Feladat: 378. fizika mérési feladat Korcsoport: 14-15 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Fajszi Bulcsú ,  Krasznai Anna ,  Morvai Orsolya ,  Olosz Adél 
Füzet: 2018/november, 496 - 498. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Mérési feladat, Fénytani (optikai) mérés
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2018/május: 378. fizika mérési feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A mérésnél használt eszközök

 


‐ Fotoellenállás (WK 65037 1K5 típusú);

‐ digitális multiméter;

‐ leakasztott ablak;

‐ 2 hokedli;

‐ szúnyogháló;

‐ állvány, rögzítővel;

‐ felcsavarozható lámpa;

‐ 3 különböző fényforrás (normál izzó, LED-es, gyertyaégő);

‐ fonál;

‐ colstok.
 

A mérés menete
I. módszer
 

1. Először fel kellett vennem a fotoellenállás karakterisztikáját, vagyis a megvilágítás és az ellenállás nagysága közötti kapcsolatot. Ehhez rögzítettem a lámpát az állványra, majd a normál izzót becsavarva elhelyeztem azt egy teljesen elsötétített szobában. Itt kifeszítettem a fonalat, és az általa meghatározott egyenes mentén mozgatva a multiméterre kötött fotoellenállást, 10 cm-enként megmértem annak értékét. (A távolságot a colstokkal mértem.)
Felhasználtam, hogy a fotoellenállás megvilágítása a pontszerűnek tekintett fényforrástól mért távolság négyzetével fordítottan arányos. A távolság 10 cm-től 4 m-ig változott, és a legkisebb távolsághoz tartozó megvilágítást (önkényesen) 1-nek választottam. (Ez utóbbit azért tehettem meg, mert a feladat nem abszolút megvilágításokat, hanem csak arányokat kérdezi.)
Ezután a normált ,,fényerősséget'' (a megvilágítás erősségét) a mért ellenállás függvényében logaritmikus skálán ábrázolva a kapott pontokra egyenes illeszthető, ebből pedig adódik a megvilágítás erőssége (E) és a kΩ egységekben mért ellenállás (R) között hatványfüggvény alakú kapcsolat: E=0,32⋅R-1,71.
 

2. A leakasztott ablakot a két hokedlire helyeztem, aláraktam a fotoellenállást (a multiméterre kapcsolva), majd a lámpával megvilágítva leolvastam az ellenállást szúnyogháló nélkül, azután pedig az ablakra helyezett szúnyoghálóval.
 

3. Ezek után a karakterisztika alapján kapott összefüggésbe helyettesítve a mért ellenállásértékeket, megkaptam a (normált) megvilágításokat, ezekből pedig már számszerűsíthetően a fényáteresztő képesség változását.
 

4. A mérést 3 fajta fényforrással (normál izzó, LED, gyertyaégő), mindegyiküknél
 
5 különböző fotoellenállás-izzó távolságnál végeztem el. A mérési eredményeket táblázatban rögzítettem.
 

II. módszer
 

A mérést az előzővel hasonló módon és elven, csak más ,,érzékelővel'' is elvégeztem. A Google Play árúházból ingyenesen letöltöttem a ,,Light Meter Tools - Trial'' alkalmazást egy okostelefonra. Ennek segítségével az első kamerával közvetlenül tudtam mérni a megvilágítás erősségét. Ezek után az előzővel analóg módon ugyanazon az 5 távolságon és mindhárom izzóval elvégeztem a mérést, és az adatokat táblázatba foglaltam.
 

A mérési pontossága
 

A mérési hiba nagyságát az adatok szórásából becsültem meg. A hiba okai:

‐ A karakterisztika pontatlan meghatározása (az egyenes illesztés hibája);

‐ az ellenállásmérés pontatlansága;

‐ a távolságok pontatlan mérése;

‐ az izzók kis mértékű villogása (fényerősség-ingadozása);

‐ a szúnyogháló egyenetlenségei (nem egyenletes ,,rácsozottsága'');

‐ a megvilágítás telefonos mérésének hibája.
 

A mérési értékelése, eredmények
 

Az I. módszer adataiból a fényáteresztő képesség csökkenése (38±2)%, a II. módszer adataiból az eredmény (31±6)%. Látható, hogy a fotoellenállással történő mérés lényegesen pontosabb, mint a letöltött alkalmazásé, de a két eredmény a hibahatáron belül megegyezik egymással.
 

 Olosz Adél (Pécs, PTE Gyak. Ált. Isk., Gimn., Szakgimn. és Óvoda, 11. évf.)