Première stl enseignement spécifique obligatoire





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Première STL



Enseignement spécifique obligatoire :

Sciences physiques et chimiques en laboratoire






MODULE IMAGE



Sous-thème : Lumière et énergie





DETERMINATION EXPÉRIMENTALE DU FLUX LUMINEUX EMIS PAR

UNE SOURCE DE LUMIÈRE



Activité expérimentale
Travail en binôme

Durée : 2H (pour l'ensemble de l'activité)

Peut être menée par investigation ou à partir d'un protocole
Permet une évaluation diagnostique
Problématique de l'activité
Sur l'emballage des lampes à économie d'énergie est généralement indiquée une valeur exprimée en lumen. Celle-ci correspond-elle au flux lumineux émis par la lampe ? Vérification sur une lampe à économie d'énergie de puissance 12 W 610 lm.

Mise en œuvre
Matériel : - un cercle gradué tracé sur une feuille A2 : rayon  20 cm

- une lampe à économie d'énergie "boule" 230V 12W (ou toute autre puissance)

- un support de lampe normalisé

- un luxmètre (utilisation possible des cellules dédiées en exao )

- papier millimétré ou système d'acquisition avec tableur-grapheur

Pré-requis ou recherche documentaire
- grandeurs photométriques : éclairement, flux lumineux

- fonctionnement et utilisation d'un luxmètre
Travail expérimental
- Placer au centre du cercle gradué, la lampe à économie d'énergie sur son support

- Relier le cordon du support au réseau électrique

- Déplacer la cellule du luxmètre, à hauteur de la lampe, sur le cercle gradué

- Relever les éclairements en fonction de l'angle

- Déplacer la cellule du luxmètre autour de la lampe dans un plan de symétrie vertical, à environ 20cm du centre

de la lampe

- Relever en quelques points l'éclairement indiqué par le luxmètre pour vérifier, en première approche, l' isotropie

approximative de l'éclairement d'une telle lampe dans le plan de mesure


Exploitation des résultats
- construire le graphique éclairement = f(angle) pour les mesures dans le plan horizontal autour de la lampe

- conclure quant à l'isotropie de l'éclairement d'une telle lampe

-

calculer la valeur moyenne des éclairements mesurés
- mesurer les dimensions de la lampe :

schéma approximatif proposé :
- En déduire, par homothétie, les dimensions de la

portion de sphère éclairée, de rayon RE égal au rayon du

cercle gradué utilisé




Données : aire d'une sphère : A = 4..r2 aire d'une calotte sphérique : A' = 2..r.h

( r: rayon de la sphère h: hauteur de la calotte)
- Calculer l'aire de la portion de sphère, de rayon RE , éclairée.
- En déduire le flux lumineux émis par la lampe étudiée
- Comparer le résultat avec celui indiqué sur l'emballage.
- A partir de s indications portées sur l'emballage de la lampe, comparer la puissance électrique consommée par

la lampe à économie d'énergie avec celle d'une lampe à incandescence qui produirait le même flux lumineux et

conclure quant aux rendements lumineux de ces 2 types de lampes
Schémas et photos






Éléments de résultats (à partir des essais)
- le cercle gradué utilisé a un rayon de 17,5 cm

- le luxmètre utilisé : Luxmètre YF-1065 Max = 560 nm photodiode au silicium marque YFE

- la lampe utilisée : Philips "softtone" 230V 12W 610 lm
- on constate l'isotropie de l'éclairement avec un éclairement moyen E = 1535 lux (1 lux = 1 lm/m2)

- aire de la portion de sphère éclairée: A = 0,330 m2

- flux lumineux émis par la lampe : F = A . E = 506 lm (contre 610 lm indiqué par le constructeur)
- le même flux serait émis par une lampe à incandescence d'une puissance électrique voisine de 50 W , donc

le rendement lumineux de la lampe à économie d'énergie est de l'ordre de 4 à 5 fois meilleurs que celui de la

lampe à incandescence.

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