PRACTICA DE LABORATORIO Nro.1
INTRODUCCION AL GLX – FOTOMETRIA FOTOMETRIA A. CAPACIDADES Uso de las funciones principales dela interface GLX. Determinar la intensidad luminosa de una fuente real (lámpara). Comprobar la dependencia entre la iluminación y la distancia entre la fuente luminosa y la superficie iluminado.
B. FUNDAMENTO TEORICO La fotometría es la ciencia que se propone someter a medición las radiaciones luminosas capaces de estimular al ojo humano. Las mediciones de las que se ocupa la fotometría corresponden esencialmente a magnitudes de tres tipos: a) El flujo luminoso.- Es la medida de la potencia luminosa percibida. Difiere del flujo del flujo radiante, la radiante, la medida de la potencia total emitida, en que está ajustada para p ara reflejar la sensibilidad del ojo humano a diferentes longitudes de onda. Su unidad de medida en el Sistema el Sistema Internacional de Unidades es el lumen el lumen (lm) b) intensidad luminosa se define como la cantidad de flujo luminoso que emite una fuente por unidad de ángulo sólido. Su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es la candela (Cd). c) Intensidad de iluminación.- es una magnitud referente al efecto producido por la energía lumínica; se mide en lux.
Es imposible tener una fuente de luz l uz perfectamente puntual e isotrópica; así, para poder estudiar una fuente de luz, en la práctica, consideramos dicha fuente como puntual si la distancia de la fuente a la pantalla iluminada es sumamente grande comparada con la extensi ón de esta fuente y decimos que esa fuente es isotrópica si radia lo mismo en todas las direcciones, por tanto, las ondas electromagnéticas que se producen, se propagan en forma esférica. Entonces, la radicación a una distancia d de una fuente puntual e isotrópica se distribuirá sobre la superficie de una esfera cuyo radio es la mencionada distancia, de tal forma que para este caso, la intensidad de iluminación E de la onda vendrá dada por:
4 … (1)
Donde Φ representa la potencia promedio de la fuente o flujo luminoso, la cual está dada por Φ=IΩ y como ángulo sólido para una fuente puntual es 4 , entonces:
… (2)
En forma general la iluminación obtenida por una fuente de luz es directamente proporcional a la intensidad lumínica de esta y al coseno del ángulo que forman los rayos con la normal a la superficie iluminada, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a la superficie iluminada.
Dónde: E: iluminación I: intensidad d: distancia Como se puede observar, la intensidad de iluminación o iluminación de la radiación decae proporcionalmente al inverso del cuadrado de la distancia que separa a la fuente con el punto de estudio.
C: EQUIPOS Y MATERIALES
Fuente de luz (lámpara) Sensor de luz Regla Xplorer GLX (interface)
D: DIAGRAMA DE INSTALACION
E: TOMA DE DATOS Tabla1 d(m) E(9V)
0.45 21.73
0.50 0.55 18.20 15.83
0.60 13.33
0.65 11.28
0.70 10.32
0.75 9.16
0.80 8.20
0.85 7.30
0.90 5.77
0.95 1.00 5.19 4.55
D: OBSERVACIONES EXPERIMENTALES
1. Al aumentar la distancia entre el sensor y la lámpara, ¿Cómo varia la lectura de la iluminación en el sensor?
.
La iluminación en el sensor disminuye y cumple con la ecuación, a mayor distancia menor “E”. 2. Copie las medidas indicadas en la tabla 2 para la lámpara y realice nuevas medidas fuera del eje que se midió anteriormente. ¿Qué observa en comparación con las medidas anteriores? d(m) E(fuera del eje) E(fuera del eje)
Tabla2 0.30 33.77 34.93
0.60 13.65 13.46
0.90 5.80 5.26
Las mediciones que hicimos sé que esta con errores, pero comparando los datos se aproximan, y eso significa que son isotrópicas como se ve en la figura siguiente.
E: ANALISIS DE DATOS EXPERIMENTALES 1. Grafique, en papel milimetrado o Excel, la iluminación E en función de la distancia d. ¿Cuál es la ecuación de la curva que se ajusta mejor a los datos?
E(d) 25
20
15
10
5
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
; <0 ⇒
Después de graficar la función E respecto a la distancia d, vemos que se ajusta a la ecuación de la curva exponencial
2. Por el método de mínimos cuadrados determine los parámetros de la curva obtenida y escriba la ecuación empírica de la curva.
llnE n() ln((A))+ln(A) +() +
21.73
-0.799
3.079
∗ -2.46
0.638
0.5
18.2
-0.693
2.901
-2.01
0.48
3
0.55
15.83
-0.598
2.761
-1.651
0.357
4
0.6
13.33
-0.511
2.59
-1.323
0.261
5
0.65
11.28
-0.431
2.423
-1.044
0.186
6
0.7
10.32
-0.357
2.334
-0.833
0.127
7
0.75
9.16
-0.288
2.214
-0.638
0.083
8
0.8
8.2
-0.223
2.104
-0.469
0.05
9
0.85
7.3
-0.162
1.988
-0.322
0.026
10
0.9
5.77
-0.105
1.752
-0.184
0.011
11
0.95
5.19
-0.051
1.647
-0.084
0.003
12
1
4.55
0
1.516
0
0
8.7
130.86
-4.218
27.309
-11.018
2.222
n
x
y
1
0.45
2
∗∗ () () ( ) ( ) 12 11. 0 18 4. 2 18 2 16+115. 1 89 17. 0 27 12(2.222) (4.218)∗(27. 309) 132. 26.66417.792 8.872 1.919 ( ()(∗) ) () 2 18)(11. 0 18) 60. 9 8146. 4 74 14. 5 07 (27.309)(122.(2.222222) (4. ) (4. 2 18) 8. 8 72 8. 8 72 1. 635 ⇒ 1. 6 35 . 5.13
5. 5.131 3−.−.
