Экспериментальное исследование светового поля источника видимого излучения

Э КСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕТОВОГО ПОЛЯ ИСТОЧНИКА ВИДИМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Фотометрирование заключ ается в сравнении освещенности двух поверхностей, создаваемой исследу емыми источниками света. Если два точечных света I и I 1 создают одина ковую освещенность двух поверхностей, а расстояния между источниками с вета и освещаемыми поверхностями соответственно равны r и r 1 , то можно записать условие равенства освещенностей : . (1) Равенство (1) позволяет опр еделить отношение сил света источников. В данной работе одна из ламп (укрепленная на каретке справа от фотометри ческой головки) служит эталоном, силу света ее условно считают равной ед инице ( I = 1). Другая лампа, помеще нная на каретке слева от фотометрической головки, с гониометром, имеет н еизвестную силу света. Если в равенстве (1) по условию опыта сила света эта лонной лампы I = 1 , тогда сила другой лампы определяется равенством: . (2) Установка, с помощью кото рой выполняют фотометрические измерения, состоит из фотометрической с камьи с укрепленными на ее концах двумя источниками света (лампами) и фот ометра, укрепленного на каретках, которые могут перемещаться вдоль скам ьи. Внимание ! Учитывая, что эталонная и исследуемая лампы с помощью юстировочных винтов установлены строго по оптической оси, вра щать указанные винты запрещается, так как это приведет к неправильным ре зультатам измерения. Устройство фотометрической головки Фотометрическая головка устанавливается на одной из кареток меж ду двумя источниками света, освещающими находящуюся в корпусе головки д вустороннюю приемную белую матовую пластинку. Свет, отраженный поверхн остями пластины, направляется призмами через фотометрический кубик в о кулярную трубу головки. Оптическая схема фотометрической головки изоб ражена на рис.1. Рис. 1. В фотометрической головке применен кубик с контрастными полями. Ч ерез участки поля, имеющие на рис.1 одинаковую штриховку (слева), видна одн а из сторон приемной пластины. На пути света, проходящего через одну из вн утренних трапеций поля кубика (левая сторона оптической схемы головки н а рис.1) и отражающегося во второй трапеции (правая сторона схемы), помещен ы плоскопараллельные стеклянные пластины. Около 8% света теряется при от ражении на этих пластинах. Вследствие этого при фотометрическом равнов есии, когда яркость обеих сторон приемной пластины головки одинакова, ви димое в окуляр поле имеет вид, изображенный на рис.1 справа, на фоне равном ерной яркости видны две несколько более темные, чем фон, трапеции. Контра стные пластинки могут быть выведены из поля зрения поворотом рукояток, а тогда, при световом равновесии, фотометрическое поле будет иметь вид кр уга равномерной яркости без всякого рисунка (конечно, если оно будет одн оцветным). При проведении фотометрических измерений необходимо все части у становки (источник света, приемные пластины, экраны и пр.) расположить по оси скамьи. Для этой цели служат визирные сетки фотометрической головки . На время центровки приемную пластину вынимают из корпуса головки, а виз ирными сетками закрывают с обеих сторон образовавшееся при этом в корпу се головки сквозное отверстие (при фотометрировании визирные сетки дол жны быть отодвинуты в сторону). Для того чтобы рассеянный свет не попадал на приемную пластину головки, с обеих сторон ее устанавливаются специально для этого предназначенны е бархатные экраны. Во избежание ошибки, возникающей вследствие различных потерь света, про ходящего через оптическую систему головки двумя различными путями, каж дое фотометрическое измерение следует производить при двух положениях фотометрической головки, разворачивая ее вокруг горизонтальной оси на 180 є. В этом случае в качестве расстоян ий r и r 1 берут их среднегеометрические величины, и расчетная формула прио бретает вид : . (3) Необходимые приборы и принадлежности 1. Фотометрическая скамья, состоящая из двух направляющих труб длиной более трех метров, установле нных параллельно друг другу. На одной из труб нанесена шкала от 0 до 3м (для о пределения расстояния между установленными на скамье приспособлениям и). Цена деления шкалы 1 мм. 2. Фотометр (фотометрическая головка), укрепленный на передвижной каретк е. 3. Эталонная электрическая лампа, укрепленная на передвижной каретке. 4. Испытуемая лампа, укрепленная в держателе, установленном на подвижной каретке. Держатель с лимбом (гониометр) предназначен для вращения детале й (в данном случае испытуемой лампы) вокруг вертикальной оси. Цена делени я лимба 1 . Для удобс тва отсчета лимб изготовлен из прозрачного материала и имеет подсветку, включаемую на момент отсчета кнопочным включателем. Измерения Установите исследуемую л ампу на нуль гониометра и, перемещая фотометр вдоль скамьи, добейтесь од инаковой освещенности обеих частей фотометрического поля. Отсчитайте положение фотометра по шкале на скамье и найдите расстояния r и r 1 . Повернув фотометр около горизонтальной оси на 180 є , вновь сравняйте освещенности и найдите значения r ґ и r 1 ґ . Выполните те же измерения и вычисления при повороте исследуемой лампы н а 15 є , 30 є , 45 є и т.д. до 360 є . Результаты измерений и вычислений сведите в таблицу : № Расстояние от фотометра до ламп Расстояние до ламп после поворо та фотометра на 180 r r ґ r 1 R 1 ґ где r и r - расстояния до иссл едуемой лампы; r 1 и r 1 - расстояние до эталонной л ампы. Вычертите в полярных коор динатах кривую (индикатриссу) распределения силы света исследуемого ис точника. ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ . 1. Как связан световой пот ок и мощность источника света? 2. Дайте определение осве щенности. 3. Дайте определение силы света. 4. Дайте определение ярко сти. 5. В чем заключается принц ип фотометрии? 6. Нарисуйте устройство п ростейшей фотометрической головки. 7. Для чего нужны контраст ные пластины в фотометре (рис.1)? 8. Почему необходимы две с истемы световых единиц : освещенно сть – Вт/м 2 и люкс? Световой поток – Вт и люмен? Сила света – Вт/стерад и кандела ? 9. Нарисуйте кривую чувст вительности глаза к длинам волн. 10. Чему равен механически й эквивалент света и для чего он нужен? ЛИТЕРАТУРА. 1. Г.С.Ландсберг, «Оптика», 1976, §§7-10, ст р.43-61. 2. Д.В.Сивухин, «Общий курс физики», « Оптика», 1980, §22, стр.144-153. 3. Ф.А.Королев, «Курс физики. Оптика, а томная и ядерная физика», 1974, §11, стр.66-69. 4. А.Н.Матвеев, «Оптика», 1985, §7, стр.44-53. 5. И.В.Савельев, «Курс общей физики», т.3, 1967, §§6-7, стр.24-27.