1. Wstęp teoretyczny:

2. Wykonanie ćwiczenia:

Na ławie optycznej ustawiłem żarówki oraz układ fotoelementów tak aby, zarówno żarówki jak i fotoelementy, znajdowały się na jednakowej wysokości.

Następnie, według schematu, podłączyłem obwód zasilania badanej żarówki (Ż_x) oraz fotoelementy do mikroamperomierza. Po sprawdzeniu układu przez prowadzącego ćwiczenia, włączyłem żarówkę wzorcową oraz układ zasilania żarówki.

Kolejnie przy ustalonym napięciu i natężeniu prądu płynącego przez żarówkę badaną znalazłem położenie układu fotoelementów, w którym nastąpiło wyzerowanie wskazań mikroamperomierza. Mierzę odległość żarówek od fotoelementów (r₀ oraz r_x) oraz zanotowałem wskazania amperomierza I_A oraz woltomierza U.

Wszystkie wyniki pomiarów umieściłem w tabeli pomiarowej nr 1.

Tabela pomiarowa nr 1:

Nr pomiaru	U [ V ]	I [ A ]	r0	rx
1	24,9	0,0166	78,4	15,7
2	34,9	0,022	75,8	18
3	45	0,0248	69,9	24,2
4	55,1	0,0271	68,3	24,8
5	64,8	0,0277	64,7	29,4
6	75,2	0,0294	63,7	30,4
7	85,3	0,0291	60,5	33,6
8	95,2	0,0292	58,5	35,6
9	105,1	0,034	56,6	37,5
10	115,1	0,0391	54,5	39,6
11	125,7	0,0421	52,9	41,2
12	135,2	0,0432	50,3	43,8
13	145,2	0,0451	48,1	46
14	155,1	0,0461	47,4	46,7
15	164,9	0,0477	45,7	48,4
16	175,3	0,0478	45,3	48,8
17	184,9	0,0478	41,1	53
18	195,2	0,0478	39,5	54,6

3. Obliczenia:

Korzystając z zależności:

,

obliczam natężenie I_x badanego źródła światła oraz względne natężenie W, przy czym przyjmuję I₀ wzorcowego źródła światła za jednostkowe.

Przykładowe obliczenia dla pomiaru nr 1:

oraz:

.

Moc pobieraną przez badane źródła obliczam za pomocą równania:

Przykładowe obliczenia dla pomiaru nr 7:

Następnie korzystając z zależności:

obliczam współczynnik sprawności świetlnej badanego źródła.

Przykładowe odliczenia dla pomiaru nr 18:

.

Wszystkie pozostałe obliczenia zamieściłem w poniższej tabeli pomiarowej nr 2.

Tabela pomiarowa nr 2:

Nr pomiaru	U [ V ]	I [ A ]	r0 [ cm ]	rx [ cm ]	Natężenie badanego źródła światła Ix [ cd ]	Moc pobrana przez źródło badane P [ W ]	Współczynnik sprawności η
1	24,9	0,0166	78,4	15,7	0,040	0,413	0,097
2	34,9	0,022	75,8	18	0,056	0,768	0,073
3	45	0,0248	69,9	24,2	0,120	1,116	0,107
4	55,1	0,0271	68,3	24,8	0,132	1,493	0,088
5	64,8	0,0277	64,7	29,4	0,206	1,795	0,115
6	75,2	0,0294	63,7	30,4	0,228	2,211	0,103
7	85,3	0,0291	60,5	33,6	0,308	2,482	0,124
8	95,2	0,0292	58,5	35,6	0,370	2,780	0,133
9	105,1	0,034	56,6	37,5	0,439	3,573	0,123
10	115,1	0,0391	54,5	39,6	0,528	4,500	0,117
11	125,7	0,0421	52,9	41,2	0,607	5,292	0,115
12	135,2	0,0432	50,3	43,8	0,758	5,841	0,130
13	145,2	0,0451	48,1	46	0,915	6,549	0,140
14	155,1	0,0461	47,4	46,7	0,971	7,150	0,136
15	164,9	0,0477	45,7	48,4	1,122	7,866	0,143
16	175,3	0,0478	45,3	48,8	1,160	8,379	0,138
17	184,9	0,0478	41,1	53	1,663	8,838	0,188
18	195,2	0,0478	39,5	54,6	1,911	9,331	0,205

Następnie sporządziłem wykresy zależności W(P), η(P) oraz
logW = f( logP ) oraz z wykresu logW = f( logP ) wyznaczyłem współczynnik kierunkowy prostej a = 1,216.

