Fotometrie Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je PaedDr. Pavel Kovář Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2 Autor PaedDr. Pavel Kovář Označení DUM VY-32_INOVACE_SOSOTR-In-F/2-MA-3/15 Název DŮM Fotometrie Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 36-52-H/01 Obor vzdělávání Instalatér Vyučovací předmět Fyzika Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 16 – 17 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem, náplň: Osvětlení , svítivost Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Fotometrie, osvětlení, svítivost, zdroje světla Datum 25. 3. 2013

Fotometrie Náplň výuky Záření černého tělesa – pojem černé těleso Vliv teploty černého tělesa na barvu Svítivost Osvětlení

Co je fotometrie Fotometrie je část optiky, která zkoumá světlo z hlediska jeho působení na zrakový orgán. Veličiny, které určují velikost tohoto působení na lidské oko, se označují jako fotometrické veličiny. Mezi fotometrické veličiny řadíme např. svítivost zdroje, světelný tok, světelnou energii nebo osvětlení. Fotometrie se zaměřuje na viditelné světlo.

Obr. 1 F o t o m e t r i e z k o u m á p ř e d e v š í m v i d i t e l n é s v ě t l o Jak poznáme, že dané elektromagnetické záření je viditelným světlem ? spadá do intervalu 395 nm (fialová) – 750 nm (červená) F M Z Ž OR Č 455 (nm) 490 500 550 575 590 650 (nm) 680

Zdroje světla Hledisko vzhledu světelného zdroje: Plošné – obrazovka monitoru, mléčná skleněná deska, rozsvícené okno ve tmě… Prostorové – osvětlené akvárium, zářivka, žárovka Bodové – elektrický oblouk, hvězda Hledisko původu světelného zdroje: Přírodní světelný zdroj a) Aktivní Galaxie, Slunce, hvězda, sopečná láva… b) Pasívní Planeta, měsíc, mlhovina… Umělý světelný zdroj LED-dioda, zářivka, výbojka… Problémová úloha: Na noční obloze letí orbitální stanice ISS. Jakým je světelným zdrojem?

Co je to dokonale černé těleso? Svítivost: Pozorujeme-li srovnatelné světelné zdroje různých výkonů, budou se nám jevit různě jasné. Rozdíly při pozorování jejich světla subjektivně vnímá naše oko a fyzika charakterizuje je veličinou SVÍTIVOST. Svítivost je základní jednotka zařazená do soustavy SI, její jednotkou je kandela [cd]. Kandela je svítivost dokonale černého tělesa v kolmém směru k povrchu, jehož obsah je 1/60 000 m2 při teplotě tuhnoucí platiny 1 769 °C. Co je to dokonale černé těleso? Dokonale (absolutně) černé těleso je fyzikální model. Jedná se o látku, která je schopna pohltit veškeré dopadající vlnové délky elektromagnetického záření. Wienův posunovací zákon: při určité teplotě vyzařuje černé těleso do okolí elektromagnetické vlnění různých vlnových délek. Tato vlnění nemají stejnou intenzitu. Graf ukazuje, že při vyšší teplotě se maximální vlnová dílka posouvá je kratším vlnovým délkám. Proto se např. při 600 °C jeví černé těleso jako červené a při 1300 °C má barvu bílou – v záření jsou zastoupeny všechny vlnové délky viditelného světla. Obr. 2

T = teplota černého tělesa [K] b= Wienova konstanta Naše Slunce vyzařuje maximum své energie zářením o vlnové délce asi 500 nm. Určete jeho teplotu. Na základě použití Wienova posunovacího zákona byla teplota Slunce určena asi na 6 000 °C. Barva hvězd na obloze tedy vypovídá o jejich teplotě. Nejnižší teplotu naměříme u červeně zářících hvězd (asi 3 000 °C a nejvyšší u modré barvy odpovídající asi 10 000 °C.

