,20	1,64	- 0,73	3,49
9	8,87	0,24	1,81	- 0,55	3,56
10	10,15	0,26	1,98	- 0,48	3,63
11	12,29	0,30	2,16	- 0,37	3,69
12	14,55	0,34	2,33	- 0,26	3,75
13	16,53	0,37	2,50	- 0,19	3,80
14	19,25	0,41	2,67	- 0,10	3,85
15	21,44	0,44	2,84	- 0,03	3,89
16	23,73	0,47	3,01	0,02	3,93
17	26,29	0,50	3,19	0,08	3,97
18	29,27	0,54	3,36	0,14	4,01
19	31,86	0,57	3,53	0,19	4,04

Przykładowe obliczenia potrzebne do obliczenia rachunku błędu:

u(x)=
u(r)=
=0,23 u(U)=
=0,017 u(I)=
=0,017

U_(Ix)=
(r)

U_(Ix)=
=0,54

U_(Ix)
=0,59

U_(Ix)=
=0,77

U_(W)=
(r)

U_(W)=
=0.04

U_(W)=
=0,05

U_(W)=
=0.07

U_(P)=
(r)

U_(P)=
=0,41

U_(P)=
=0,59

U_(P)=
=0,77

Wnioski:

Odpowiednio z kolejnych wykresów możemy wnioskować:

• Na wykresie ” moc pobrana przez źródło badane” możemy zauważyć że pomiar 7 odbiega od pozostałych przyczyną tego może być nie odpowiednie odczytanie pomiarów przez osobę dokonującą pomiaru ale wartość mieści się w przedziale błędu.

• Na wykresie „moc pobrana do współczynnika sprawności ” możemy zauważyć że pierwsze pomiary całkowicie się odbiegają od wykresu w miarę wzrostu ich względem wartości mocy pobranej zbliżają się do lini wykresu przyczyną takiego odchylenia mogą być błędy pomiarowe jak i również nie dokładność urządzenia pomiarowego ale odchylenia mieszczą się w granicy błędu.

• Na wykresie log P =log W zachodzi podobna zależność jak na wykresie „moc pobrana do współczynnika sprawności ” i przyczyną takiego zachowania wykresu są te same przyczyny

---