Les lampes et leur éclairement EX1

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1 Image EX1 Type d activité : Partie / Les couleurs de la lumière et de la matière Les lampes et leur éclairement Exercices --- Correction EX1 La lampe la plus efficace est la lampe à vapeur de sodium : elle a la plus grande efficacité lumineuse EX 1) Quelle est la lampe qui consomme le moins d énergie électrique pendant une même durée? Justifier La lampe qui consomme le moins d énergie électrique pendant une même durée est la lampe qui a la plus petite puissance : c est la lampe à LED ) Quelle est la lampe dont la lumière se rapproche le plus du Soleil? Justifier La lampe dont la lumière se rapproche le plus du Soleil est la lampe fluocompacte car sa température de couleur est de 5000 K (température de la surface du soleil) 3) Quelle lampe a la meilleure efficacité énergétique? Justifier. La lampe qui a la meilleure efficacité énergétique est la lampe à vapeur de sodium (100 lm/w)

2 4) Calculer l éclairement, supposé uniforme, produit par l ampoule halogène sur une table de 3 m. éclairement flux lumineux = surface de la table = == 933 Lux 5) Quel est le nom de l appareil utilisé pour mesurer l éclairement? Le luxmètre 6) Quelle lampe choisir pour éclairer une pièce à vivre, un bureau (lampe fluocompacte ou LED), une autoroute (lampe à vapeur de sodium)? 7) Rappeler les valeurs extrêmes des longueurs d onde des radiations du spectre visible Les longueurs d onde des radiations du spectre visible sont comprises entre 400 et 800 nm. 8) Placer, sur un axe orienté en longueur d onde, les domaines du visible, de l ultraviolet et de l infrarouge En dessous de 400 nm, se trouvent les UV. Au-dessus de 800 nm se trouvent les IR. EX3 1) Rappeler la formule qui relie P, la puissance consommée d une lampe, E, l énergie consommée et t la durée d utilisation : E = P t Donner les unités des grandeurs physiques précédentes : E (J) = P(W) t(s) ou E (W.h) = P(W) t(h) ) Pour chacune des lampes, pour h d utilisation : - Calculer l énergie électrique consommée - Le prix de l énergie électrique facturée par EDF - La somme dépensée au total avec le prix d achat des lampes

3 3) Pour chacune des deux lampes, calculer la somme dépensée au total par an (on considère que h de fonctionnement correspondent environ à 5 ans d utilisation) 59 Pour la lampe à incandescence, la dépense annuelle est de = 11,8 euros 5 15,3 Pour la lampe fluocompacte, la dépense annuelle est de = 3,06 euros 5 Quelle est l économie réalisée par an si on utilise une lampe fluocompacte plutôt qu une lampe à incandescence Si on utilise une lampe fluocompacte plutôt qu une lampe à incandescence, on économise 11,8 3, 06 = 8,74 euros EX4 A l aide d un luxmètre, on a mesuré l éclairement d une lampe à incandescence de 100 W à différentes distance de celle-ci. Les mesures ont permis de faire le tableau 4 1) Faire un graphe de l éclairement en fonction de la distance

4 ) Lorsque de la distance entre la source et le luxmètre est doublée, comment varie l éclairement? 800 L éclairement est inversement proportionnel à la distance au carré : E = d Lorsque la distance est doublée, l éclairement est divisé par 4 3) Cette lampe est placée à,50 m d une table à dessin. Quelle est son éclairement? E = = d,5 = 18 lux EX5 Une lampe à incandescence contient du krypton et l argon (des gaz inertes). Elle consomme une puissance électrique de 40W. La puissance qui est convertie en rayonnement dans le domaine visible est évaluée à 0,74 W. 1) Quel est le rendement lumineux de la lampe? puissance électrique rayonnée 0, 74 rendement = = rendement = = 0,0185 = 1,9% puissance électrique conommée 40 Le rendement de la lampe à incandescence est extrêmement faible : pratiquement toute l énergie électrique consommée est perdue sous forme de chaleur. ) Pourquoi utilise-t-on du krypton ou de l argon plutôt que du dioxygène? L atmosphère de la lampe ne doit pas contenir de dioxygène afin d éviter la combustion du filament.

5 EX6 Dans un lustre on place une ampoule à incandescence dont les indications inscrites sur la boîte sont : 100 W ; 000 lm ; 800 K ; 1000 h. 1) Que signifient ces indications? 100 W : puissance de la lampe 000 lm : flux lumineux de la lampe 800 K : température de couleur de la lampe ; cette valeur donne une idée de la couleur de la lumière émise par la lampe 1000 h : durée de fonctionnement de la lampe ) Rappeler le principe d'une lampe à incandescence. Une lampe à incandescence contient un filament ; lorsque que ce filament est parcouru par un courant électrique, il chauffe et émet de la lumière. La couleur de la lumière dépend de la température du filament. Bien que chauffé à de très hautes températures, le filament ne brule pas car l atmosphère gazeuse de la lampe ne contient pas de dioxygène 3) Calculer l'efficacité lumineuse de cette lampe efficacité lumineuse 000 = 100 = 0 lm/w 4) Quel type de lampe à incandescence doit-on utiliser pour augmenter l'efficacité lumineuse et la durée de vie de ce type de lampe? Expliquer son principe. Pour augmenter l'efficacité lumineuse et la durée de vie de ce type de lampe, on peut utiliser des lampes halogènes. Le filament de la lampe est constitué de tungstène ; celui-ci se sublime au cours du fonctionnement de la lampe. Grace au gaz halogène (contenu dans l atmosphère de la lampe), une réaction chimique faisant intervenir ce gaz permet au tungstène de se régénérer. La durée de vie du filament est par conséquence augmentée.