Devinette: Lampe a filament qui grille

[invite3f2dff78]

Salut,

Alors voila une devinette concernant mon sujet favorit les lampes.
Pourquoi les lampes a filament emettent-elles un flash brillant juste au moment ou elle grillent?

Au moment de la rupture du filament de la lampe, il ce produit une double action : la première c’est l’établissement d’un arc électrique entre les deux extrémités où c’est produit la rupture du filament. La forte température de l’arc électrique, provoque alors la fonte d’une partie du métal (tungstène ?) du filament. Ces deux actions conjuguées, produisent un bref et puisant éclat.

question subsidiaire; pourquoi ces lampes grilles-t'elle le plus souvent quand on les allumes?

Ici il s’agit de la résistance du filament qui est beaucoup plus faible à froid qua chaud (chaque métal possède son coefficient) la tension électrique étant constante, l’intensité électrique I = V/ R dépend essentiellement de R. Durant son fonctionnement, le filament « perd » de son métal réduisant petit à petit son diamètre, et comme rien n’est parfait dans ce bas monde, la moindre impureté dans le métal du filament produit la « faiblesse » qui sera fatale pour la lampe qui rendra son âme dans un dernier mais vigoureux éclat. Pas de rire !



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[invitebed6efa1]

salut max.apparament les lampes classiques a incandescence perde 95% de leur puissance recue en chaleur.
j aimerai savoir comment quantifier simplement ces 95%.

[mariposa]

salut max.apparament les lampes classiques a incandescence perde 95% de leur puissance recue en chaleur.
j aimerai savoir comment quantifier simplement ces 95%.

Pour avoir une idée il suffit de calculer la puissance rayonnée qui est par unité de surface du filament:

P=Sigma*Tpuissance4

où Sigma est une constante.
T est la température absolue du filament.

Tout ce qui n'est pas rayonné est perdue en chaleur.

[invitebed6efa1]

Pour avoir une idée il suffit de calculer la puissance rayonnée qui est par unité de surface du filament:

P=Sigma*Tpuissance4

où Sigma est une constante.
T est la température absolue du filament.

Tout ce qui n'est pas rayonné est perdue en chaleur.

d accord mai ca ne me dit pa comment experimentalement a partir d une lampe a incandescence,je peux mesurer ke 95% la puissance recue est transformee en chaleur...?

[invitef7177163]

Salut,

Pour cela il faut faire un bilan energetique de la lampe. Avec un spectrometre calibre et une sphere integratrice, on mesure la part de puissance rayonnee dans l'infra rouge, dans le visible et dans l'UV. On somme ces mesures et l'on obtiend la puissance totale rayonnee sous forme de lumiere. La difference avec la consomation electrique totale donnera les pertes thermiques par conduction et convection.

Dans le cas de la lampe a filament, l'integration sur le spectre de puissance emis dans le visible donnera une valeur comprise entre 4% et 8% de la puissance totale dissipee (cela depend du type de lampe et de sa puissance). Par consequent, on en deduira que le reste est perdu dans l'emission d'IR, d'UV (quasi rien) et les pertes conducto-convectives.

A+

Max

[mariposa]

Salut,

Pour cela il faut faire un bilan energetique de la lampe. Avec un spectrometre calibre et une sphere integratrice, on mesure la part de puissance rayonnee dans l'infra rouge, dans le visible et dans l'UV. On somme ces mesures et l'on obtiend la puissance totale rayonnee sous forme de lumiere. La difference avec la consomation electrique totale donnera les pertes thermiques par conduction et convection.

Dans le cas de la lampe a filament, l'integration sur le spectre de puissance emis dans le visible donnera une valeur comprise entre 4% et 8% de la puissance totale dissipee (cela depend du type de lampe et de sa puissance). Par consequent, on en deduira que le reste est perdu dans l'emission d'IR, d'UV (quasi rien) et les pertes conducto-convectives.

A+

Max

Oui tout a fait, en ne perdant pas de vue que 1 partie de l'IR est absorbée par le verre et donc éliminée par convection dans l'air ambiant.

