Фотометрія є розділом оптики, в якому вивчаються кількісні характеристики видимого випромінювання й співвідношення між ними

В фотометрії вивчається не весь оптичний діапазон електромагнітного випромінювання, а тільки та частина, яка сприймається оком людини як світло.

Різні джерела світла випромінюють в оточуюче середовище різну кількість світлової енергії. Для характеристики джерела світла використовують фізичну величину, яку називають світловий потік. Світловий потік Ф - це енергія, що переноситься світлом в одиницю часу, крізь будь яку поверхню.

Другою важливою величиною у фотометрії є освітленістьЕ, яка характеризує розподілення світлового потоку у різних місцях освітлюваємої поверхні. Якщо світловий потік утворюється пучком променів, перпендикулярних до деякої малої площадки , рівномірно розподіляється по цій площадці, то освітленість цієї площадки

. (2)

Тобто освітленість Е визначає кількість енергії, що падає на одиницю поверхні в одиницю часу.

Якщо площадка розташована не перпендикулярно променям, що утворюють потік (рис. 6.4), то її освітленість залежить від кута падіння

. (3)

Рис. 6.4. Падіння світлових променів на площину, розташовану під кутом до напрямку падіння

На рис. 6.5 показано точкове джерело світла, яке випромінює в усіх напрямках рівномірно.

Рис. 6.5. Точкове джерело світла, яке випромінює в усіх напрямках рівномірно

Нехай світловий потік поширюється в середині вузького конуса з малим тілесним кутом . Величина тілесного кута визначається відношенням площини поверхні, що вирізається зі сфери ,центр якої співпадає з джерелом світла, до квадрата радіуса цієї сфери

. (4)

Одиницею тілесного кута є стерадіан – тілесний кут, якому на кулі одиничного радіуса відповідає поверхня одиничної площі.

Силою світла по напрямку осі конуса називають відношення світлового потоку , який поширюється в середині конуса до величини тілесного кута при його вершині

. (5)

На основі приведених формул можна отримати закон освітленості відточкового джерела.

, (6)

де - кут, під яким падають промені на поверхню.

Основною одиницею сили світла є кандела (лат. – свіча): 1 кд – сила світла еталонного джерела.

Світловий потік вимірюється в люменах: 1 лм – світловий потік, який створюється джерелом силою світла в 1 кд у межах тілесного кута 1 стерадіан.

За одиницю освітленості приймається люкс: 1 лк – освітленість, яка створюється потоком в 1 лм, рівномірно розподіленим на площі 1 м ² .

Освітленість робочого місця повинна лежати в межах 20-200 лк.

Завдання роботи

1. Дослідити залежність освітленості поверхні фотоелемента від віддалі між фотоелементом і джерелом світла. Побудувати графіки цієї залежності .

2. Дослідити залежність величини фотоструму вентильного фотоелемента від освітленості його поверхні. Побудувати графік цієї залежності .

3. Визначити середнє значення фоточутливості вентильного фотоелемента.

Виконання роботи

Прилади і матеріали: люксметр Ю-16; вентильний фотоелемент; джерело світла (освітлювач); міліамперметр Щ-4313; масштабна лінійка.

Дослідження залежності освітленості поверхні фотоелемента від віддалі між фотоелементом і джерелом світла й залежності величини фотоструму вентильного фотоелемента від освітленості його поверхні.

Рис. 6.6. Лабораторна установка. Зовнішній вигляд

1 – фотоелемент; 2‑ джерело світла; 3‑ люксметр; 4 – амперметр;
5 – перемикач; 6 – захисний екран

1.1. Перевірити правильність схеми лабораторної установки згідно рис. 6.6.

1.2. Перемикач діапазонів люксметра 3 поставити в положення “500”.

1.3. Міліамперметр 4 підготувати для вимірювання постійного струму до 2 мА.

1.4. Виміряти лінійкою розміри робочої поверхні фотоелемента 1, знайти її площу і записати значення площі фотоелемента до таблиці.

1.5. Підключити освітлювач 2 і міліамперметр до мережі. Увімкнути лампочку освітлювача і натиснути червону кнопку “Вкл.” міліамперметра.

1.6. Фотоелемент 1 розмістити на рівні лампочки освітлювача.

1.7. За допомогою перемикача 5 (рис. 6.6) підключити фотоелемент до люксметра.

1.8. Наближаючи або віддаляючи фотоелемент до освітлювача установити його так, щоб люксметр показував освітленість 500 лк.

1.9. Виміряти відстань від лампи розжарювання до фотоелемента і записати її до таблиці.

1.10. Перемикач 5 поставити у положення, коли до фотоелемента підключається мікроамперметр. Виміряти силу струму в колі фотоелемента і записати значення сили струму

1.11. Перемикач 5 знов поставити в положення, коли вихід фотоелемента під'єднується до люксметра.

1.12. Переміщенням фотоелемента вздовж лінійки установити його так, щоб люксметр показував освітленість 400 лк.

1.13. Виміряти відстань від лампи до фотоелемента і записати до таблиці.

1.14. Перемикач 5 поставити у положення, коли до фотоелемента підключається мікроамперметр. Виміряти силу струму в колі фотоелемента і записати значення сили струму до таблиці.

1.15. Аналогічні виміри відстані й сили струму зробити при положеннях фотоелемента, коли люксметр показує освітленість 300 лк, 200 лк, 100 лк. Результати вимірювання і записати до таблиці.

1.16. Вимірювання згідно пунктів 1.8-1.16 повторити ще два рази. Результати вимірювань записати до таблиці.

1.17. Увимкнути мікроамперметр, закрити фотоелемент захисним екраном. Відключити установку від мережі.

1.18. Знайти середні значення і для відповідних значень освітленості .

1.19. За середніми значеннями побудувати графіки залежностей , .