Як виміряти інтенсивність світла

Вимірювання інтенсивності світла важливі при плануванні освітлення кімнати, зйомках фільмів і телепрограм, фотографуванні. Термін "інтенсивність світла" охоплює такі споріднені поняття, як "світність" (кількість світла, що випромінюється поверхнею), "освітленість" (кількість світла, що падає на поверхню), "випромінювальна здатність" (або коефіцієнт випромінювання - відносна характеристика джерела світла), і "сила світла" (кількість світла, випромінюваного в певному напрямку). Також існує поняття "яскравість", позасистемний термін, що позначає силу впливу світла на очі. Професійні фотографи і світлотехніки вимірюють інтенсивність світла або освітленість за допомогою аналогових або цифрових фотометров, але ви можете зробити простий відносний фотометр своїми руками, так званий фотометр Джолі, названий на честь фізика Джона Джолі. Для цього прочитайте наведені нижче інструкції.




Метод 1 з 2: Створення фотометра Джолі

  1. 1

    Розріжте плитку парафіну масою 0,55 кг (1/4 фунта) на дві рівні половини. Розріжте її повільно, щоб від неї не відкололися шматки.

  2. 2

    Виріжте з алюмінієвої фольги смужку такого ж розміру, як отримані вами бруски парафіну.

  3. 3

    Помістіть смужку фольги між брусками воску.

  4. 4

    Проріжте віконця з трьох сторін невеликої картонної коробки. Два віконця на протилежних сторонах повинні бути однакового розміру, оскільки через них світло буде падати на воскові бруски, поміщені в коробку.

  5. 5

    Помістіть парафінові бруски в коробку. Розташуйте їх паралельно протилежним віконець і симетрично щодо прокладеної між ними фольги, для чого використовуйте скотч і невеликі шматки картону.

Метод 2 з 2: Використання фотометра Джолі

  1. 1

    Додайте 2 джерела світла на деякій відстані один від одного. Одна з лампочок послужить "стандартної свічкою" при порівнянні лампочок різної потужності. Інтенсивність світла цієї свічки-стандарту буде прийматися рівною 1.

  2. 2

    Помістіть фотометр між джерелами світла. Він повинен розташовуватися на тій же висоті, що і джерела, так щоб вони повністю висвітлювали воскові бруски через вирізи в картоні. Також відстань між джерелами світла повинно значно перевищувати довжину коробки з восковими брусками, щоб забезпечити їх рівномірне освітлення.

  3. 3

    Вимкніть всі сторонні джерела світла в кімнаті. Прикрийте вікна і занавесьте їх, щоб на віконця у вашій коробці потрапляв виключно світло від двох експериментальних джерел.

  4. 4

    Порухати коробку між лампами, добийтеся того, щоб парафін з обох сторін був висвітлений однаково.

  5. 5

    Виміряйте відстань між фотометром і кожним джерелом світла. При цьому визначайте відстань від лампочки до краю алюмінієвої фольги, прокладеної між брусками парафіну, включаючи в це відстань і товщину стінки картонної коробки.

  6. 6

    Розрахуйте силу світла другий лампочки щодо першої, прийнятої за стандарт. Інтенсивність світла падає пропорційно квадрату відстані між джерелом світла і точкою виміру (порівняльний фотометр). У тій точці, де обидва кінці парафінових брусків будуть освітлені однаково, інтенсивність світла від стандартної лампочки, поділена на квадрат її відстані від фотометра, буде дорівнює інтенсивності світла від другої лампочки, поділеній на квадрат її відстані до фотометра. Таким чином, ви можете знайти відносну силу світла другий лампочки, поділивши квадрат відстані до неї на квадрат відстані до стандартної лампочки і помноживши на інтенсивність світла стандартної лампочки.
    • Якщо відстань між другою лампочкою і фотометром дорівнює 4 м, а відстань від стандартної лампочки до фотометра становить 2 м, відносна інтенсивність світла другий лампочки буде дорівнювати 4 в квадраті, або 16, поділеним на 2 в квадраті, або 4, і помноженим на відносну інтенсивність стандартної лампочки, тобто на 1. Таким чином, відносна сила світла другий лампочки становить 4.
    • Якщо вам відома дійсна (абсолютна) сила світла лампочки-стандарту, ви можете підставити її значення замість 1 і визначити абсолютну силу світла другий лампочки. Сила світла вимірюється в одиницях, званих люксами, які визначаються як 1 люмен (одиниця світлового потоку) на квадратний метр. Якщо сила світла вашої стандартної лампочки дорівнює 500 люкс, у наведеному вище прикладі інтенсивність світла другий лампочки складе 2.000 люкс.


    • Ви можете знайти ефективність (коефіцієнт корисної дії) лампочки, поділивши силу світла на споживану нею потужність.

Поради

  • Після вимірювання відносної сили світла за допомогою фотометра Джолі ви можете виміряти інтенсивність світла аналоговим або цифровим фотометром. Сучасні цифрові фотометри вимірюють силу світла в люксах, які аналогічні метр-Кандела (кандела на квадратний метр), використовуваним в більш старих аналогових пристроях (1 метр-кандела = 1 люкс).
  • Ви можете використовувати фотометр Джолі для порівняння сили світла ламп розжарювання з флуоресцентними і світлодіодними лампами того ж розміру, а також зі свічками. Використання свічки для вимірювання сили світла призвело до таких понять, як "стандартна свічка" і "потужність в свічках", а також одиниці виміру сили світла "кандела".

Попередження

  • Хоча виготовлення фотометра Джолі добре підходить для класного уроку або шкільного домашнього заняття, за процесом розрізання парафіну повинен стежити дорослий в цілях безпеки.

Що вам знадобиться

  • Коробка парафіну (її можна придбати в магазині господарських товарів)
  • Ніж, достатньо гострий, щоб розрізати півкілограмову пластину парафіну
  • Алюмінієва фольга
  • Невелика картонна коробка (щоб в неї поміщалися бруски парафіну)
  • Ножиці
  • 2 однакові підставки для лампочок
  • Довга лінійка або вимірювальний метр
  • Лампочки (3 або більше варіанти з різними потужностями або світність)