*Tungsram-pályázat*

Fényforrások fényeloszlásának, fényteljesítményének és hatásfokának mérése

 

A Tungsram Schréder Zrt. felajánlásával, az MTA Wigner FK elektronikai támogatásával, meghirdetjük a 'Világítótestek fényteljesítményének mérése' pályázatot!

10 db eszközt lehet megpályázni. A pályázati anyag tartalmazza a mérési tervet, ki és hol szerené megvalósítani, továbbá, hogy a programmal részt vesznek A fizika mindenki 3.0 eseményen (+/-6 nap). A mérőállomás az iskolába marad, amellyel a jövőben is lehet majd dolgozni. Pályázatát április 10-ig várjuk a afizikamindenkie@gmail.com email címre. Egy iskola egy mérőállomást nyerhet el. A sikeres kísérlet után egy mérési jegyzőkönyvet illetve fényképes beszámolót várunk szintén a fent említett email-címre.

 

A feladat különböző fényforrások fényeloszlásának, fényteljesítményének és hatásfokának mérése a képen látható mérési összeállítás segítségével. A méréshez egy mérőállványt, egy arra felszerelt, erősítő áramkörrel ellátott fotodetektort, egy kisfeszültségű tápegységet (kimeneti mérőponttal) valamit 3 különböző fényforrást (egy 5 W-os és egy 21 W-os  gépkocsi izzót, valamint 1 db (lencsézett), 4 LED forrást tartalmazó LED panelt) biztosítunk.

A megvilágítás erősségét egy R sugarú gömb felületén fotodetektorunk segítségével mérjük megfelelő sűrűséggel beállított (θij) polárkoordináták esetén ( i = 0 .. n, j = 0 .. m ).  

Fotodetektorunkat egy kalibrált fénymérő eszköz vagy pl. egy megfelelő mobiltelefonos alkalmazás (ld. lent) segítségével kalibráljuk.

A mért megvilágítás erősség értékekből meghatározzuk az egyes fényforrások megvilágítás eloszlásfüggvényeit, összes fényáramát, fényteljesítményét, valamint hatásfokát.

A mérés javasolt menete:

  • Az egyes fényforrásokat egymás után, egyesével rögzítsük a mellékelt állványra.
  • Csatlakoztassuk a fényforrásokat illetve a mérőfejet a tápegység megfelelő elektromos csatlakozóira.
  • Csatlakoztassunk egy voltmérőt a mérési kimeneti pontokra.
  • A mérőállványon a mérőfej megfelelő pozíciójában olvassuk le a szenzoron keltett elektromos jel nagyságát (mV egységekben).
  • Egy kalibrált fénymérő eszköz vagy egy megfelelő mobiltelefon és arra telepített alkalmazás (pl. „Light meter” a Mannoun.net-től) segítségével kalibráljuk a mérőfejet fénymérésre.
  • Vegyük fel a megvilágítás erősség (E) értékeket (lux egységben) a nyolcadgömb felületén megfelelő sűrűségben, mindhárom fényforrás esetében. Ezeket rögzítsük egy-egy táblázatban (pl. excel).
  • Számítsuk ki az egy mérési ponthoz tartozó területegységet (ΔA) a gömb felületén, az erre a területegységre eső fényáramot (lumenben).
  • A mérést végezzük el mind a három fényforrásra

Feladatok:

  • Ábrázoljuk az egyes fényforrások polárkoordináták szerint (θ,φ) fényeloszlását (összegzés a φ  illetve θ koordináták szerint) !
  • Számítsuk ki, mekkora az egyes fényforrásokból kijövő teljes fényáram (lumen egységekben)! Ehhez összegezzünk a teljes (gömbi) felületre az egyes felületdarabokra  eső fényáramokat.
  • Számítsuk át az egyes lámpákon mért teljes fényáramot (lumen) watt értékre, ha feltételezzük, hogy az emittált fény hullámhossza közel 550 nm volt mindhárom lámpa esetében (ld. lent).
  • Mérjük meg az egyes lámpatestek elektromos teljesítmény felvételét! Becsüljük meg és hasonlítsuk össze az egyes lámpák hatásfokát!

Kiegészítő információk

A fotodetektor kalibrálása okostelefonnal, Light Meter alkalmazás segítségével.

A „Light Meter” alkalmazás képernyője a mérés során használandó funkciók megjelölésével

Definiciók, további információk:

Elektromos teljesítmény:  P (W) = U (V) x I  (A)  

Hatásfok (%): fényteljesítmény (W) / felvett elektromos teljesítmény (W) * 100

● A megvilágítási erősség a felületet érő fény mértéke, megadja, hogy egy adott felület mennyire van kivilágítva, vagyis mekkora fényáram jut 1 m² felületegységre lumenben. Azaz a megvilágítás erőssége (E) a megvilágított (A) felületre eső fényáram és a megvilágított (A) felület nagyságának hányadosa. SI mértékegysége lux (lx).

1 lux a megvilágítása annak a felületnek, amelynek 1 négyzetméterére merőlegesen és egyenletesen 1 lumen fényáram (fényteljesítmény) esik.  1 lx = 1 lm / 1 m2

● A szem maximális érzékenységének megfelelő 550 nm hullámhosszúságú fénysugárzás 1 watt teljesítmény esetén 680 lumen fényáramot létesít.