[invitef7177163]

Oui tout a fait, en ne perdant pas de vue que 1 partie de l'IR est absorbée par le verre et donc éliminée par convection dans l'air ambiant.

Ceci ne change rien, car le bilan est fait a l'exterieur de la lampe, et on deduit les pertes totale a partir de la mesure de la puissance lumineuse visible rayonnee ... on ne cherche pas a comprendre comment se font les differents transferts energetiques dans la lampe.

A+

Max

[mariposa]

Ceci ne change rien, car le bilan est fait a l'exterieur de la lampe, et on deduit les pertes totale a partir de la mesure de la puissance lumineuse visible rayonnee ... on ne cherche pas a comprendre comment se font les differents transferts energetiques dans la lampe.

A+

Max

Tout a fait d'accord. J'ai ajouté ceci pour donner une meilleure compréhension de ce qui se passe.

[360no2]

Salut,



Non, il y a une difference entre rendement et efficacite lumineuse. Le premier est un rapport entre la puissance optique visible (ou dans le domaine spectral d'interet) emise sur la puissance electrique consommee. Ce facteur ne tiend absolument pas compte de l'impression lumineuse sur notre retine, facteur pris en compte dans le rapport de l'efficacite lumineuse.

Par exemple, si on a deux lampes a rendement egal (disons 15%) mais de spectre different, alors l'efficacite lumineuse ne sera pas la meme. Une lampe verte aura une efficacite plus elevee qu'une lampe violette de meme rendement, car notre oeil n'a pas une sensibilite egale a toute les longueurs d'ondes.

A+

Max

question complémentaire : Sachant que l'oeil est plus sensible vers 540nm (vert) est-ce qu'il existe une table ou une courbe donnant, à puissance égale rayonnée le rapport des efficacités lumineuses suivant la longueur d'onde ?
Il me semble que la courbe de sensibilité de l'oeil humain a l'allure d'une gaussienne mais je n'ai aucune idée d'un ordre de grandeur du rapport de l'efficacité lumineuse d'une source emettant 15W sous une seule longueur d'onde (par exemple vert) avec une autre efficacité pour les même 15W mais dans une autre longueur d'onde (par exemple bleu).
(en gros j'ai trouvé sur le net une jolie courbe sans échelle sur l'axe des ordonnées )

[invitef7177163]

Salut,

la courbe donnant la valeur de l'efficacite lumineuse en fonction de la longueur d'onde est bien celle de la sensibilite de l'oeil humain moyen etablie par la CIE (Commite International de l'Eclairage) en 1931. Il existe trois types de courbes qui correspondent a different niveaux d'eclairements induisant differents types de vision: photopique (vision diurne), scotopique (nocturne) et mesopique (intermediaire).

La sensibilite de l'oeil differe selont l'intensite lumineuse car les cones (cellules responsable de la vision en couleur) n'ont pas les memes tolerances et sensibilites que les batonets (vision peripherale non coloree). Je pense que ce qui t'interesse le plus est la vision photopique dont les donnees et courbes sont les plus faciles a trouver. Dans un tel cas le maximum de sensibilite se trouve a 555nm pour une sensibilite de 680 Lm/W. Ce pic se deplace vers le bleu (~480nm) a mesure que l'intensite lumineuse decroit et la vision tend vers un regime mesopique puis scotopique.

Vu que tu as deja trouve une courbe de sensibilite sans echelle, si le pic est a 555nm, alors il s'agit de vision photopique et tu n'a qu'a simplement changer l'echelle verticale de maniere que le maximum soit a 680 Lm/W.

A+

Max

[monnoliv]

Max, j'ai une petite question concernant le #16:

J'avais eu une autre explication qui ne contredit pas la tienne, finalement.
Lors de la mise sous tension, le filament est froid et présente peu de résistance, sauf là où il est affaibli ce qui fait un courant nettement plus grand que le courant nominal et le RI² porte la section abîmée à une température anormalement élevée qui fait fondre cette zone.

