Ćwiczenie Nr 11 Fotometria

Podobne dokumenty
LABORATORIUM OPTYKA GEOMETRYCZNA I FALOWA

Elementy fotometrii: pomiary natężenia napromienia wybranych źródeł światła

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

Podstawy fizyki wykład 8

POMIARY FOTOMETRYCZNE

Ćwiczenie 3. Elementy fotometrii i testy rozdzielczości obiektywów fotograficznych. Wprowadzenie teoretyczne. Elementy fotometrii

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Wydajność konwersji energii słonecznej:

BARWA. Barwa postrzegana opisanie cech charakteryzujących wrażenie, jakie powstaje w umyśle;

w literaturze i na WWW panuje zamieszanie (przykład: strumień promieniowania dla fizyka to coś innego, niż dla astronoma)

Schemat układu zasilania diod LED pokazano na Rys.1. Na jednej płytce połączone są różne diody LED, które przełącza się przestawiając zworkę.

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Temat ćwiczenia. Pomiary oświetlenia

Badanie własności fotodiody

Ćwiczenie nr 34. Badanie elementów optoelektronicznych

Temat: WYZNACZANIE OBROTOWO-SYMETRYCZNEJ BRYŁY FOTOMETRYCZNEJ

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 53: Soczewki

Ćwiczenie 375. Badanie zależności mocy promieniowania cieplnego od temperatury. U [V] I [ma] R [ ] R/R 0 T [K] P [W] ln(t) ln(p)

Grupa: Elektrotechnika, Studia stacjonarne, II stopień, sem. 1. wersja z dn Laboratorium Techniki Świetlnej

Ćwiczenie Nr 8 Współczynnik załamania refraktometr Abbego

Pochłanianie światła

WYZNACZANIE OGNISKOWYCH SOCZEWEK

Polecenie ŚWIATPUNKT - ŚWIATŁO PUNKTOWE

Ćwiczenie 1. Część teoretyczna Światło jest falą elektromagnetyczną, zatem związana jest z nią funkcja ( r, t)

IV. Wyznaczenie parametrów ogniwa słonecznego

FOTOMETRYCZNE PRAWO ODLEGŁOŚCI (O9)

Ćw. 20. Pomiary współczynnika załamania światła z pomiarów kąta załamania oraz kąta granicznego

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

WYZNACZANIE KĄTA BREWSTERA 72

Optyka. Wykład IX Krzysztof Golec-Biernat. Optyka geometryczna. Uniwersytet Rzeszowski, 13 grudnia 2017

Wy1. 2 Wy7 Detektory fotonowe i termiczne. 2 Wy8 Test zaliczeniowy 1 Suma godzin 15

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

BADANIE PROMIENIOWANIA CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO

Stanowisko do badania zjawiska tłumienia światła w ośrodkach materialnych

Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą spektrometru siatkowego

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Fale dźwiękowe. Jak człowiek ocenia natężenie bodźców słuchowych? dr inż. Romuald Kędzierski

WYZNACZANIE BRYŁY FOTOMETRYCZNEJ LAMP I OPRAW OŚWIETLENIOWYCH

II. Badanie charakterystyki spektralnej źródła termicznego promieniowania elektromagnetycznego

OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz

Badanie rozkładu pola elektrycznego

Ćwiczenie 74. Zagadnienia kontrolne. 2. Sposoby otrzymywania światła spolaryzowanego liniowo. Inne rodzaje polaryzacji fali świetlnej.

LUKSOMIERZ CYFROWY NI L204

OCENA PRZYDATNOŚCI FARBY PRZEWIDZIANEJ DO POMALOWANIA WNĘTRZA KULI ULBRICHTA

Ćwiczenie 3. Strona 1 z 10

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

Ćwiczenie 1. Część teoretyczna

7. Wyznaczanie poziomu ekspozycji

LABORATORIUM Elementy i Układy Optoelektroniczne (Advanced Optoelectronics)

Wy1. 2 Wy7 Detektory fotonowe i termiczne. 2 Wy8 Test zaliczeniowy 1 Suma godzin 15

Grafika komputerowa. Model oświetlenia. emisja światła przez źródła światła. interakcja światła z powierzchnią. absorbcja światła przez sensor

Dzień dobry. Miejsce: IFE - Centrum Kształcenia Międzynarodowego PŁ, ul. Żwirki 36, sala nr 7

LVII Olimpiada Fizyczna (2007/2008)

Ćwiczenie nr 82: Efekt fotoelektryczny

E12. Wyznaczanie parametrów użytkowych fotoogniwa

lm Φ= 683 Φ λ V λ dλ (1) W

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

Ćwiczenie 42 WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI CIENKIEJ. Wprowadzenie teoretyczne.

