Фотометрическое исследование лампы накаливания

Целью настоящей лабораторной работы является исследование с помощью люксметра зависимости освещенности, создаваемой лампой накаливания, от расположения освещаемой поверхности и измерение фотометрических параметров лампы.

Описание установки

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 7. На оптическом рельсе 1, имеющем миллиметровую шкалу, установлены

фотоэлемент 2 люксметра 3 и лампа накаливания 4, питаемая от сети 220 В через понижающий трансформатор. В цепь лампы включены амперметр и вольтметр. Лампу можно поворачивать вокруг своей оси и перемещать вдоль рельса. Фотоэлемент также можно поворачивать на различные углы вокруг вертикальной оси. Для измерения углов поворота на держателях имеются шкалы в градусной мере. В процессе измерений в комнате кроме указанной лампы накаливания не должно быть других источников света. Для устранения влияния отраженного света, накрывайте рельс черной тканью. Возможны также помехи от светлой одежды. При невозможности их устранения придумайте способ учета.

Упражнение 1.

Исследование зависимости освещенности поверхности от расстояния до лампы.

1. Включите лампу и зафиксируйте угол ее поворота в нулевом положении.

2. Установите фотоэлемент в держатель нормально к оптической оси и подключите его к люксметру.

3. Включите люксметр и подберите подходящее расширение шкалы.

4. Перемещая лампу вдоль рельса исследуйте зависимость показаний люксметра Е от расстояния R между лампой и фотоэлементом. Постройте график функции Е=f(1/R²). Объясните полученную зависимость.

Упражнение 2.

Исследование зависимости освещенности площадки от угла ее поворота относительно источника света

1. Установите угол i между нормалью к поверхности фотоэлемента и оптической осью равным нулю градусов.

2. Приблизьте лампу к фотоэлементу на расстояние, при котором стрелка люксметра показывает максимальный отсчет по шкале (во избежание поломки люксметра не допускайте зашкаливания).

3. Изменяя угол поворота фотоэлемента, зарегистрируйте показания люксметра и затем постройте график функции Е=f(cosi). Объясните полученную зависимость.

Упражнение 3.

Расчет фотометрических параметров лампы на основе построения полярной диаграммы распределения ее силы света

1. Установите угол i между нормалью к поверхности фотоэлемента и оптической осью равным нулю градусов.

2. Приблизьте лампу к фотоэлементу на расстояние R, при котором стрелка люксметра отклоняется примерно на две трети шкалы.

3. Поворачивая лампу вокруг своей оси на угол f с шагом 10 градусов до 360^о, зарегистрируйте показания люксметра Е.

4. Рассчитав по формуле (4) значения силы света J, соответствующие различным направлениям излучения, представьте полученные данные в виде полярной диаграммы J=f(f).

5. Усредните силу света лампы по всем направлениям (т.е. оцените величину средней сферической силы света J_ср). Вычислите по формулам (1-6) в световых единицах следующие параметры, полагая, что все видимое излучение лампы приходится на длину волны 555 нм:

а) Полный световой поток Ф, испускаемый спиралью лампы.

б) Яркость спирали В и яркость ее светового луча L, полагая, что она имеет форму шара с диаметром 2 мм.

в) Светимость спирали М.

г) Определите потребляемую лампой электрическую мощность Р, используя показания амперметра и вольтметра.

д) Вычислите коэффициент полезного действия лампы по формуле: .

Контрольные вопросы:

1. Перечислите и дайте определения фотометрических величин. Укажите в каких единицах они измеряются.

2. Что используется в качестве светового эталона?

3. Что такое спектральная чувствительность (или кривая видности) глаза? В каком интервале длин волн видит человеческий глаз?

4. Изобразите примерный вид спектра излучения лампы накаливания. Как он изменяется в зависимости от температуры нити лампы? К какому типу относится этот спектр (линейчатый, полосатый или сплошной)?

5. Почему КПД ламп накаливания низок?

6. Для каких целей используется люксметр?

7. Опишите принцип работы люксметра.

Дополнительная литература:

Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света - М.: Энергоатомиздат, 1983.

Лабораторные оптические приборы. Под ред. Л.А. Новицкого. М.: Машиностроение, 1979.