Oui, c'est tout a fait exacte. Il faut cependant que la difference de diametre soit tres grande pour que ce mecanisme tue la lampe. Ce qui arrive le plus souvent c'est que la brusque montee en temperature provoque une fracture qui se propage 'facilement' dans un grain ou un joint de grain, pour peu qu'il soit mal place.
Max

Est-ce que la constante de temps de mise à température d'un filamment en tungstène (lampe classique) est inférieure à 1/4 de période de la tension du secteur, soit 5mS ?
Je pose cette question parcequ'il existe de nombreux circuits intégrés de commande qui n'activent la charge qu'au passage par zéro de l'onde de tension. Cette commande est sensée allonger la durée de vie des ampoules. Qu'en penses-tu ?

[invitef7177163]

Salut,

Le message #16 remonte a longtemps
La constante de temps de la montee en temperature depend enormement du type de lampe et de sa puissance. Par exemple, les lampes halogenes ont un filament plus compacte que les lampes classiques, et de ce fait ont une plus longue montee en temperature, ce qui fait que cette technologie n'est pas employee dans les feu de stop des voitures.
Pour une lampe classique, cette constante de temps est de l'ordre de 10 ms et plus (je n'ai pas les valeurs exactes) et peut atteindre plus de 300 ms pour les fortes puissances et certaines lampes halogenes.

En ce qui concerne les circuits qui connectent le reseau au passage de la tension a zero, je pense qu'il doit bien y avoir un certain effet benefique sur la duree de vie des lampes a incandescences (pas pour les autres types de lampes, cependant). Il faut savoir que dans la majeur partie des cas le filament se romp durant la phase d'allumage de la lampe, car la forte valeur de dI/dt juste a la connection favorise la fracture du filament (choch thermique et mecanique). Je pense qu'un allumage a tension nulle resultera en un dI/dT beacoup plus faible que si l'alumage se faisait a une tension proche du maximum.
Donc c'est mon avis que l'on reduira effectivement les risques de rupture de filaments ages avec ce types d'allumange controle, mais la duree de vie des lampes ne seront pas decuplee - le benefice doit etre d'une ou deux dixaines d'heures au plus je pense. Donnent-t'ils des valeurs d'accroissement de duree de vie avec leurs circuits?
Un moyen plus efficace d'accroitre cette duree de vie et de diminuer la tension d'alimentation de 5 a 10%, ce qui resultera dans une duree de vie accrue de 30 a 50%.

A+

Max

[360no2]

Salut,
Vu que tu as deja trouve une courbe de sensibilite sans echelle, si le pic est a 555nm, alors il s'agit de vision photopique et tu n'a qu'a simplement changer l'echelle verticale de maniere que le maximum soit a 680 Lm/W.

A+

Max

Ok je te remercie.

Sinon j'ai une dernière question qui me vient comme ça, sur la lumière blanche :
Vu qu'il s'agit, globalement, d'une émission ininterrompue de radiations lumineuses dont les longueurs d'onde sont comprises entre 400 et 800 nm, je me demandais : pour que notre oeil perçoive une une source lumineuse comme blanche, les radiations de longueur d'onde différentes doivent être émises à un nombre de lumens identique ou à un nombre de watts identique ?
(ou ni l'un ni l'autre, qu'est que je vais chercher là ?)

[monnoliv]

Donc c'est mon avis que l'on reduira effectivement les risques de rupture de filaments ages avec ce types d'allumange controle, mais la duree de vie des lampes ne seront pas decuplee - le benefice doit etre d'une ou deux dixaines d'heures au plus je pense. Donnent-t'ils des valeurs d'accroissement de duree de vie avec leurs circuits?

Seulement quelques dizaines d'heures? Je pensais à plus. Sinon, de mémoire je n'ai pas vu de données quantitatives concernant l'économie réalisée par ce type de commande.
A+

[360no2]

Bonsoir,

une petite dernière pour la route :
si j'ai à peu près compris, la lampe fluo fonctionne avec un plasma de mercure qui émet dans l'UV et on utilise ensuite des poudres fluo pour ramener ce rayonnement vers des fréquences visibles. Du coup je me demande : si la lampe fluo fournit, par ionisation du mercure à basse pression une lumière ultraviolette, quel est le principe des lampes à vapeurs de mercure qui arrivent, elles, à émettre dans le visible ?
Est-ce que la pression y du mercure dans ces 2 lampes y est pour quelque chose ou pas du tout ?

