Thème optique. PRINCIPALES GRANDEURS PHOTOMETRIQUES ordres de grandeur

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1 Thème optique PRINCIPALES GRANDEURS PHOTOMETRIQUES orres e graneur I) FLUX LUMINEUX : est la puissance rayonnée par une source lumineuse le long es rayons lumineux. est le ébit e lumière ou quantité globale e lumière émise par une source ans toutes les irections. Il s'exprime en lumen (lm). Exemple : une lampe halogène e puissance 000W émet un flux lumineux e 5000 lm. Flux lumineux émis Lampe à filament e carbone Lampe à filament e tungstène Ciel bleu λ (nm) II) INTENSITE LUMINEUSE : Une source lumineuse a une certaine intensité ans une irection onnée. L'intensité est le flux émis par unité 'angle solie Ω. L'unité est la canela (c). Ω source lumineuse envoyant un flux R normale à la surface surface éclairée S Une bougie orinaire a une intensité lumineuse e 1c. Ω émis S cos avec Ω en canela (c) Pour une sphère : Ω 4π S : en m istance entre la source et la surface en m angle entre la irection 'émission et la normale à la surface éclairée III) L'ECLAIREMENT E : Une surface S placée à une istance onnée e la source reçoit un éclairement E. C'est le flux reçu reçu par unité e surface éclairée. Il s'exprime en lux (lx).

2 reçu E E en lux (lx) reçu en lumen (lm) S : surface éclairée en m Si a irection principale émission est Si la irection principale émission n est pas parallèle à la normale à la surface : parallèle à la normale à la surface : Source e lumière Source e lumière Normale à la surface éclairée S éclairée S E reçu reçu E cos E en lux (lx) intensité en canela (c) reçu en lumen (lm) S : surface éclairée en m : istance entre la source et la surface en m : angle entre la irection principale 'émission et la normale à la surface éclairée en extérieur : à mii en plein été : à lx sont reçus ; une rue large temps nuageux : à 15000lx, éclairage lunaire : 0,1 à 1lx, éclairage publique : 0 à 100lx. en intérieur : sur une table evant une fenêtre avec vue égagée et par temps clair, mais sans soleil ans la pièce : à 0,5m : sans voilage : 500 à 5000lx, avec voilage : 700 à 1500lx à 1,5m : sans voilage : 700 à 900lx, avec voilage : 300 à 400lx Sur un plan à m au essous 'une lampe e 75W : à la verticale e la lampe : 150lx à 1m e la verticale e la lampe : 100lx à m e la verticale e la lampe : 45lx à 4m e la verticale e la lampe : 1lx Niveaux conseillés par l'association française e l'éclairage : circulations : 100 à 150lx ; salle à manger sur la table : 00lx ; séjour coin 'écriture ou lecture : 300lx ; couture ou tricot : 500lx ; cuisine éclairage général : 00lx, plan e travail : 300lx ; rangement : 100lx ; salle e bain éclairage général : 100lx, au niveau u miroir : 300lx ; chambre à coucher éclairage général : 150lx, tête e lit pour lecture : 300lx ; table e travail e l'écolier : 300lx ; vitrine, tableau, sculpture : 150lx.

3 IV) LA LUMINANCE L : La luminance est l'intensité lumineuse émise par unité e surface apparente e la source ans une irection. Elle correspon à la clarté communiquée par une source e lumière à l oeil. Elle s'exprime en canelas par mètre carré (c/m ). source lumineuse e surface S et intensité surface apparente ans une irection : S cos L surface apparente L en c/m S en m en canela (c) : angle entre la normale à la surface et une irection 'émission e lumière soleil au zénith : 1, c/m ciel : 8000 c/m lampe à incanescence claire (filament visible) :.10 6 c/m lampe à incanescence épolie : 10 5 c/m tube fluorescent stanar 38 : 8000 c/m tube fluorescent haute efficacité 6 : c/m lune : 4000 c/m lampe e bureau : 300 c/m V) L'EFFICACITE LUMINEUSE D UNE SOURCE DE LUMIERE : L'efficacité 'une source est le flux lumineux émis émis par unité e puissance e la source en Watt. Elle s'exprime en lumen par watt (lm/w). (c'est équivalent au renement e la source) efficacité émis puissance e la source efficacité en lm/w émis en lumen (lm) puissance en Watt (W) Dans le cas 'une lampe à incanescence à filament e tungstène qui consomme une puissance électrique e 100W, le flux lumineux ans le omaine u visible n'est que e 1380lm, le reste invisible étant perçu uniquement sous forme thermique. On it qu'une telle lampe a une efficacité e 13,8 lm/w.