Tabulka 1: http://cs.wikipedia.org/wiki/Spektrální_typ_hvězd Problémové úkoly: Ověřte, zda odpovídá povrchová teplota rudé hvězdy teplotě asi 4 000 °C Podle tabulky pojmenuj některé z hvězd, které odpovídají této teplotní kategorii Proč jsou některé z hvězd obři jiné trpaslíci a teploty jsou srovnatelné? Doporučení: Odpověď lze vyhledat na webu wikipedia – do vyhledávače zadejte heslo Herzsprung-Russelův diagram.

Příklady svítivosti různých světelných zdrojů: Tab. 2 Stearinová svíčka, plamínek 40 mm 1 cd Žárovka 230V/60W 73 cd Žárovka 230V/100W 138 cd Zářivková trubice 230V/40W 230 cd Elektrický oblouk 16 000 cd Slunce 20 . 1024 cd Tabulka 2 převzata z : Řešátko, M., Hlavička, A.: Fyzika A pro SOU 2.díl SPN Praha 1984 93-00-16/II/1 str. 189, tabulka 4

Obr. 3 Osvětlení Veličina SVÍTIVOST nevypovídá jednoznačně o množství světla, které vnímá sítnice našeho oka. Zdůvodnění: Oslnivě zářící sestava halogenových na sportovním stadionu světel má nepochybně větší svítivost než stolní lampička. Přesto světlo stolní lampy umožní číst knihu, jeli lampa přibližně 1 metr od rozevřené knihy, zatímco 3 km vzdálená soustava mnohasetwattových světel (nádraží, stadion) neposkytne sítnici našeho oka tolik světla, aby se při něm dalo z této knihy číst. Osvětlení klesá s druhou mocninou vzdálenosti od zdroje. Slabší světelný zdroj umístěný vhodně blízko poskytuje více osvětlení, než velmi vzdálený, přestože silný zdroj světla. (Příklad: vizuálně slabá hvězda může být velmi vzdálený kolos nepřestavitelných rozměrů a zdánlivě jasná hvězda má takový jas jen pro svou relativní blízkost – jinak je z hlediska vesmírných měřítek malá a slabá.)

Osvětlení E je fyzikální veličina, kterou určuje podíl svítivosti I [cd] a druhé mocniny vzdálenosti od zdroje světla. Jednotkou svítivosti je 1 lux [lx] Osvětlení ubývá s druhou mocninou vzdálenosti plochy od světelného zdroje. Pokud na plochu dopadají paprsky šikmo, působí nutně menší osvětlení [cos α] [nutnost zavedení funkce cosinus plyne z měření úhlu vzhledem ke kolmici vztyčené ze zkoumané plochy viz obr. 4] Obr. 4 Řešte příklad

Některá osvětlení Přímé sluneční světlo v poledne 100 000 lx Tab. 3 Přímé sluneční světlo v poledne 100 000 lx Při zatažené obloze venku 1 000 lx Osvětlení potřebné pro velmi jemnou práci 500 – 1000 lx Osvětlení pro rýsování 200 – 300 lx Běžné domácí práce, údržba a obrábění asi 100 lx Staveniště, kravín asi 40 lx Schodiště, chodby asi 20 lx Tabulka 3 převzata z : Řešátko, M., Hlavička, A.: Fyzika A pro SOU 2.díl SPN Praha 1984 93-00-16/II/1 str. 191, tabulka 5

Kontrolní otázky: Charakterizuj svítivost a osvětlení. Jak souvisí svítivost a osvětlení ? Charakterizuj Wienův posunovací zákon Zjisti, kdo získal v roce 1911 Nobelovu cenu za fyziku a za co to bylo. {} Jak souvisí maximální vyzařovaná vlnová délka žhavého tělesa s jeho teplotou? Klesá osvětlení s druhou mocninou vzdálenosti od zdroje? Pokud ano, vysvětli a nakresli.

Seznam obrázků: Obr. 1: Tatoute and Phrood, [vid. 12. 11. 2012] dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Spektrální_typ_hvězd Obr. 2: vlastní Obr. 3: vlastní Obr. 4: vlastní

Seznam použité literatury: [1] otevřená encyklopedie Wikipedie, [vid. 12. 11. 2012] dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Spektrální_typ_hvězd