Ламп накаливания

Лабораторная работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ СВЕТА И УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ

ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

Цель работы: ознакомление с устройством и работой фотометра и выполнение простейших фотометрических измерений.

Приборы и принадлежности: фотометрическая скамья, фотометр, ваттметр, регулятор напряжения, эталонная и исследуемая лампы накаливания.

Краткие теоретические сведения.

1) Светотехнические и фотометрические величины.

Фотометрия – раздел оптики, изучающий энергетические характеристики света. К фотометрическим величинам относятся:

а) световой поток – это светотехническая величина, характеризующая энергию излучения с учетом восприимчивости глаза человека. Световой поток измеряется в люменах

,

б) сила света – это величина, характеризующая источники света и равная отношению светового потока к телесному углу, в который направлено излучение:

где W – телесный угол, полный телесный угол равен 4p стереорадиан.

Сила света измеряется в канделлах:

,

в) освещённость – это физическая величина, характеризующая световой поток, падающий на единицу площади поверхности. Освещенность определяется по формуле

Освещенность измеряется в люксах:

Освещенность, создаваемая точечным источником на участке поверхности, находящемся на расстоянии r от источника, определяется по формуле:

где I – сила света,

a – угол между нормалью к поверхности и световым лучом

2) Основной характеристикой источника света является величина, называемая силой света. Измерение ее производится путем определения количества световой энергии, излучаемой источником в единичном телесном угле. Однако в лабораторных условиях этот метод не всегда осуществим. Более приемлемым является визуальный метод, основанный на фотометрическом сравнении данного источника света с другим, сила света которого заранее измерена. Для этой цели используется фотометрическая установка, собираемая на оптической скамье.

Для достижения фотометрического равновесия (при сравнении силы света источника) изменяется расстояние между источниками и приемной пластиной фотометрической головки или любого другого, установленного на скамье фотометра. Если полагать, что обе стороны приемной пластины расположены симметрично и имеют одинаковый коэффициент яркости (отражения), то при световом равновесии будут равны освещенности обеих сторон. Зная расстояние от приемной пластины до освещающих ее источников света, можно сравнить силу света этих источников. И если сила света одного из них известна, то определяется и сила света второго источника. Сравниваемые источники с силой света и устанавливаются на скамье по обе стороны фотометрической головки (рис.1). Светового равновесия добиваются путем перемещения фотометрической головки относительно источников света. При этом отсчитывают расстояния от одного и от другого источников до приемной пластины головки и . Отношение силы света источников равно отношению квадратов измеренных расстояний:

(1)

Рис. 1

Фотометрическая головка I устанавливается на одной из тележек между двумя источниками света, освещающими находящуюся на корпусе головки двухстороннюю приемную белую матовую пластинку. Оптическая схема фотометра приведена на рис.2. Свет, отраженный поверхностями пластины П, направляется призмами полного отражения и на входные грани кубика. Кубик представляет собой две стеклянные призмы, пришлифованные друг к другу до оптического контакта. На пришлифованной поверхности правой призмы сделаны небольшие углубления (в местах углублений оптического контакта нет), форма и расположение углублений показаны на рис.2а (заштрихованная часть). Пучок света от источника , попадающий на область оптического контакта, не отклоняясь выходит из кубика и поглощается стенками камеры; другая часть света, которая приходится на углубление и претерпевает полное отражение, попадает в окулярную трубу фотометра. Свет от источника проделав аналогичный путь, попадает на пришлифованные грани кубика с другой стороны; при этом в окулярную трубу попадает та часть светового потока, которая проходит через область оптического контакта. Окулярная труба сфокусирована так, что в ее поле зрения резко видны контуры углублений на пришлифованной грани правой призмы, причем область внутри этих контуров будет освещена светом, рассеянным от левой стороны пластины П. Если обе стороны пластины освещены одинаково и оптические пути обоих световых пучков равны, то все поле зрения трубы будет казаться равноосвещенным и контуры углублений станут невидимы. Этот случай будем называть световым равенством.

В конструкции фотометра предусмотрено приспособление для ввода на пути световых пучков дополнительных плоско-параллельных контрастных пластинок (в результате отражения от поверхности этих пластинок теряется около 8% проходящего света). При световом равенстве трапеции и будут темнее, чем все остальное поле зрения. Введение контрастных пластинок позволяет с большей точностью устанавливать наличие светового равенства, т.к. человеческий глаз точнее определяет световой контраст между неодинаково освещенными участками поля зрения, чем равноосвещенность всего поля зрения.

Важной характеристикой ламп накаливания является удельная мощность которая определяется отношением мощности электрического тока Р к силе света I данной лампы:

(2)

Удельная мощность зависит от температуры нити накала лампы, а следовательно и от напряжения питающего лампу.

Рис.3 Люксметр

Методика измерений и обработка результатов

Упражнение I. Измерение силы света, удельной мощности и яркости

лампы накаливания.

1. Для определения силы света и удельной мощности лампы накаливания собирают электрическую цепь согласно рис.1.
2. Включают электрическую цепь.
3. Изменяя напряжение на исследуемой лампе , измеряют потребляемую ею мощность .
4. Определяют с помощью фотометрической головки положение фотометрического равновесия и расстояния и .
5. Пользуясь формулами (1) и (2), рассчитывают силу света и удельную мощность лампы накаливания.
6. Определяют светящуюся площадь лампы и по формуле определяют яркость.
7. По результатам измерений строят графики зависимости удельной мощности исследуемой лампы накаливания от силы света и напряжения.
8. Данные заносят в таблицу 1.

Таблица 1.

№ п/п							S	B
									103 кд

Упражнение 2. Изучение светового поля лампы накаливания.

Сила света несимметричного источника света зависит от направления, в котором распространяется свет. Помещают источник света на оптической скамье на поворотном приспособлении (держатель с лимбом) и производят измерение силы света через каждые 10° поворота лампы. При каждом угле поворота производят по одному измерению силы света. Результаты измерений записывают в таблицу 2.

Таблица 2.

0°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

90°

…

360°

Строят график зависимости силы света лампочки накаливания от угла поворота в полярной системе координат. Указанный график будет представлять геометрическое место концов векторов, равных по своей длине силе света в соответствующих направлениях. На графике экспериментальные точки соединяют плавной кривой.

Контрольные вопросы:

1. В чем суть метода фотометрирования?

2. Что такое кривая видности и каково ее назначение?

3. Дайте определения фотометрическим величинам и укажите единицы их измерения.

Дата добавления: 2015-07-10