Ćwiczenie E17 BADANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH I SPRAWNOŚCI KONWERSJI ENERGII PADAJĄCEGO PROMIENIOWANIA

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

TEMAT: POMIAR LUMINANCJI MATERIAŁÓW O RÓśNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH FOTOMETRYCZNYCH

Ćwiczenie 2 WSPÓŁPRACA JEDNAKOWYCH OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH W RÓŻNYCH KONFIGURACJACH POŁĄCZEŃ. Opis stanowiska pomiarowego. Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenia z mikroskopii optycznej

Wstęp do astrofizyki I

ĆWICZENIE 41 POMIARY PRZY UŻYCIU GONIOMETRU KOŁOWEGO. Wprowadzenie teoretyczne

Rys.2. Schemat działania fotoogniwa.

Spektroskop, rurki Plückera, cewka Ruhmkorffa, aparat fotogtaficzny, źródło prądu

Ć W I C Z E N I E N R O-1

Efekt fotoelektryczny

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

Badanie właściwości optycznych roztworów.

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

PIERWSZA PRACOWNIA FIZYCZNA Ćwiczenie nr 64 BADANIE MIKROFAL opracowanie: Marcin Dębski, I. Gorczyńska

Wyznaczanie parametrów baterii słonecznej

Pomiar indukcji pola magnetycznego w szczelinie elektromagnesu

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Zagadnienia: równanie soczewki, ogniskowa soczewki, powiększenie, geometryczna konstrukcja obrazu, działanie prostych przyrządów optycznych.

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

SPRAWDZENIE PRAWA STEFANA - BOLTZMANA

O3. BADANIE WIDM ATOMOWYCH

BADANIE CHARAKTERYSTYK FOTOELEMENTU

Ćwiczenie O 13 -O 16 BADANIE ABSORPCJI ŚWIATŁA W MATERII Instrukcja dla studenta

Sposób wykonania ćwiczenia. Płytka płasko-równoległa. Rys. 1. Wyznaczanie współczynnika załamania materiału płytki : A,B,C,D punkty wbicia szpilek ; s

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Wykład 2. Fotometria i kolorymetria

Skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła w cieczach (PF13)

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Ć W I C Z E N I E N R O-6

Wstęp do teorii niepewności pomiaru. Danuta J. Michczyńska Adam Michczyński

Ćwiczenie 1. Parametry statyczne diod LED

Transkrypt:

Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski Chorzów 2018 r. Ćwiczenie Nr 11 Fotometria Zagadnienia: fale elektromagnetyczne, fotometria, wielkości i jednostki fotometryczne, oko. Wstęp Radiometria (fotometria fizyczna) zajmuje się badaniami fal elektromagnetycznych w całym zakresie ich widma i wielkościami z nimi związanymi, podczas gdy fotometria wizualna (fotometria fizjologiczna) jedynie zakresem widzialnym (jest działem optyki), czyli postrzeganym przez ludzkie oko (360-780 nm). Fotometria wizualna uwzględnia w opisie zjawisk własności optyczne oka, jako detektora promieniowania, ale także procesy percepcji wrażeń wzrokowych przez człowieka (aspekty psychofizyczne). Punktowe źródło światła emituje jednorodne promieniowanie we wszystkich kierunkach - w pełny kąt bryłowy 4. Całkowita moc wypromieniowana przez takie źródło - całkowity strumień świetlny [W] - pozostaje stała, podczas gdy powierzchnia kuli, w której energia ta jest zawarta rośnie proporcjonalnie do kwadratu jej promienia (odległości od źródła). Z tych powodów natężenie oświetlenia E [W/m 2 ] dla powierzchni prostopadłej do kierunku promieni zmienia się odwrotnie proporcjonalnie z kwadratem odległości r [m] od źródła. Zależność tą wyraża fotometryczne prawo odległości, które można zapisać wzorem: (1) w którym I jest natężeniem światła. W przypadku, gdy promienie świetlne padają na powierzchnię pod kątem zależność ta ma postać: (2) Kąt padania jest kątem między normalną do powierzchni, a kierunkiem promieni (kierunkiem rozchodzenia się energii). Studencka Pracownia Optyki Strona 1

wektor normalny do powierzchni Rys. 1. Promień świetlny padający na powierzchnię pod kątem. Wyrażana w watach [W] moc wypromieniowana przez źródło nazywana jest w radiometrii strumieniem promieniowania, natomiast w fotometrii - strumieniem świetlnym. Należy jednak pamiętać, że w fotometrii brana jest pod uwagę jedynie moc promieniowania emitowanego w widzialnym zakresie fal elektromagnetycznych oraz uwzględniana czułość oka na poszczególne długości fali. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen [lm]. Natężenie światła (jasność, natężenie kątowe) I definiowane jest jako energia wypromieniowana w jednostce czasu przez źródło (strumień ) w jednostkowy kąt bryłowy. Jej jednostką jest zatem W/sr (sr steradian). Zgodnie z definicją natężenie światła możemy wyrazić jako: (3) Fotometrycznym odpowiednikiem natężenia jest światłość kierunkowa I f, której jednostką jest kandela [cd]. Jest ona definiowana z uwzględnieniem różnej wrażliwości oka ludzkiego na poszczególne długości fali i wyraża się wzorem: (4) gdzie I jest natężeniem światła, a y( ) funkcją opisującą wrażliwość (czułość) oka na fale o różnych długościach (Rys. 2). Rys. 2. Wykres czułości spektralnej oka ludzkiego. Studencka Pracownia Optyki Strona 2