[invitef7177163]

Salut,

une petite dernière pour la route :
si la lampe fluo fournit, par ionisation du mercure à basse pression une lumière ultraviolette, quel est le principe des lampes à vapeurs de mercure qui arrivent, elles, à émettre dans le visible ?
Est-ce que la pression y du mercure dans ces 2 lampes y est pour quelque chose ou pas du tout ?

Tout d'habord, toute decharge electrique dans de la vapeur de mercure va emettre du rayonnement UV et visible. Pour repondre a la question, c'est seulement les proportions entre les differentes longueur d'ondes emises qui varient en fonction de la pression, temperature et densite de puissance dissipee.
Dans le cas du tube fluorescent, les conditions d'operation du plasma sont optimisees afgin qu'il y ai un maximum d'emission a 254nm et 185nm (UV-C). Il y a cependant un faible pourcentage de la puissance consomme qui est dissipee dans l'emission de lumiere visible.
A mesure que la pression augmente, le type de plasma change ainsi que la densite de puissance. Il en resulte un spectre different, qui dans certains cas peut favoriser l'emission dans le visible, bien que les rendements restent mediocres. Ceci est le cas des lampes a haute pression utilisee (de moins en moins) pour l'eclairage public - reconnaissables a leurs lumiere blanche-bleue froide. Il est interessant de noter que le rayonnement UV residuel est substantiel et excite une poudre fluorescente rouge qui comble la lacune du spectre visible du mercure. Sans cette correction on aurait une apparence cadaverique du au manque de lumiere rouge de ces lampes.

Historiquement la vapeur de mercure est devenu le premier illuminant des lampes a arc (1860) car sa raie a 546nm proche du maximum de sensibilite de l'oeil rend de tels plasmas a haute pression tres lumineux.

Vu qu'il s'agit (lumiere blanche), globalement, d'une émission ininterrompue de radiations lumineuses dont les longueurs d'onde sont comprises entre 400 et 800 nm, je me demandais : pour que notre oeil perçoive une une source lumineuse comme blanche, les radiations de longueur d'onde différentes doivent être émises à un nombre de lumens identique ou à un nombre de watts identique ?

Il est vrai qu'une lumiere blanche est compose par definition d'un spectre visible continu, mais notre oeil n'a pas besoin d'une telle continuite afin que notre cerveau "ait la sensation" d'une lumiere blanche. La condition necessaire est que les trois types de cones (rouges, verst et bleu) soient excites en meme temps - la television temoigne bien de cet effet!

Afin que nous percevions une lumieres blanche neutre (non teintee - 4000K), il faut que le flux lumineux (nb de lumens) soient egaux entre les trois pics de sensibilites des trois cones de nos yeux - en d'autres termes, il faut que les trois cones aient le meme niveau de d'excitation.
Plus de lumiere bleue nous fera percevoir une couleur blanche froide tendant vers les 7000K. A l'inverse, plus de rouge et de vert nous fera percevoir un blanc chaud tendant vers les 2000K. En deca de 2000K et au dela de 7000-10000K on ne percoit plus vraiment du blanc teint, mais plutot une couleur dominante voire saturee.

A++

Max

[invite4ef11693]

Salut à vous !
Vraiment très interessant comme discussion. Moi j'ai une question : comment fonctionne exactement la couche de poudre fluorescente recouvrant les lampes fluorescentes et transformant les uv en visible ?

Merci bien

a+

[invite4ef11693]

Tiens j'ai pas encore trouvé comment éditer mon message...

J'oubliais : le champs électromagnétique haute fréquence créé par les lampes fluorescentes n'est il pas dangereux pour l'homme ?

a+

[inviteea83b15f]

Bonjour,
Est-ce que quelqu'un connaitrais une loi simple qui lie la tension dans une ampoule à la temperature du filament??

[invite34c89d2e]

oula c´est de la thermique ca j´aime pas trop lol