Comment fonctionne une ampoule ? (1/2)

La lampe à incandescence :

Dans nos vieilles ampoules, le filament est chauffé à haute température, ce qui produit de la lumière. Celui-ci est en tungstène, le métal qui a le plus haut point de fusion (le tungstène fond à 3422°C alors que le fer ne fond qu’à 1538°C).

• Comment ce filament est-il chauffé ?

Lorsque vous appuyez sur un interrupteur, vous faites entrer un courant électrique à l’intérieur de l’ampoule. Des électrons, porteurs d’une charge électrique, traversent alors le filament. Ce filament présente une certaine résistance au courant électrique (ce n’est pas un conducteur parfait), c’est-à-dire que les électrons vont entrer en collision avec les atomes qui constituent le filament de tungstène. Ces chocs vont laisser s’échapper de l’énergie, qui va se dissiper sous forme de chaleur. Le filament est donc rapidement chauffé par tous ces chocs. C’est ce qu’on appelle l’effet joule.

• Pourquoi la chaleur produit-elle de la lumière ?

Le filament atteint une température très élevée (près de 2500°C), ce qui explique que l’on se brûle lorsqu’on touche une ampoule allumée. La température est telle que si l’ampoule était constituée d’oxygène, celle-ci brûlerai instantanément. C’est pour cette raison qu’à l’intérieur de l’ampoule, il y a soit le vide, soit des gaz rares. Lorsqu’un matériau est chauffé, il émet de la lumière. C’est ce qu’on appel l’incandescence. Pour la même raison, le Soleil ou le feu émettent de la lumière.

• Pourquoi les lampes à incandescence ont-elles un mauvais rendement ?

A la température de 2500°C, le filament émet une grande partie de son rayonnement dans l’infrarouge. Toute cette partie du rayonnement est inutile pour éclairer, puisque l’œil humain ne perçoit pas le rayonnement infrarouge. Dans l’idéal, un filament devrait être chauffé à 5500°C pour émettre une grande partie de son rayonnement dans le visible. Cette température est en effet celle du Soleil, le rayonnement le mieux adapté à l’œil humain qui s’est acclimaté à la lumière de notre astre au fil des millénaire. Malheureusement, à cette température, tous les métaux fondent.
Le rendement lumineux d’une lampe à incandescence est d’environ 2%.

• Pourquoi les ampoules tombent-elles en panne ?

Le filament chauffé à haute température se vaporise petit à petit. Il se fragilise et au bout d’un certain temps, il finit par se rompre, le courant électrique ne peut alors plus passer et l’ampoule est bonne à jeter. La durée de vie d’une ampoule est très variable, de quelques centaines d’heures à près d’un million pour cette ampoule d’une caserne de pompiers en Californie.


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L’ampoule ne fait plus d’étincelles.

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