Wrażenia wzrokowe uzależnione są od ilości światła, które dociera do oświetlanej powierzchni i od własności samej powierzchni (m.in. ile promieniowania odbija). Z tego powodu wprowadza się wielkość nazywaną natężeniem oświetlenia E. Opisuje ona strumień promieniowania padającego na jednostkę oświetlonej powierzchni (jednostka W/m 2 ). Fotometrycznym odpowiednikiem natężenia oświetlenia jest iluminancja podawana w luksach (lx = lm/m 2 ). Natężenie oświetlenia (iluminacja) E zależy od natężenia kątowego (światłości kierunkowej), od orientacji oświetlonej powierzchni względem kierunku propagacji fali, a także od odległości powierzchni od źródła. Dla punktowego źródła mamy: (5) gdyż kąt bryłowy, pod którym ze źródła widziana jest powierzchnia A, oddalona o r, wynosi: (6) Rys. 3. Kąt bryłowy wycina na powierzchni sfery o promieniu r powierzchnię A. Wykonanie pomiarów Pomiary wykonywane są na stanowisku zaopatrzonym w (Rys. 4): - żarówkę halogenową w obudowie (1) stanowiącą punktowe źródło światła, - fotodiodę (2) z woltomierzem cyfrowym pełniącą rolę detektora promieniowania, - ławę optyczną (3) ze skalą metryczną. (2) (1) (3) Rys. 4. Układ pomiarowy do badań fotometrycznego prawa odległości. Studencka Pracownia Optyki Strona 3

Przystępując do wykonania ćwiczenia sprawdź, czy detektor zwrócony jest dokładnie w kierunku źródła światła (żarówki halogenowej). Zachowaj ostrożność i nie dotykaj obudowy żarówki, gdy jest ona włączona (obudowa mocno się rozgrzewa). 1) Włącz żarówkę i ustaw na drugim końcu ławy detektor. Włącz zasilenie detektora i woltomierz cyfrowy na zakres 2V. 2) Przesuwaj detektor wzdłuż ławy (w zakresie odległości źródło-detektor od 100 cm do 10 cm) z krokiem 5 cm, rejestrując w każdym położeniu wskazania woltomierza. Pamiętaj o dokładnym wyznaczeniu odległości źródło-detektor, mierząc ją od od źródła światła do fotodiody, a nie od ich obudów. Powtórz pomiary co najmniej 10 razy, przemieszczając detektor od i do źródła. Pamiętaj o zmianie zakresów miernika, aby w pełni wykorzystać jego dokładność pomiarową. 3) Po zakończeniu pomiarów wyłącz detektor i żarówkę. Opracowanie wyników 1. Dla każdego położenia detektora oblicz średnią wartość zmierzonego napięcia i odchylenie standardowe wartości średniej. Oceń błąd wyznaczania odległości źródłodetektor (skala naniesiona na podstawie ławy optycznej ma dokładność 1 mm). 2. Na podstawie dokonanych pomiarów napięcia U [mv] mierzonego na fotodiodzie w funkcji odległości r [cm] źródło-fotodioda wykreśl wykres zależności U(r). Rys. 5. Przykładowy wykres zależności U(r). 3. Pamiętając, że wskazania woltomierza są proporcjonalne do natężenia światła I sprawdź, czy spełnione jest prawo odwrotnej proporcjonalności natężenia oświetlenia E od kwadratu odległości r. W tym celu sporządź wykres napięcia U(x) w funkcji odwrotności kwadratu odległości (x = 1/r 2 ) jeżeli wyniki pomiarów są zgodne z prawem, to punkty pomiarowe powinny układać się na linii prostej. Dopasuj do punktów pomiarowych prostą i wyznacz jej współczynniki (możesz wykonać to w programie Excel). Studencka Pracownia Optyki Strona 4

Rys. 5. Przykładowy wykres zależności zmian napięcia U(x) dla zmiennej x = 1/r 2 i przebieg dopasowanej prostej umożliwiającej wyznaczenie współczynników a i b. Literatura [1] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki. Tom 4, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015. [2] Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna. Część IV Optyka, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1963. [3] J. R. Meyer-Arendt, Wstęp do optyki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1977. [4] M. Zając, Optyka w zadaniach dla optometrów, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2011. Studencka Pracownia Optyki Strona 5