Визначення світлової віддачі лампи розжарювання
Мета роботи: вимір світловий віддачі лампи розжарювання при різних значеннях сили струму.
Прилади й приналежності: 1) оптична лава з трьома стійками, 2) фотометр, 3) амперметр, 4) вольтметр, 5) еталонна лампа, 6) досліджувана лампа, 7) регулятор напруги.
Світло являє собою електромагнітні хвилі, які, поширюючись в просторі, несуть певну енергію. Отже, енергія світла - це є енергія електромагнітних хвиль. Розрізняють енергетичні і світлові характеристики електромагнітного випромінювання. Енергетичні величини характеризують енергетичні параметри випромінювання, враховуючи випромінювання в усьому можливому (інфрачервоному, видимому, ультрафіолетовому) діапазоні довжин хвиль, тобто є об'єктивними характеристиками випромінювання. Світлові величини характеризують фізіологічну дію світлового випромінювання на людське око, який найбільш чутливий до жовто-зеленого кольору видимого діапазону і абсолютно не відчуває інфрачервоне і ультрафіолетове випромінювання. Нижче ми будемо розглядати світлові характеристики випромінювання, які оцінюються безпосередньо нашим оком.
Світловий потік Ф дорівнює відношенню світлової енергії ΔW випромінювання, що оцінюється по зоровому відчуттю, до часу Δt, за яке випромінювання відбулося:
За одиницю світлового потоку приймається люмен (лм). Таким чином, світловий потік характеризує потужність світлового випромінювання, що оцінюється безпосередньо нашим оком. Світловий потік створюється джерелом світла і діє на навколишні предмети.
Для просторових задач поширення світла істотно поняття тілесного кута. Тілесним кутом називається частина простору, обмежена конічної поверхнею всередині сфери.
Тілесний кут визначається відношенням площі ΔS, що вирізується конічної поверхнею на поверхні сфери (з центром О в вершині тілесного кута), до квадрату радіуса R сфери (рис. 1):
Одиницею тілесного кута є стерадіан (ср). 1 ср - тілесний кут з вершиною в центрі сфери, вирізує на поверхні сфери площу, рівну площі квадрата зі стороною, що дорівнює радіусу сфери. Очевидно, що тілесний кут, що охоплює весь простір навколо джерела світла, дорівнює 4 стерадіан:
Поняття сили світла вводиться за допомогою уявлення про точковому джерелі світла. Джерело світла називається точковим, якщо його розмір малий у порівнянні з відстанню до місця спостереження і він випромінює світло рівномірно в усіх напрямках.
Силою светаI джерела називається відношення світлового потоку ΔФ, створюваного точковим джерелом світла, до тілесного кута ΔΩ, в якому цей потік поширюється:
В системі СІ одиницею сили світла прийнята кандела (кд). 1 кд - сила світла, що випускається при певних умовах еталонним джерелом світла спеціальної конструкції.
Джерело світла часто висвітлює поверхні предметів нерівномірно. Так лампа, що висить над столом, найкраще висвітлює центр столу. Краї столу висвітлюються значно гірше. Тому в фотометрії вводять таке поняття, як освітленість предметів. Освітленістю Е називають відношення світлового потоку ΔФ, що падає на деяку ділянку поверхні, до площі ΔSетого ділянки:
Одиниця освітленості в системі СІ називається люксом (лк). Люкс дорівнює освітленості поверхні площею 1 м 2 при світловому потоці падаючого на неї випромінювання, що дорівнює 1 лм.
Найбільш широко поширеним джерелом світла є лампи розжарювання. Основний фізичної величиною, що характеризує економічність лампи розжарювання, є світлова віддача. Світловою віддачею лампи розжарювання називається відношення світлового потоку Ф, створюваного лампою, до споживаної їй від мережі потужності N:
Якщо світловий потік вимірюється в люменах, а потужність в ватах, то світлова віддача лампи має розмірність - лм / Вт.
Потужність струму, споживаного лампочкою, обчислюється за формулою:
де i - сила струму лампи, U - напруга на її клемах. Якщо сила струму буде виражена в амперах, а напруга в вольтах, то потужність виразиться у ВАТ.
Таким чином, для визначення світлової віддачі лампи розжарювання необхідно виміряти силу її світла і відрахувати за вимірювальними приладами споживані лампою значення сили струму і напруги.
Світлова віддача лампи розжарювання залежить від режиму її роботи, що встановлюється відповідно до конструкції лампи і умовами її експлуатації. Наприклад, світлова віддача вугільних ламп була менше 3 лм / Вт, тоді як світлова віддача сучасних ламп розжарювання становить 10 - 30 лм / Вт, люмінесцентних ламп - (40 - 60) лм / Вт.
Метою цієї роботи є вимір світловий віддачі лампи при різному її розжарюванні (тобто при різних значеннях сили струму в лампі).