4 'une sphère : S 4πR. Exercice n 1 : Le filament 'une ampoule e 60W présente une intensité e 66,5c. Calculer le flux émis par l'ampoule et son efficacité. (l'angle solie pour une sphère vaut 4π) (rép : 836 lm ; 13,9 lm.w 1 ) Exercice n : Calculer l'éclairement E 'une surface située à 10cm 'une lampe ont l'intensité est égale à 7c : - lorsque la surface est normale au flux (rép : 50 lux) - lorsque la normale à la surface fait un angle e 30 avec les rayons lumineux. (rép : 43,3 lux) Exercice n 3 : Une cellule photoélectrique inique que l'éclairement û à la lumière u soleil est égal à 10 5 lx. Trouver l'intensité lumineuse u soleil sachant que 1, m le sépare e la Terre. La surface e la cellule photoélectrique est normale au flux. (rép :, c) Exercice n 4 :Trouver l'intensité 'une lampe e 00W ont l'efficacité est 18 lm/w. (rép : 86 c) Exercice n 5 :Quelle est l'éclairement prouit par une source e 00c à 5m e la source? Chaque élément e surface est normal au flux. (rép : 8 lux) Exercice n 6 :Trouver le flux lumineux qui traverse une surface sphérique ont le rayon est égal à 4m lorsqu'une source e 800c est placée au centre e la sphère. (rép : lm) Exercice n 7 :Une lampe e 40W a une efficacité e 11 lm/w. A quelle istance e la lampe l'éclairement est-il égal à lx? (rép : 4,18m) Exercice n 8 : Une ampoule en verre présente une surface efficace (apparente) e 50cm. Elle prouit un éclairement e 8 lx à une istance e 5m. Trouver le flux lumineux qui émerge e la lampe et la luminance e l'ampoule. Chaque élément e surface éclairée est normal au flux. (rép : 513 lm ; c.m ) Exercice n 9 (BTS) Une salle rectangulaire e imensions au sol 7m x 9m oit présenter un éclairement moyen e 600 lux. a) Calculer le flux reçu par la surface. Sachant que le flux reçu ne représente que 80% u flux total émis par les sources e lumière, calculer le flux total émis. (rép : 4750 lm) b) On ispose e eux types e lampes : lampes stanar : 150W et 000 lumens ; tubes fluorescents : 65W et 300 lumens. Quelle est l'efficacité lumineuse es eux types e lampes? Quel est le nombre e lampes nécessaires? Quel est le nombre e tubes nécessaires? Quelle est la solution la plus économique u point e vue e la consommation en énergie électrique facturée? (rép : 13,33 lm.w 1 ; 49,3 lm.w 1 ; 4 lampes ; 15 tubes.) Exercice n 10 : Une lampe e type inconnu placée à 90 cm 'un capteur 'un luxmètre onne le même éclairement qu'une lampe normalisée e 3c placée à 60 cm. Calculer l'intensité lumineuse e la lampe testée.('0) (rép : 7c) Exercice n 11 : a) Une source ponctuelle isotrope a une intensité e 00c. Quel est le flux lumineux émis par cette source (angle solie : Ω4π)? (rép : 513 lm) b) Quel est le flux qui frappe une surface e cm 'une table située à 80cm juste en-essous e la source précéente? Quel est l'éclairement en ce point e la table? (31,5 lux ; 6,5.10 lm) Exercice n 1 : Sachant que pour éclairer un plan e travail, il faut un éclairement lumineux e 500lx et que la lampe e bureau est située à 30cm à la verticale e ce ernier, quelle puissance électrique evra avoir une lampe à incanescence, une lampe à halogène et une lampe fluocompacte respectivement 'efficacité lumineuse 14 lm/w, 0 lm/w et 81 lm/w? (rép : 40,4W ; 8,3W ; 7W)

5 Exercice n 13 : Le filament 'une ampoule e 100W présente une intensité e 90c. Calculer le flux émis par l'ampoule et son efficacité. (l'angle solie pour une sphère vaut 4π) (réponse : 1131 lm ; 11,3 lm/w) Exercice n 14 : Calculer l'éclairement E 'une surface située à 50cm 'une lampe ont l'intensité est égale à 80c lorsque la normale à la surface fait un angle e 60 avec les rayons lumineux. (réponse : 160 lx) Exercice n 15 :. (réponse :, c) Une cellule photoélectrique inique que l'éclairement û à la lumière u soleil est égal à 10 5 lx. Trouver l'intensité lumineuse u soleil sachant que 1, m le sépare e la Terre : la normale à la surface fait un angle e 10 avec les rayons lumineux. Exercice n 16 :Trouver l'intensité 'une lampe e 150W ont l'efficacité est 1 lm/w.. (réponse :143 c) Exercice n 17 :. (réponse : 1 lx) Quelle est l'éclairement prouit par une source e 100c à 10m e la source? Chaque élément e surface est normal au flux. Exercice n 18 : Trouver le flux lumineux qui traverse une surface sphérique ont le rayon est égal à 10cm et l'éclairement est e 140 lx lorsqu'une source 'intensité I est placée au centre e la sphère.. (réponse :533 lm) Exercice n 19 : Une lampe e 100W a une efficacité e 0 lm/w. A quelle istance e la lampe l'éclairement est-il égal à 30 lx? (réponse :,3 m) Exercice n 13 : Le filament 'une ampoule e 100W présente une intensité e 90c. Calculer le flux émis par l'ampoule et son efficacité. (l'angle solie pour une sphère vaut 4π) (réponse : 1131 lm ; 11,3 lm/w) Exercice n 14 : Calculer l'éclairement E 'une surface située à 50cm 'une lampe ont l'intensité est égale à 80c lorsque la normale à la surface fait un angle e 60 avec les rayons lumineux. (réponse : 160 lx) Exercice n 15 :. (réponse :, c) Une cellule photoélectrique inique que l'éclairement û à la lumière u soleil est égal à 10 5 lx. Trouver l'intensité lumineuse u soleil sachant que 1, m le sépare e la Terre : la normale à la surface fait un angle e 10 avec les rayons lumineux. Exercice n 16 :Trouver l'intensité 'une lampe e 150W ont l'efficacité est 1 lm/w.. (réponse :143 c) Exercice n 17 :. (réponse : 1 lx) Quelle est l'éclairement prouit par une source e 100c à 10m e la source? Chaque élément e surface est normal au flux. Exercice n 18 : Trouver le flux lumineux qui traverse une surface sphérique ont le rayon est égal à 10cm et l'éclairement est e 140 lx lorsqu'une source 'intensité I est placée au centre e la sphère.. (réponse :533 lm) Exercice n 19 : Une lampe e 100W a une efficacité e 0 lm/w. A quelle istance e la lampe l'éclairement est-il égal à 30 lx? (réponse :,3 m)