В данной статье описывается метод экспериментальной проверки фотометрического закона расстояния. Определяется сила света, излучаемого точечным источником, в зависимости от расстояния. Статья предназначена для студентов-физиков, учителей и учеников средних школ.
Ключевые слова: световой поток, количество света, интенсивность света, освещенность, яркость.
This article describes the method of experimental verification of the photometric distance law. The intensity of light emitted by a point source is determined depending on the distance. The article is intended for physics students, teachers and secondary school students.
Keywords : luminous flux, amount of light, light intensity, illumination, brightness.
В данной статье мы будем решать следующие задачи:
1. Определить интенсивность света, излучаемого точечным источником, в зависимости от расстояния
2. Подтвердить фотометрический закон расстояния путем построения графика освещенности как функции от обратного значения квадрата расстояния.
Таблица 1
Оборудование
|
1 |
Люксметр, переносной |
07137.00 |
1 |
|
2 |
Датчик люксметра |
12107.01 |
1 |
|
3 |
Оптическая скамья l = 60 см |
08283.00 |
1 |
|
4 |
Подставка для опт. скам., регулируемая |
08284.00 |
2 |
|
5 |
Ползунок с креплением для опт. скам. h = 30 мм |
08286.01 |
1 |
|
6 |
Ползунок с креплением для опт. скам. h = 80 мм |
08286.02 |
1 |
|
7 |
Ламповый патрон Е 14 на подставке |
06175.00 |
1 |
|
8 |
Лампа накаливания 6 В/5 А, Е14 |
06158.00 |
1 |
|
9 |
Универсальный зажим |
37715.00 |
1 |
|
10 |
Блок питания 0–12 В пер.тока/6 В, 12 В пер.тока |
13505.93 |
1 |
Рис. 1. Экспериментальная установка: Фотометрический закон расстояния
Подготовка и измерения
Экспериментальная установка показана на Рис. 1. Необходимо удостовериться в том, что ось нити лапы накаливания (ползунок с креплением h = 30 мм) совпадает с осью оптической скамьи. Датчик люксметра (ползунок с креплением h = 80 мм) должен находиться на той же высоте. Люксметр необходимо откалибровать, прежде чем приступать к Эксперименту. Для устранения фоновой освещенности необходимо выключить свет, а при расчетах необходимо принимать во внимание вероятную фоновую освещенность. Небольшие расстояния измеряются при помощи линейки, а большие расстояния определяются при помощи шкалы на оптической скамье. Лампа подключается к выходу 6В переменного тока блока питания.
Теория и вычисления
Точечный источник света интенсивностью света I (Кандела/кд) излучает световой поток Ф (Люмен/лм) по телесному углу ω. Интенсивность света, приходящаяся на единицу телесного угла dω, равна:
I=dФ/dω [кд](1)
Для источника света, распространяющегося в пространстве (а также источника, только отражающего свет, а не излучающего его), яркость В задается по формуле:
В=dI/dA [кд/см 2 ](2)
Если площадь dА* освещается световым потоком dФ , освещенность Е (Люкс/лк) равна:
Е=dФ / dА* [лк] (3)
Рис. 2. Схематичное определение фотометрического закона расстояния
На Рис. 2 показано схематическое изображение площади поверхности dА*, освещаемой точечным источником Р. Интенсивность света источника равна I и его расстояние от площади поверхности равно r, а перпендикуляр, опущенный на площадь поверхности, указывает направление соединительной линии с источником света.
Освещенность Е задается по формуле:
Е = dФ / dА*=
При
Уравнение (5) описывает фотометрический закон расстояния. В соответствии с ним освещенность поверхности Е уменьшается пропорционально квадрату расстояния при постоянной интенсивности света I.
На Рис. 3 измеренные значения освещенности Е отображены на графике как функция от обратного значения квадрата расстояния r . Фотометрический закон расстояния подтверждается линейностью первичного графа.
Рис. 3: Освещенность как функция от обратного значения квадрата расстояния
Литература:
- Чарыев А. Основные законы физики. Учебное пособие для учителей средних и старших классов. — Ашхабад. Туркменская государственная издательская служба, 2004.
- www.phywe.com.
- info@phywe.com.
