Изучение основных законов фотометрии


Скачать 61.78 Kb.
НазваниеИзучение основных законов фотометрии
Дата публикации14.06.2013
Размер61.78 Kb.
ТипЗакон
userdocs.ru > Физика > Закон




ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ ФОТОМЕТРИИ
Цель работы: знакомство с основными фотометрическими понятиями, величинами и экспериментальная проверка законов освещенности.
Приборы и принадлежности: фотометрический прибор на основе селенового фотоэлемента, осветитель, набор диафрагм, матовое стекло, линза, микроамперметр, выпрямитель, соединительные провода.


Краткие теоретические сведения



Раздел физики, занимающийся измерением характеристик оптического излучения, называется фотометрией. Для прикладной светотехники важна как объективная энергетическая характеристика света, так и мера воздействия света на глаз наблюдателя. Поэтому в фотометрии приходится вводить двойные единицы измерения: энергетические (оцениваемые по объективным энергетическим характеристикам) и фотометрические (оцениваемые по воздействию на глаз). Энергетические и фотометрические величины взаимосвязаны. Основной фотометрической величиной является единица силы света – кандела. Кандела (Кд) – это сила света, излучаемого перпендикулярно поверхности черного излучателя с площади 1/610-5м2 при температуре затвердения платины, находящейся под давлением 101 325 Па.

Р
ассмотрим точечный источник, сила света которого равна I, и выделим телесный угол  с вершиной в точке нахождения источника (рис.1).

Величина


( 1 )
называется элементарным световым потоком, излучаемым в пространство, ограниченным углом . Единицей светового потока является люмен (1 Лм = 1 Кд  1 стер.).

Если сила света источника не зависит от направления наблюдения (такой источник называется изотропным), то полный световой поток, излучаемый источником по всем направлениям, равен
( 2 )
На пути светового потока расположим элементарную площадку dS , образующую угол с направлением распространения света. Отношение светового потока к площади освещаемой поверхности
( 3 )
называется освещенностью, которая измеряется в люксах (1 Лк = 1 Лм / м2).

Построим также площадку dS0 , перпендикулярную к направлению наблюдения и находящуюся на том же расстоянии r от источника света, что и площадка dS . Учитывая, что
( 4 )
и используя соотношение ( 1 ), из формулы ( 3 ) получаем
( 5 )
Таким образом, освещенность поверхности обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света (закон обратных квадратов) и прямо пропорциональна силе света и косинусу угла падения света на поверхность (закон косинусов).

Если источник света – некоторая поверхность, то для ее характеристики вводятся такие величины, как светимость и яркость.

Пусть площадка dS излучает свет. Тогда светимость можно определить как световой поток, испускаемый с единицы площади:
( 6 )
В свою очередь яркостью называют силу света, испускаемого с единицы видимой поверхности в данном направлении:

( 7 )

Из формулы ( 7 ) следует, что яркость источника В может зависеть от угла . Однако существуют источники света, для которых яркость не зависит от направления наблюдения, то есть В () = const . Такие источники подчиняются закону Ламберта:
( 8 )
и для них справедливо соотношение
( 9 )
Если свечение поверхности обусловлено освещением её внешним источником, то светимость связана с освещенностью соотношением:
( 10 )
где - коэффициент рассеяния (отражения) света.


^

Описание установки



Фотометрический прибор состоит из камеры и разъемного корпуса прямоугольной формы. Внутри камеры вмонтирован селеновый фотоэлемент, провода которого выведены на торцевую часть прибора. Фотоэлемент закреплен в специальной оправе, которая может поворачиваться вокруг горизонтальной оси в пределах угла  = 900. Отсчет угла поворота осуществляется по угловой шкале, расположенной на лицевой стороне камеры. Селеновый фотоэлемент состоит из металлической подложки, на одной стороне которой нанесен слой селена толщиной около 0,1 мм. Сверху этот слой покрыт прозрачным электродом. Согласно первому закону фотоэффекта, сила фототока насыщения пропорциональна падающему потоку:
( 11 )
где γ - интегральная чувствительность фотоэлемента.

Селеновый фотоэлемент имеет спектральную характеристику чувствительности, близкую к кривой видимости человеческого глаза. Это позволяет использовать фотоэлемент для фотометрирования дневного света.

Внутри прямоугольного корпуса помещается осветитель с электролампочкой, который может перемещаться вдоль продольной оси прибора. Величина перемещения отсчитывается по линейке, закрепленной на лицевой стороне прибора. В набор также входят линзы в оправе, матовое стекло, набор диафрагм, исследуемая электрическая лампочка, реостат. Питание электролампочек осуществляется от выпрямителя типа ВС-24. Величина фототока измеряется с помощью универсального цифрового прибора типа 4323А.