Kolejnie z zależności:

wyznaczyłem wykładnik potęgi n.

Tabela pomiarowa nr 3:

W	P	log(W)	log(P)
0,040	0,413	-1,39683	-0,38369
0,056	0,768	-1,24879	-0,11475
0,120	1,116	-0,92132	0,047664
0,132	1,493	-0,87994	0,174121
0,206	1,795	-0,68511	0,254055
0,228	2,211	-0,64253	0,344565
0,308	2,482	-0,51083	0,394842
0,370	2,780	-0,43141	0,44402
0,439	3,573	-0,35757	0,553082
0,528	4,500	-0,2774	0,653252
0,607	5,292	-0,21712	0,723617
0,758	5,841	-0,12019	0,76646
0,915	6,549	-0,03877	0,816143
0,971	7,150	-0,01292	0,854313
1,122	7,866	0,049858	0,895739
1,160	8,379	0,064643	0,92321
1,663	8,838	0,220868	0,946365
1,911	9,331	0,281191	0,969908

4. Rachunek błędów:

Błędy pomiarów:

Na podstawie prawa przenoszenia niepewności obliczam niepewności całkowite pomiarów:

• Dla I_x = W

gdzie:

Przykładowe obliczenia dla pomiaru nr 3:

• Dla P

gdzie:

Przykładowe odliczenia dla pomiaru nr 11:

• Dla η

gdzie:

- obliczona powyżej

- obliczona powyżej

Przykładowe obliczenia dla pomiaru nr 16:

Wszystkie pozostałe obliczenia wykonałem w EXCEL'U a wyniki umieściłem w tabeli pomiarowej nr 4:

Tabela pomiarowa nr 4:

L.p.	U	I	Ix	P	
1	0,435	0,0003	4,52	0,010	2,94
2	0,607	0,0004	6,9	0,019	2,8
3	0,782	0,0004	1,83	0,027	6,05
4	0,956	0,0005	2,13	0,037	6,31
5	1,124	0,0005	3,96	0,044	1,12
6	1,304	0,0005	4,59	0,054	1,24
7	1,479	0,0005	7,34	0,061	1,95
8	1,650	0,0005	9,87	0,068	2,58
9	1,821	0,0006	1,31	0,088	3,35
10	1,994	0,0007	1,81	0,110	4,55
11	2,178	0,0007	2,32	0,130	5,79
12	2,342	0,0008	3,51	0,143	8,73
13	2,516	0,0008	5,04	0,161	1,25
14	2,687	0,0008	5,67	0,175	1,4
15	2,857	0,0008	7,58	0,193	1,88
16	3,037	0,0008	8,13	0,206	2,01
17	3,203	0,0008	0,000174	0,217	4,31
18	3,381	0,0008	0,000237	0,229	5,85

5. Dyskusja wyników:

Z przeprowadzonych pomiarów można zaobserwować, że natężenie światła żarówki I wzrasta wraz z mocą żarówki. W mierzonym przez nas przedziale mocy można również zauważyć linową zależność między mocą, a sprawnością żarówki. Im większa moc, tym większa temperatura włókna i tym większa część widma promieniowania znajduje się w zakresie światłą widzialnego, czyli żarówka ma większą sprawność. Dlatego też dwie żarówki
np. o mocy np. 60W mogą mieć różną jasność - jedna ma krótsze włókno, rozżarzone do wysokiej temperatury, druga dłuższe o mniejszej temperaturze. Oczywiście żarówka o krótszym włóknie ma większą sprawność.

Na błąd wpływa niepunktowość źródła światła, wahania napięcia zasilającego żarówkę, co powoduje zmianę strumienia padającego światłą oraz błąd mierników. Mogą więc wystąpić odchylenia od charakterystyki prawidłowej.

---