Ecuación empírica de la curva.
3. ¿Cuál es el significado físico de estos parámetros?
∗−
,
Si la ecuación es comparando con la ecuación de iluminación Los parámetro A y B son: : Intensidad luminosa. Se aproxima al valor cuadrático de la ecuación intensidad de iluminación E (-2).
1. 919:
4. Escriba el valor final de la intensidad obtenida con su respectiva incertidumbre.
( ) ∑ − ̅ = −
̅ ̅ 57.12944 4.828
Para determinar la Incertidumbre: n
d
E
√
I(intensidad)
X-Xi
()
1
0.45
21.73
4.4
0.428
2
0.5
18.2
4.55
0.278
0.077
3
0.55
15.83
4.789
0.039
0.002
4
0.6
13.33
4.799
0.029
0.001
5
0.65
11.28
4.766
0.062
0.004
6
0.7
10.32
5.057
-0.229
0.053
7
0.75
9.16
5.153
-0.325
0.106
8
0.8
8.2
5.248
-0.42
0.176
9
0.85
7.3
5.274
-0.466
0.199
10
0.9
5.77
4.674
0.154
0.024
11
0.95
5.19
4.684
0.144
0.021
12
1
4.55
4.55
0.278
0.077
8.7
130.86
57.944
-0.028
0.923
0.923 0.2897 121 .√ 0.084 ̅ ±( ̅) 4.828±0.084 Incertidumbre:
La intensidad luminosa:
0.183
es:
5. Según su análisis de datos, ¿la lámpara se comporta como una fuente de luz puntual? ¿Por qué?, de no ser así, a partir de que distancia se la pude considerar fuente puntual. ¿Por qué?
La lámpara se comporta como una fuente de luz puntual porque cuando más lo alejamos la iluminación obtenida será menor. F. CONCLUSIONES Al aumentar la distancia entre el sensor y la lámpara, la iluminación en el sensor disminuye y cumple con la ecuación, a mayor distancia menor “E”. A pesar de cambiar el eje para medir el valor de la iluminación no varía, por lo que se comprueba, la radicación a una distancia d de una fuente puntual es isotrópica. la intensidad de iluminación o iluminación de la radiación decae o se debilita proporcionalmente al inverso del cuadrado de la distancia que separa a la fuente con el punto de estudio.
G. COMENTARIOS Y SUGERENCIAS La determinación de la intensidad de iluminación en la ingeniería es sumo importante debido a que mediante este cálculo es posible determinar el número de lámparas que requieren instalarse en ambiente y también nos dará mejor panorama para diseñar un bien iluminación tanto en interiores como exteriores en un ambiente. Debe haber mejores equipos para obtener datos con errores minorías. Deben cambiar algunos equipos porque están en mal estado y no son suficientes para todos.
H. CUESTIONARIO Aplicaciones de fotometría La Fotometría es la ciencia que se encarga de la medida de la luz, como el brillo percibido por el ojo humano. Es decir, estudia la capacidad que tiene la radiación electromagnética de estimular el sistema visual. No debe confundirse con la Radiometría, encargada de la medida de la luz en términos de potencia absoluta. La fotometría se aplica para la correcta selección de equipos y/o dispositivos a utilizar o proponer para su correcta aplicación en el proceso de diseño de iluminación. Los involucrados en el proceso de diseño o aplicaciones especiales deben acudir a las extensiones fotométricas para contar con las herramientas necesarias que les sirvan para hacer una selección correcta de luminarias.
Los fotómetros son los instrumentos ópticos utilizados para medir la intensidad luminosa de una fuente; existen varios tipos de fotómetros pero el más común es el de Bunsen. Consiste simplemente en una hoja de papel con una gota de aceite cuyo funcionamiento se basa en esta última Ley. La mancha de aceite sobre el papel se ve transparente desde la cara menos iluminada y opaca si la observamos desde la cara más iluminada, por lo que tiende a desaparecer a la vista cuando ambas caras están igualmente iluminadas resultando así un buen instrumento de comparación del que podemos deducir que: Veamos algunos ejemplos: Una lámpara incandescente tiene una eficacia de unos 12 lm/W, por lo que una lámpara de 60 W emitirá un flujo luminoso que según la fórmula puede calcularse:
Φ = Rd.P Φ = 12 lm/W x 60 W Φ = 720 lm Su Intensidad puede calcularse con la fórmula I = Φ/4π I = 720 lm/ 4π I = 57,296 cd
Dicha lámpara colocada directamente sobre una mesa a unos 2 m de distancia producirá una iluminación que puede calcularse con la fórmula E = I/d2 E = 57,296 cd/22 m2 E = 14,324 lx
Si la mesa tiene una superficie rectangular de 80 cm de ancho y 1,2 m de largo podremos calcular el flujo que llega a ella con la fórmula Φ = E . S Φ = 14,324 lx . (0,8 m . 1,2 m) Φ = 14,324 lx . 0,96 m 2 Φ = 13,75 lm
Si acomodáramos la misma lámpara en un sistema con un espejo reflector que le permita concentrar todo el flujo emitido sobre la mesa, la Iluminación mejoraría notablemente ya que el flujo incidente será Φ = 720 lm y podremos calcular la Iluminación de la mesa como: E = Φ/S E = 720 lm/0,96 m2 E = 691,2 lx
