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 Ampoule à incandescence: modèle du corps noir

 Catégorie maison - Par nina67 - Publié le 2009-06-25 23:46:11

Ampoule à incandescence: modèle du corps noir

Le filament d'une ampoule à incandescence produit de la lumière lorsque le courant électrique qui le traverse le porte à une température suffisante. Avec un variateur, on peut observer que plus la tension est élevée, plus le filament est lumineux et plus sa lumière est blanche. Le rayonnement du corps noir décrit très bien l'émission de lumière du filament.

 

ampoule a incandescence modele du corps noir 0

 

Ci dessus, le filament d'une lampe halogène 12V/35W porté au rouge. La puissance est réduite grâce à un variateur. On remarque ici que les spires du centre "se tiennent chaud" contrairement aux spires vers le bord qui sont moins lumineuses.

 

Description du corps noir

Le corps noir est un objet qui absorbe toutes les radiations qu'il reçoit, en particulier toute la lumière : il apparaît donc noir. Sauf dans un cas : s'il est porté à haute température. Il émet alors spontanément de la lumière par rayonnement thermique. Le filament d'une ampoule à incandescence allumée est un parfait exemple.

En pratique, on peut réaliser un corps noir en créant une boîte à parois opaques et hermétique, percée d'un très petit trou. En regardant dans le trou, on ne voit que du noir ! En effet, toute lumière qui entre par ce trou n'a aucune chance de ressortir...


Teinte

ampoule a incandescence modele du corps noir 1Lorsqu'on augmente la température d'un corps noir, ce corps noir se met à rougeoyer, jaunir, plus blanchir et enfin bleuir. A chaque température correspond une teinte. La teinte se décrit par la température de couleur (voir ci contre). Pour un corps noir, la température de couleur est égale à la température du corps noir. Pour décrire d'autres objets, la température de couleur est la température que devrait avoir un corps noir théorique pour émettre une lumière de teinte la plus proche.

Par exemple, un tube fluorescent blanc froid peut avoir une température de couleur de 6500K alors qu'un tube de ton chaud sera à 2700K. Le ciel bleu peut atteindre 20000K alors qu'une flamme de bougie se situe vers 1800K. Pour les ampoules à incandescence, la température de couleur va de 2500 à 3000K.

 

 

 

Couleurs en photographie : filtre CTO et CTB


On parle également de température de couleur en photographie. Pour évaluer la température de couleur d'un champ visuel, on peut utiliser un appareil spécifique qui compare la quantité de bleu à la quantité de rouge émise par l'environnement. Ainsi, un ciel bleu d'été en plein jour est très "froid" alors qu'un coucher de soleil est "chaud".

 

Il existe des filtres colorés (gélatines de couleur) qui corrigent la température de couleur d'une source lumineuse. Si on souhaite obtenir un rendu semblable à celui d'un filament de tungstène (3200K) avec une lampe à décharge de température de couleur 5600K, on place un filtre CTO devant la lampe. Cette abréviation signifie "Convert To Orange", également traduit en "Correcteur de Température Orange". Il peut convertir une température de couleur de 5600K vers 3200K. Le filtre inverse est bleuté et s'appelle CTB (correcteur de température bleu)

 

De nombreux logiciels de traitement d'image offrent le réglage de la balance des couleurs ou même de température de couleur pour rendre une image plutôt "froide" ou "chaude" (ci dessous).

 

ampoule a incandescence modele du corps noir 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Remarque : Une couleur froide correspond à une température de couleur élevée !

 

Rendement lumineux : c'est la quantité de Lumen par Watt qu'émet une source.

Par exemple, le rendement lumineux d'une ampoule basse consommation de 15W est de 55 lm/W.

Cette ampoule fournit 15 x 55= 825 lm.


L'efficacité lumineuse est le rapport du rendement lumineux avec le rendement maximal de 683 lm/W.

Ces deux notions ne doivent pas être confondues, même si elles sont proportionnelles entre elles !

Le rendement lumineux du corps noir est maximal vers 7000K (ou 6300K selon les auteurs) et atteint 95 lm/W. Or, pour la lumière blanche, on a le rapport de conversion de 240 lm/W. En calculant 95/240 = 0.40, on peut affirmer que 40% de l'énergie émise par ce corps noir à 7000K est sous forme lumineuse, toutes couleurs confondues. Cependant, la notion d'efficacité lumineuse est définie en divisant les 95 lm/W par la valeur maximale possible de 683 lm/W.

 

A 7000K, l'efficacité lumineuse d'un corps noir est de 95/683 = 14%.

 

C'est à dire qu'avec seulement 14% de la puissance rayonnée par ce corps noir mais émise à 555nm, l'intensité lumineuse perçue par l'oeil humain serait identique. Un rayonnement monochromatique rouge contient une puissance située entièrement dans le visible mais peut n'avoir qu'une efficacité lumineuse de 20% : on dit alors que "le rouge est 5 fois moins lumineux que le vert de longueur d'onde 555nm".

 

Rendement lumineux en fonction de la température


ampoule a incandescence modele du corps noir 3

 

La fraction d'énergie rayonnée dans la partie visible varie en fonction de la température.

Faibles températures : le corps noir rougeoie. La plupart de l'énergie est émise dans l'infrarouge.

Très fortes températures : le corps noir brille d'un éclat bleuté. La plupart de l'énergie est émise dans l'ultraviolet et les rayons X.

 

 

 

 

 

 

Pour les ampoules à filament (incandescence et halogène), les températures sont toujours inférieures à 3695K (fusion du tungstène). Le rendement lumineux augmente très vite avec la température du filament. Le développement d'ampoules halogène performantes repose sur cette augmentation de température tout en garantissant une durée de vie convenable. Pour les fabricants, c'est l'enjeu majeur d'ici 2016.

 

C'est en fonction de ce rendement lumineux et de la puissance électrique que sont définies les classes énergétiques de A et G (voir article "Classe énergétique d'une ampoule").

Ampoule à incandescence: modèle du corps noir, posté par nina67 le 2009-06-25 23:46:11
nina67
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