Конспект уроку: Фотометрія. Сила світла. Освітленість

Фотометрія

Світло відіграє важливу функцію в нашому житті.

Біля 80% інформації про довкілля ми отримуємо з допомогою зору.

Аби очі не втомлювалися, треба правильно розрахувати й забезпечити освітленість робочого місця.

Недостатнє й надмірне освітлення негативно впливають на зір людини.

Світло має та переносить енергію. Його енергію можна використати для одержання електричного струму, нагрівання ґрунту у теплиці т.п..

Частину оптики, що вивчає вимірювання енергії світла, звуть фотометрією.

Фотометрія - частина оптики, що вивчає вимірювання енергії світла та допомагає розрахувати освітлення кімнат, робочих місць т.п..

Сила світла

Світло, котре випромінює Сонце, не дозволяється порівняти із енергією випромінювання електричної лампи. Енергія, випромінювана різними джерелами, неоднакова, саме тому треба ввести величину, якою ми зможемо кількісно її виміряти.

Точкове джерело випромінює світло у різноманітних напрямках. Якщо уся енергія світла, випромінювана джерелом за секунду у різноманітних напрямках - Ф (фі), то величина, що являється мірою енергії світла, котре розповсюджується у певному напрямі, буде:

Сила світла - це фізична величина, котру визначаємо відношенням енергії точкового джерела світла випромінюваної за 1 с, до числа

Силу світла вимірюємо у канделах (кд). Кандела близько відповідає силі світла свічки.

Освітленість

Коли ми читаємо книгу, обробляємо деталь на токарному верстаті, нас цікавить не уся енергія світла, що розповсюджується у певному напрямі, а лише й його частина, яка падає на сторінку книги або робоче місце.

Освітленість - це фізична величина, котра дорівнює світловій енергії, яка падає за секунду на 1 м² поверхні.

де Ф - це енергія світла, S - це площа поверхні, на котру падає світло.

Освітленість ми вимірюємо у люксах. Нормальна освітленість нашого робочого місця складає 100 люксів (лк).

Освітленість та сила світла

Сила світла визначає енергію, котра розповсюджується у певному напрямку, а освітленість - енергію, яка падає на якусь поверхню, так наприклад, аркуш паперу. Коли ми будемо говорити про енергію, котра являється в виділеному просторі, потрібно визначити силу світла, коли ж говориться про енергію, яка падає на площадку S - то освітленість.

Чи існує зв'язок між силою світла та освітленістю?

Сонячні батареї. Люксметр

Ви не раз чули про сонячні батарї. Це пристрої, що перетворюють енергію світла у електричний струм. Сонячні батареї застосовують на штучних супутниках Землі, різних космічних станціях, у мікрокалькуляторах, вони навіть живлять електродвигуни автомобілів, катерів.

Використаємо сонячну батарею для наглядного дослідження освітленості, оскільки чим більше світла потрапляє на батарею, тим більший струм з'являється у колі.

Люксметрами звуть прилади, з допомогою котрих визначають освітленість.

Зв'язок між освітленістю та силою світла

Існуючий зв'язок між силою світла й освітленістю виявлятимемо з допомогою сонячної батареї. Так, для даного скористаємося спеціальним фізчним приладом. Джерелом світла у приладі являється лампочка, силу світла що ми будемо змінювати.

Бачимо, чим більша сила світла, яку ми отримали, тим більша освітленість, про це свідчить збільшення електричного струму.

Детальні досліди показали на те, що залежність освітленості від сили світла являється прямо пропорційною.

Залежність освітленості від відстані до джерела світла

Змінюючи силу світла, відстань між джерелом світла й поверхнею, на котру воно падає (сонячну батарею), залишали незмінною. Зменшуватимемо поступово відстань між джерелом світла й поверхнею. Сила струму росте.

Якщо зменшити відстань в 2 рази, сила струму, значить й освітленість, збільшиться в 4 рази. При подальшому зменшенні відстані в 3 рази - у 9 раз.

Освітленість поверхні залежна від її відстані до джерела. Прицьому відстань має стояти у знаменнику у квадраті:

Чому взимку холодно

До даного часу ми змінювали лише силу світла джерела й відстань між ним і площадкою, однак поверхню можна по-різному розміщувати відносно джерела. Однак чи впливає це на освітленість її?

В приладі, котрим ми користуємося, батарею сонячну можна повертати таким чином, що світло буде потрапляти на неї під різноманітними кутами.

Даний дослід переконливо свідчить, що освітленість буде найвищою тоді, коли промені потрапляють на площадку перпендикулярно.

Чим більший отриманий кут падіння, тим освітленість буде менша.

Освітленість будь-якої поверхні залежить від сили світла, відстані неї до джерела світла й кута падіння світлових променів. Взимку кут падіння променів на земну поверхню найбільший, вона, таким чином, гірше освітлюється, а значить, та нагрівається.

Нові поняття

Електричний струм - це напрямлений рух зарядів в провідниках (так наприклад, в металах)

Кандела (кд) - це одиниця сили світла

Люкс (лк) - це одиниця освітленості

Люксметр - це прилад для вимірювання освітленості

Освітленість - це фізична величина, котрою характеризують енергію світла, яка падає на поверхню

Сила світла - це фізична величина, котра являється мірою енергії світла, яке розповсюджується у певному напрямку

Сонячна батарея - це пристрій, котрий перетворює енергію світла у електричний струм

Фотометрія - це частина оптики, котра вивчає вимірювання енергії світла, надає змогу розраховувати освітлення поверхонь.