Заказ работы

Заказать
Каталог тем
Каталог бесплатных ресурсов

Изучение элементов фотометрии

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ФОТОМЕТРИИ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1. Ознакомление с основными понятиями фотометрии. 2. Ознакомление с устройством и получение навыков работы с люкс-метром Ю 117. 3. Проведение фотометрических измерений. 2 БИБЛИОГРАФИЯ 1. Савельев И.В. Курс физики: Учеб. пособие для студентов втузов. – [В 3 – х т.].-Т. 2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.- М.: Наука, 1989. - 496 с. 2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.- М.: Наука, 1980.- 752 с. 3. Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высш. шк., 1998. - 542 с. 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ Фотометрия – раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников. В фотометрии используют два вида величин, характеризующих оптическое излучение: энергетиче-ские и световые. Энергетические фотометрические величины определяют временное, пространственное, спектральное распределение энергии оптического излучения, количественно выражаемые в единицах энергии или мощ-ности или в производных от них. Чтобы измерить энергетические ве-личины необходим универсальный приемник, например, термоэле-мент, действие которого основано на превращении всей поглощенной световой энергии в тепловую. Однако, гораздо чаще в качестве прием-ников излучения используют устройства, реакция которых зависит не только от энергии, приносимой светом, но также и от его спектрально-го состава. Такими весьма распространенными селективными прием-никами являются фотопленка, фотоэлемент и особенно человеческий глаз, играющий исключительно важную роль и при повседневном вос-приятии света, и как приемник излучения во многих оптических при-борах. Чувствительность глаза к свету различной длины волны можно охарактеризовать кривой относительной спектральной чувствительно-сти (кривой видности), приведенной в приложении к данному учебно-му пособию (сплошная кривая относится к дневному зрению, пунктир-ная – к сумеречному). Как и глаз, другие приемники излучения харак-теризуются своей кривой чувствительности к свету различных длин волн. Поэтому световые измерения, являясь субъективными, отлича-ются от объективных, энергетических и для них вводятся световые единицы, используемые только для видимого света. Для обозначения фотометрических величин разных видов ГОСТ 26148 – 84 (Фотометрия. Термины и определения) устанавливает под-строчные индексы е для энергетических и v для световых величин. До-пускается не использовать эти индексы в обозначениях величин, когда исключена возможность их неоднозначного толкования. Поскольку ниже речь будет идти только о световых величинах индексы v не ис-пользуются. Основной световой величиной является сила света. Сила света I - величина, равная отношению светового потока к величине телесного угла, в котором распространяется световой поток: , где I - сила света; Ф - световой поток; - телесный угол. За единицу силы света I в международной системе СИ принимается - кандела (кд) (лат. “kandela” – свеча). Первоначально за канделу принималась сила света стеариновой или парафиновой свечи определенной массы. В 1979 г. на Генеральной конференции по мерам и весам принято определение канделы, одно-значно связывающее световые единицы с энергетическими. Способ по-строения эталона канделы каждая страна выбирает самостоятельно. Таким образом размерность и единица силы света, как и всех основных величин СИ установлены произвольно: , . Световой поток Ф, испускаемый изотропным точечным источником света в пределах телесного угла , в вершине которого находится ис-точник, определяется формулой , (1) телесный угол можно определить по формуле , (2) где - угол между осью конуса и его образующей. Размерность и еди-ница светового потока: ; (кандела – стерадиан). Эта единица, называемая люменом (лм), равна световому потоку, испускаемому точечным источником силой света в 1 кд внутри телес-ного угла в 1 ср при равномерном поле излучения. Освещенность Е – величина, равная отношению светового потока, падающего на поверхность к ее площади: . (3) Размерность и единица освещенности: , . Эта единица освещенности называется люкс (лк): 1 лк – освещен-ность поверхности, на 1 которой падает световой поток 1 лм. Ос-вещенность, создаваемая изотропным точечным иcтчником света, под-чиняется закону «обратных квадратов»: (4) где - расстояние от поверхности до источника света; - угол паде-ния лучей. Яркость светящейся или отражающей поверхности – величина, рав-ная отношению силы света к площади проекции светящейся по-верхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению: , (5) где I сила света в направлении наблюдения; - площадь проекции светящейся поверхности. Размерность и единица яркости: , . Кандела на квадратный метр (ранее эта единица называлась нит) равна яркости светящейся поверхности площадью 1 при силе света 1 кд. Яркость – чрезвычайно важная величина, так как именно на яр-кость непосредственно реагирует глаз. Источники большой яркости (свыше ) вызывают болезненное ощущение в глазу, по-этому при работе с ними используют различные приспособления, на-пример темные защитные очки. Источники, яркость которых одинако-ва по всем направлениям , называются ламбертовскими (подчиняющимися закону Ламберта) или косинусными – поток, посы-лаемый элементом такого источника, пропорционален . Светимость светящейся или отражающей поверхности – это вели-чина, равная отношению светового потока к площади светящейся или отражающей поверхности: , (6) где Ф – световой поток, испускаемый поверхностью, - площадь этой поверхности. Размерность и единица светимости: , . Люмен на квадратный метр равен светимости поверхности площадью 1 , испускающей световой поток 1 лм. Светимость и яркость ламбертовского источника связаны простым соотношением . (7) Удельная мощность источника света равна отношению потребляе-мой электрической мощности к силе света источника света: . (8) Единица удельной мощности: . Световая отдача источника света равна отношению светового пото-ка к потребляемой электрической мощности: . (9) Единица световой отдачи: . 4. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ 1. Люксметр Ю116. 2. Лампы накаливания с различными световыми характеристиками. 3. Мерная линейка или рулетка. 4. Установка для изучения элементов фотометрии. 5. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ Рисунок 1 Схема установки для изучения законов фотометрии представлена на рисунке 1. Установка состоит из основания 1, мерной шкалы 2, лам-пы накаливания 3, ввернутой в патрон 4, люксметра Ю116 или Ю117, состоящий из фотоэлемента 5 и отсчетного прибора 6, отградуирован-ного в единицах освещенности люксах (лк). Работа с люксметром Основным измерительным прибором, используемым в лаборатор-ной работе, является фотоэлектрический люксметр Ю116, который предназначен для измерения освещенности, создаваемой лампами на-каливания и естественным светом. Он состоит из измерителя (6), про-градуированного в люксах, и селенового фотоэлемента (5) в отдельном корпусе. Фотоэлемент подключается к измерителю проводом со штеп-сельным разъемом. Для изменения диапазонов измеряемых значений освещенности предназначен комплект насадок, надеваемых на фото-элемент. До начала производства измерений внимательно ознакомьтесь с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации и применению люксметра. Неправильные, ошибочные действия могут вывести прибор из строя. 6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Упражнение 1. Определение освещенности, создаваемой лампами накаливания различной мощности и конструкции. Сопоставление результатов экспериментальных исследований 1. Вкрутите лампу накаливания (3) в патрон (4), установите фотоэле-мент люксметра на расстоянии 0,5 м от лампы накаливания, включите лампу накаливания в сеть 220 В и определите освещенность, создавае-мую лампой, в месте расположения фотоэлемента. 2. Определите освещенность на расстояниях 1; 1,5; 2; 2,5 м от лампы. Результаты измерений запишите в таблицу 1. 3. Повторите пункт 2 для ламп накаливания 40, 60 Вт с обычным и 60 Вт с молочным стеклом лампы (NARVA). Результаты измерения запи-шите в таблицу 1. 4. Сделайте краткие выводы по упражнению 1. Таблица 1 № , Вт Расстояние, , м ,кд ,лм 0,5 1.0 1.5 2.0 2.5 1 15 2 25 3 40 4 60 5 75 6 60 NARVA Упражнение 2. Проверка законов обратных квадратов. Расчет удель-ной мощности и световой отдачи. Проверка законов обратных квадратов основана на анализе соот-ношения (4). Если , то . Отсюда . (10) Из уравнения (10) следует, что зависит от по линейному закону. Видно, что прямая линия, соответствующая зависимости (10), должна проходить через начало координат, а котангенс угла наклона этой линии пропорционален силе света исследуемой лам-почки. На этом основана проверка законов обратных квадратов и определение силы света лампочки. Порядок выполнения упражнения 2 1. В соответствии с экспериментальными данными, представленными в таблице1, постройте график зависимости , откладывая по вертикальной оси величину обратную освещенности , а по гори-зонтальной оси – квадрат расстояния от лампы до фотоэлемента люкс-метра . График должен представлять собой прямую линию, прохо-дящую через начало координат. Прямую по точкам проводите, приме-няя метод наименьших квадратов. Если экспериментальная зависи-мость не совпадает с прямой, то соотношение (4) не выполняется. 2. Рассчитайте силу света исследуемой лампы по котангенсу угла на-клона проведенной прямой . Результаты расчета запишите в таблицу 1. 3. Рассчитайте полный световой поток создаваемый лампой по фор-муле: . Результаты расчета запишите в таблицу 1. 4. Сделайте краткие выводы по упражнению 2. Таблица 2 Элек-трич. мощ-ность, , Вт Удельная мощность, , Вт/кн Световая отдача, , лм/Вт Светимость , лм/м2 ( ) Яркость, , кн/м2 ( ) Диаметр лампы, , м 15 25 40 60 75 60 NARVA Упражнение 3. Определение удельной мощности, световой отдачи ис-точников света, расчет светимости и яркости неточечных источников света 1. Рассчитайте по формулам (8) и (9) удельную мощность и свето-вую отдачу ламп различной мощности. Результаты расчета занесите в таблицу 2. 2. Рассчитайте по формулам (5) и (6) светимость М и яркость L лам-пы с молочным стеклом. При расчетах считать (площадь кру-га), (площадь сферы), где d - диаметр колбы молочной лампы накаливания. Результаты расчета запишите в таблицу 2. 3. Сделайте краткие выводы по упражнению 3. 7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Каковы должны быть мощности потоков оранжевого и синего света, создающей зрительное ощущение такой же интенсивности, как поток желто – зеленых лучей мощ-ностью 1 Вт? При расчете пользоваться кривой спектральной чувстви-тельности глаза для дневного зрения. 2. Дать определения основных фотометрических величин, их размер-ностей и единиц. 3. Найти полный световой поток, испускаемый изотропным источни-ком, сила света которого 10 кд. 4. Вывести формулу (4). 5. Определить удельную мощность (в ваттах на канделу) и световую отдачу лампы мощностью 75 Вт, создающей на расстоянии 3 м при нормальном падении лучей освещенность 8 лк. 6. Определить полный световой поток, светимость и яркость све-тильника из молочного стекла, имеющего форму шара диаметром 20 см. Сила света шара 80 кд. 7. Горящие уличные фонари в виде молочных шаров кажутся одина-ково яркими с расстояния, например 20 м и 40 м. Как это объяснить?

Размер файла: 229 Кбайт
Тип файла: doc (Mime Type: application/msword)
Заказ курсовой диплома или диссертации.

Горячая Линия


Вход для партнеров