Фізика 7 клас

Тема "Фотометрія. Сила світла і освітленість"

Конспект уроку до теми "Фотометрія. Сила світла і освітленість" 

ФОТОМЕТРІЯ. СИЛА СВІТЛА. ОСВІТЛЕНІСТЬ

Фотометрія
Світло відіграє важливу роль у нашому житті.
Близько 80% інформації про довкілля ми отримуємо за допомогою зору.
Щоб очі не втомлювалися, необхідно правильно розрахувати і забезпечити освітленість робочого місця.
Недостатнє і надмірне освітлення негативно впливають на зір людини.
Світло має і переносить енергію. Його енергію можна використати для одержання електричного струму, нагрівання ґрунту в теплиці тощо.
Частину оптики, яка вивчає вимірювання енергії світла, називають фотометрією.
Фотометрія – частина оптики, яка вивчає вимірювання енергії світла і допомагає розрахувати освітлення кімнат, робочих місць тощо.

Сила світла
Світло, яке випромінює Сонце, не можна порівняти з енергією випромінювання електричної лампи. Енергія, випромінювана різними джерелами, неоднакова, тому потрібно ввести величину, якою ми зможемо кількісно її виміряти.
Точкове джерело випромінює світло в різних напрямках. Якщо вся енергія світла, випромінювана джерелом за секунду в різних напрямках - Ф (фі), то величина, що є мірою енергії світла, яке поширюється в певному напрямі, буде:

Сила світла – фізична величина, яку визначаємо відношенням енергії точкового джерела світла випромінюваної за 1 с, до числа
Силу світла вимірюємо в канделах (кд). Кандела приблизно відповідає силі світла свічки.

Освітленість
Коли ми читаємо книгу, обробляємо деталь на токарному верстаті, нас цікавить не вся енергія світла, що поширюється в певному напрямі, а тільки та його частина, що падає на сторінку книги чи робоче місце.

Освітленість – фізична величина, яка дорівнює світловій енергії, що падає за секунду на 1 м2 поверхні.

де Ф - енергія світла, S – площа поверхні, на яку падає світло.
Освітленість вимірюємо в люксах. Нормальна освітленість вашого робочого місця 100 люксів (лк).

Освітленість і сила світла
Сила світла визначає енергію, яка поширюється в певному напрямку, а освітленість – енергію, що падає на певну поверхню, наприклад, аркуш паперу. Коли будемо вести мову про енергію, яка є у виділеному просторі, необхідно визначити силу світла, а коли йдеться про енергію, що падає на площадку S – освітленість.
Чи є зв’язок між силою світла і освітленістю?

Сонячні батареї. Люксметр
Ви не раз чули про існування сонячних батарей. Це пристрої, які перетворюють енергію світла в електричний струм. Сонячні батареї використовують на штучних супутниках Землі, космічних станціях, в мікрокалькуляторах, вони живлять електродвигуни автомобілів, катерів.
Ми використаємо сонячну батарею для дослідження освітленості, адже чим більше світла падає на батарею, тим більший струм виникає в колі.

Люксметрами називають прилади, за допомогою яких визначають освітленість.

Зв’язок між освітленістю і силою світла
Зв’язок між силою світла і освітленістю виявлятимемо за допомогою сонячної батареї. Для цього скористаємося спеціальним приладом. Джерелом світла в приладі є лампочка, силу світла якої ми будемо змінювати.
Як бачимо, чим більша сила світла, тим більша освітленість, про що свідчить збільшення електричного струму.
Ретельні досліди показали, що залежність освітленості від сили світла є прямо пропорційною.

Залежність освітленості від відстані до джерела
Змінюючи силу світла, ми відстань між джерелом світла і поверхнею, на яку воно падає (сонячна батарея), залишали незмінною. Зменшуватимемо відстань між джерелом світла і поверхнею. Сила струму зростає.
Якщо зменшити відстань у 2 рази, сила струму, а значить і освітленість, збільшиться у 4 рази. При зменшенні відстані у 3 рази – в 9 разів.

Освітленість поверхні залежить від її відстані до джерела. Причому відстань повинна стояти в знаменнику в квадраті:

Чому взимку холодно
До цього часу ми змінювали силу світла джерела і відстань між ним та площадкою, але поверхню можна по-різному розташувати відносно джерела. Чи впливає це на її освітленість?
У приладі, яким ми користуємося, сонячну батарею можна повертати так, що світло буде падати на неї під різними кутами.
Дослід переконливо показує, що освітленість буде найбільшою тоді, коли промені падають на площадку перпендикулярно.
Чим більший кут падіння, тим освітленість менша.
Освітленість поверхні залежить від сили світла, відстані її до джерела світла і кута падіння світлових променів. Узимку кут падіння променів на поверхню землі найбільший, вона гірше освітлюється, а значить, і нагрівається.

Нові поняття
Електричний струм – напрямлений рух зарядів у провідниках (наприклад, у металах)
Кандела (кд) – одиниця сили світла
Люкс (лк) – одиниця освітленості
Люксметр – прилад для вимірювання освітленості
Освітленість – фізична величина, якою характеризують енергію світла, що падає на поверхню
Сила світла – фізична величина, яка є мірою енергії світла, що поширюється в певному напрямку
Сонячна батарея – пристрій, який перетворює енергію світла в електричний струм
Фотометрія – частина оптики, яка вивчає вимірювання енергії світла, дає можливість розраховувати освітлення поверхонь