^

Выполнение работы





  1. Подключить микроамперметр к зажимам фотоэлемента. Установить предел измерений – 10 мкА.




  1. Лампочку осветителя соединить последовательно с реостатом и выпрямителем.




  1. Установить фотоэлемент перпендикулярно оси прибора (ручку – на нулевую отметку угловой шкалы).



Упражнение 1. Исследование зависимости освещенности

от расстояния до источника света.


  1. Установить осветитель на десятом делении шкалы.

  2. Для получения параллельного пучка света между источником и фотоэлементом установить линзу в оправе.




  1. С помощью реостата подать на лампу такое напряжение, при котором микроамперметр покажет максимальное значение силы тока (i=10 мкА).




  1. Снять отсчет i10 по шкале микроамперметра.




  1. Не меняя напряжения, установить лампу на 20 и 30 делениях шкалы и снять отсчеты i20 и i30.




  1. Используя полученные данные, проверить справедливость закона обратных квадратов:



Упражнение 2. Исследование зависимости освещенности

от угла падения света.


  1. Установить осветитель на десятом делении шкалы прибора.




  1. Для получения параллельного пучка света между источником и фотоэлементом установить линзу в оправе.




  1. С помощью реостата добиться максимального значения фототока (i=10 мкА) и снять отсчет i0.




  1. Не меняя напряжения на лампе и расстояние r, повернуть фотоэлемент на 300 и 450, и снять отсчеты i30 и i45. по шкале микроамперметра.




  1. Используя полученные данные, проверить справедливость закона косинусов:




Упражнение 3. Исследование зависимости светового потока

от площади освещенной поверхности.


  1. Убрать линзу и повернуть фотоэлемент перпендикулярно падающему свету (ручку на нулевую отметку угловой шкалы).




  1. Установить осветитель на десятом делении шкалы.

  2. С помощью реостата подать на лампу такое напряжение, при котором микроамперметр покажет максимальное значение силы тока (i=10 мкА).




  1. Поместить между фотоэлементом и световым источником матовое стекло в оправе (при этом площадь открытой поверхности фотоэлемента равна 9 см2). Снять величину фототока i9 по шкале микроамперметра.




  1. Установить перед фотоэлементом последовательно диафрагмы с площадью 6 см2 и 3 см2 и снять соответственно показания микроамперметра i6 и i3.




  1. Построить график функции i = f ( S ) и убедиться в линейной зависимости светового потока от площади поверхности при постоянной освещенности.


Контрольные вопросы


  1. В чем разница между энергетическим и фотометрическими величинами?

  2. Основные фотометрические величины и единицы их измерения.

  3. Закон обратных квадратов. Закон косинусов.

  4. Какие источники света называются ламбертовскими?




Похожие:

Изучение основных законов фотометрии iconАктивный раздаточный материал «Философия» фогп, для всех специальностей 3 кредита 3 семестр
В задачи лекции входят изучение основных принципов диалектики, ее исторических альтернатив, ее законов и движения. Диалектика бывает...
Изучение основных законов фотометрии iconСистема управления базами данных Microsoft Access Лабораторный практикум Пенза 2008
Цель работы: изучение основных понятий и терминов, принятых в системах управления базами данных (далее – субд); изучение основных...
Изучение основных законов фотометрии iconТема: «Статистика основных фондов»
Статистическое изучение основных фондов предприятия на примере ОАО «Яльчикский сыродельный завод»
Изучение основных законов фотометрии iconПравь, Явь, Навь. Правь
Правь — одно из основных понятий славянской философии. Всеобщий закон, установленный Родом. Согласно этому закону (совокупности законов)...
Изучение основных законов фотометрии iconЛабораторная работа №1 изучение и проверка законов сохранения импульса
Цель работы: 1 изучить законы сохранения импульса и энергии и условия их применения, 2 проверить выполнимость законов сохранения...
Изучение основных законов фотометрии iconВопрос 1
...
Изучение основных законов фотометрии icon1. Раскройте сущность экономики, охарактеризуйте предмет изучения экономики
Основными задачами являются: -рассмотрение основных элементов хоз механизма и их действие на п/п; -изучение новых форм и методов...
Изучение основных законов фотометрии iconЛекция 5 Маркетинг в здравоохранении. Формирование рыночных отношений...
Аналитическая: изучение рынка, изучение потребителя, изучение фирменной структуры рынка, изучения товара, изучение внутренней среды...
Изучение основных законов фотометрии iconВиды предприятия Основные вопросы экономики
Экономическая категория и экономические законы. Отличия экономических законов от законов природы
Изучение основных законов фотометрии iconСодержание умкд цель, задачи и содержание дисциплины психология и...
Курс психологии и педагогики предполагает изучение студентами объективных законов психической деятельности личности, особенностей...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница