calcul de "l'énergie lumineuse"

[invite42b87a78]

Salut,
avec mon ami, on a choisit pour expérience de tpe de calculer le rendement d'un panneau solaire photovoltaïque.On a fait les expériences que l'on souhaitait faire on a relevé pleins de valeurs mais le petit problème c'est qu'on n'est pas sûr de nos calcul et des termes employés. Donc pour que vous puissiez m'aider je vais vous expliquer nos expériences:

1ère: on a pris un spot que l'on a accroché à 20cm au dessus d'un calorimètre ( calorimètre remplit d'eau jusqu'à ras bord)on a pris la température de l'eau au début et on a laissé allumer le spot pendant 15 minutes et on a reprit la température à la fin. donc on n'arrive pas à savoir s'il s'agit d'une énergie ou d'une puissance?le but de l'expérience est de trouver l'énergie lumineuse émise par le spot

2ème: c'est la même expérience que la première sauf que l'on a pris du papier aluminium que l'on a mit sur le calorimètre de façon a ce que la lumière n'influe pas le résultat. notre idée ( peut-être fausse) était la suivante:
lors de l'expérience1 on pourrait dire qu'il s'agit d'une énergie composée d'énergie lumineuse et thermique car la température varie grâce à la chaleur et aux rayonnement du spot et la 2ème expérience ce n'est que l'énergie thermique car les rayons lumineux sont stoppés par le papier aluminium et ne font donc pas varié la température de l'eau.
donc pour résumer:
d'après nous 1ère expérience: on parlerait d'une énergie composée d'une énergie lumineuse et d'une énergie thermique et pour la 2ème on parlerait que d'une énergie thermique
et en faisant une soustraction de l'expérience1- l'expérience 2 on obtiendrait l'énergie lumineuse

donc on aimerait connaître les calculs à faire ( on a relevé toutes les données qui sont utiles) ainsi que le vocabulaire à employer est ce que l'on parle d'énergie ou bien de puissance ou d'autre chose?
merci d'avance pour vos réponses
-----

[Gilgamesh]

Salut,
avec mon ami, on a choisit pour expérience de tpe de calculer le rendement d'un panneau solaire photovoltaïque.On a fait les expériences que l'on souhaitait faire on a relevé pleins de valeurs mais le petit problème c'est qu'on n'est pas sûr de nos calcul et des termes employés. Donc pour que vous puissiez m'aider je vais vous expliquer nos expériences:

1ère: on a pris un spot que l'on a accroché à 20cm au dessus d'un calorimètre ( calorimètre remplit d'eau jusqu'à ras bord)on a pris la température de l'eau au début et on a laissé allumer le spot pendant 15 minutes et on a reprit la température à la fin. donc on n'arrive pas à savoir s'il s'agit d'une énergie ou d'une puissance?le but de l'expérience est de trouver l'énergie lumineuse émise par le spot

2ème: c'est la même expérience que la première sauf que l'on a pris du papier aluminium que l'on a mit sur le calorimètre de façon a ce que la lumière n'influe pas le résultat. notre idée ( peut-être fausse) était la suivante:
lors de l'expérience1 on pourrait dire qu'il s'agit d'une énergie composée d'énergie lumineuse et thermique car la température varie grâce à la chaleur et aux rayonnement du spot et la 2ème expérience ce n'est que l'énergie thermique car les rayons lumineux sont stoppés par le papier aluminium et ne font donc pas varié la température de l'eau.
donc pour résumer:
d'après nous 1ère expérience: on parlerait d'une énergie composée d'une énergie lumineuse et d'une énergie thermique et pour la 2ème on parlerait que d'une énergie thermique
et en faisant une soustraction de l'expérience1- l'expérience 2 on obtiendrait l'énergie lumineuse

donc on aimerait connaître les calculs à faire ( on a relevé toutes les données qui sont utiles) ainsi que le vocabulaire à employer est ce que l'on parle d'énergie ou bien de puissance ou d'autre chose?
merci d'avance pour vos réponses

Un panneau PV est fait pour "travailler" avec de la lumière solaire a priori, soit un spectre à ~ 5800 K filtré par l'atmosphère. Le spectre du spot n'est pas du tous semblable, il est bien plus froid. Une lampe à incandescence c'est de l'ordre de 3000 K au maximum : la maximum des longueur d'onde est situé à 1 µm (donc dans l'infra rouge proche) au lieu de 0,5 µm pour le spectre solaire. Or pour un panneau PV l'important c'est justement de recevoir des photon très énergétique, car le courant électrique est crée par l'interaction photon-électron qui à une énergie seuil (en dessous d'une certaine énergie, l'électron n'est pas éjecté de l'atome et ne crée pas de courant).

Ensuite, mesurer l'effet thermique en système non isolé, outch :/. La majeur partie de l'énergie de ta lampe part directement en chaleur (> 95%) et celle ci va être évacuée principalement par convection de l'air au dessus de la lampe. Très difficile de contrôler ce que récupère le calorimétre en dessous, donc les conditions expérimentales me semble trop difficile à maitriser.

Mais déjà l'essentiel, c'est cela : faire la mesure avec de la lumière solaire, à moins que ce soit le rendement sous lampe à incandescence qui vous intéresse ?

a+

[invite42b87a78]

les expériences ne se font pas avec le panneau solaire c'est après que vient celui-ci je veux juste savoir comment on calcule l'énergie lumineuse à partir d'un spot placé à 20cm d'un calorimètre remplit d'eau et de la température de l'eau qui varie

[invite42b87a78]

si cela est possible j'aimerais obtenir les calculs à faire et le vocabulaire adéquat

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite42b87a78]

"Mais déjà l'essentiel, c'est cela : faire la mesure avec de la lumière solaire, à moins que ce soit le rendement sous lampe à incandescence qui vous intéresse ?"
ce que l'on veut c'est d'abord connaître l'énergie lumineuse apportée par le spot pour ensuite mettre le panneau solaire au soleil et relever sa puissance ( P= u*i) , faire de meme avec le spot sur le panneau solaire ( donc spot qui remplace le soleil) et donc faire un produit en croix de façon à obtenir l'énergie lumineuse du soleil pour calculer le rendement d'un panneau photovoltaique
repondez moi on est vraiment préssé. merci d'avance.

[invite5957e84d]

Si tu veux calculer la puissance transmise de l'onde vers un volume à un instant t, il faut calculer l'intégrale sur le volume de j.E. Après on peut intégrer par rapport au temps pour se faire une idée de la valeur de l'énergie..

Reste encore à trouver E(x,t)...On pourrait peut être utiliser le fait que la lumière peut se décomposer en deux OPPM polarisées rectilignement et de directions de polarisation orthogonales, non?

Ce n'est qu'une proposition, reste à voir avec les physiciens du forum si ça se fait!

[Gilgamesh]

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[Gilgamesh]

"Mais déjà l'essentiel, c'est cela : faire la mesure avec de la lumière solaire, à moins que ce soit le rendement sous lampe à incandescence qui vous intéresse ?"
ce que l'on veut c'est d'abord connaître l'énergie lumineuse apportée par le spot pour ensuite mettre le panneau solaire au soleil et relever sa puissance ( P= u*i) , faire de meme avec le spot sur le panneau solaire ( donc spot qui remplace le soleil) et donc faire un produit en croix de façon à obtenir l'énergie lumineuse du soleil pour calculer le rendement d'un panneau photovoltaique
repondez moi on est vraiment préssé. merci d'avance.

Bon, il y a donc bien le problème que j'exposais : tu ne peux pas faire une simple regle de 3 entre l'énergie utilisée par le panneau PV au soleil et sous la lampe, car la fraction du spectre utilisée est bien supérieure dans le cas du Soleil.

Le seuil de fonctionnement du panneau est de l'ordre de 1 et 2.5 eV, en fonction du matériau dopé (silicium, CdTe, CdS...).

Donc seul les photons supérieur à ce seuil produiront un effet.

L'énergie d'un photon c'est hc/lambda, avec h la cte Planck (6,6e-34), c la vitesse de la lumière (3e8) et lambda la longueur d'onde en mètre.

L'énergie lumineuse se répartie autour d'un pic de longueur d'onde de valeur 3000/T (en µm) où T est la température du corps émissif.

Voir ici :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Corps_noir

Pour T = 3000, lambda max = 1 µm (1,7 eV), pour T = 6000 K le pic est à 0,5 µm (3,4 eV).

Une grande partie de l'énergie est émise en dessous du pic. Dans le cas de la lampe, cette fraction du spectre ne contribue pas à l'effet PV, alors qu'elle va chauffer le calorimètre, qui lui prend toutes les contributions.

a+

[invite42b87a78]

notre prof nous avait parlé d'un calcul qui serait Q (en joule)= masse*Constantante de l'eau* delta température et après Puissance= Q/DELTA temps
cela nous donne une puissance à la fin est ce que ça parait correct?
je ne pense pas qu'on doit calculer le specteur et tout ce qui tourne autour mais juste la puissance ou l'energie lumineuse ou même encore il pourrait s'agir d'une intensité lumineuse essayer de répondre avec moi aux questionsd que je me pose sur le vocabulaire et on essayera ensuite de trouver les calculs qui vont avec. merci d'avance

[Gilgamesh]

Oui c'est ça.

L'énergie Q acquise par le calorimètre sous forme de chaleur est :



m la masse de l'eau dans le calorimètre, en kg
la capacité calorifique de l'eau, Joule/(kg.Kelvin) a pression constante

avec Tf : température initiale, Tf : température finale, l'élévation de température de l'eau en Kelvin (ou en degré Celsius, c'est pareil dans ce cas).

La puissance P reçue de la source, c'est le quotient de l'énergie Q par la durée t d'exposition du calorimètre à la source de chaleur.




Tu peux également avoir besoin ultérieurement de la notion de flux lumineux.


a+

[invite42b87a78]

ok merci je vous tient au courant si j'ai un problème

[invite42b87a78]

"Si le transfert s'effectue par chaleur et rayonnement Q, alors DE=Q."
qu'est ce que sa veut dire? puis-je m'en servir dans mon expérience?Merci d'avance.

[Gilgamesh]

"Si le transfert s'effectue par chaleur et rayonnement Q, alors DE=Q."
qu'est ce que sa veut dire? puis-je m'en servir dans mon expérience?Merci d'avance.

Merci de détailler la signification des symboles utilisés dans tes énoncés... On n'est pas censé deviner.

Bon, ici je suppose que DE c'est

Si c'est bien ça, cela veut simplement dire que la seule énergie captée par le calorimètre l'est sous forme de chaleur (autrement dit, il n'y a pas de travail mécanique à prendre en compte).


a+

[invite42b87a78]

Bonjour,
Notre projet étant de calculer la puissance lumineuse émise par le spot au dessus de l'eau en Watt/m². Nous nous sommes renseignés et nous avons appris que l'énergie transférée par rayonnement est absorbée par la matière qui s'échauffe alors ( dans notre cas l'eau). Notre problème est que le spot chauffe énormement et donc la température de l'eau augmente en conséquence. Nous aimerions alors, avoir une expérience permettant de chauffer l'eau qu'avec la lumière ou alors une expérience permettant de chauffer l'eau qu'avec la chaleur du spot, de façon à calculer l'un ou l'autre. Notre objectif est d'obtenir une puissance lumineuse en Watt/m².
résumé de la 1ère expérience:
Dans notre première expérience,(lorsque le spot était à 25cm au dessus du calorimètre ), la température de l'eau augmentait pour deux raisons: la chaleur émise par le spot et la puissance lumineuse de celui-ci.
Donc si vous pouviez nous fournir la deuxième expérience permettant de négliger soit la chaleur émise par le spot, soit la puissance lumineuse de celui-ci cela nous permettrait alors d'en déduire l'un ou l'autre. Tout cela, sans sortir du niveau de lycée et en utilisant, si possible, les formules ( Q=m*constante calorifique de l'eau*delta température et P=Q/ delta temps), on mesurerait ensuite, la surface de l'eau exposée à la lumière du spot pour avoir un résultat en Watt/m².
Nous vous remerçions d'avance. bonne fêtes de fin d'année a tous

[invite42b87a78]

pensez vous que l'élévation de température vient plutôt de mon spot qui chauffe ( si l'on met la main dessous , ça brule vraiment) ou de l'éclairement qu'il émet. moi je pense que l'eau chauffe essentiellement grâce à la chaleur ou plutot l'effet thermique qu'émet du spot? qu'en dites vous?
de plus j'avais pensez à une expérience dont je n'en certifie pas les résultats
expérience: on place le spot à 25cm du calorimètre mais cette fois ci le spot se trouve sur le coté et non au dessus ; au dessus du calorimètre on met du papier aluminium ou n'importe quoi qui ne laisse point entrer la lumière, de là, je pense, que l'on pourrait trouver une élévation de température ou transfert thermique entrainé uniquement par l'effet thermique que le spot émet.
qu'en pensez vous? voyez vous une amélioration à cette expérience, je rappelle que l'on veut être précis , bien sur, mais que l'on précisera que c'est le raisonnement utilisé qui sera retenu.
merci d'avance de vos future réponses.

[invite42b87a78]

Notre idée d'expérience serait la suivante:
1)on place le calorimètre au milieu de la table, avec une masse d'eau m connue , on connait la température de départ et on le recouvre avec du papier aluminium, juste le haut du calorimètre de façon à ne pas laisser passer la lumière ou comme vous dites la lumière visible. après on place le spot sur la table à 35cm à droite du calorimètre , en direction du calorimètre. on attend 15min, l'eau va donc chauffer et on relève a nouveau la température. avec toutes ces données on peut donc calculer Q=m*4180*delta température appelons ce Q Q1 . il correspond à un transfert d'énergie du à la chaleur émise par le spot.
2) on place le calorimètre au milieu de la table, avec une masse d'eau m connue , on connait la température de départ. cette fois-ci on place le spot à la verticale à 35 cm du calorimètre. on attend 15min, l'eau va donc chauffer et on relève a nouveau la température. avec toutes ces données on peut donc calculer Q=m*4180*delta température appelons ce Q Q2 . il correspond à un transfert d'énergie du à la lumière visible et à la chaleur émise par le spot.

===> de cette façon en faisant la soustraction de Q2-Q1=Q3(en joules) on obtiendrait a peu près, ce que l'on cherche, c'est à dire que l'augmentation de température de l'eau par la lumière. Sans faire les expériences il est évident que Q3 ne va pas être très élevé.
de là on peut calculer P (en watt) ( ce qu'au départ j'appelais puissance lumineuse) de cette façon: P=Q3/15min soit 900secondes avec ce P(en watt) et la surface l'eau (en m²) on aurait Eclairement= P(en watt)/la surface (en m²) on aurait alors l'éclairement de notre spot en watt/m², alors bien évidement on se doute que ce résultat n'est pas exactement correct mais cependant je pense qu'on s'en approcher.
que pensez de l'expérience? que pensez vous du résultat final ( sera-t-il vraiment éloigné de la réponse?)
merci d'avance.

[Gilgamesh]

Quand tu mets ta main sous une ampoule, la chaleur que tu ressens provient essentiellement d'une énergie transmise sous forme de rayonnement, mais de rayonnement infra rouge, donc non visible (et non transformé par le panneau PV !). Cette énergie rayonnée est absorbée par ta peau qui la convertie en chaleur, exactement comme le calorimètre. Tu peux le mettre dans les pertes (la fraction non transformable de l'énergie) mais c'est quand même du rayonnement.

La conversion de l'énergie électrique par une ampoule à incandescence c'est :

http://www.led-fr.net/ampoule_calimero_eclairage.htm

83% d'infra rouge
12% de chaleur (conduction thermique ou convection)
5% de lumière visible.


Si tu veux t'abstraire à la fois de la chaleur transmise par l'air et des IR, tu peux placer ta lampe derrière une parois transparente comportant un épaisseur d'eau, qui est un bon filtre à infrarouge.


a+

[invite42b87a78]

"Si tu veux t'abstraire à la fois de la chaleur transmise par l'air et des IR, tu peux placer ta lampe derrière une parois transparente comportant un épaisseur d'eau, qui est un bon filtre à infrarouge."

merci tes indications m'ont été d'une très grande aide seulement pour m'abstraire à la fois de la chaleur transmise par l'air et des infra rouge tu me dis de placer ma lampe derrière une paroi transparente mais peux-tu m'expliquer plus précisément ou dois-je mettre mon spot, en qu'elle matière devrait être la paroi, enfin plus de détails.
merci d'avance tes réponses m'ont été d'une grande aide.

[Gilgamesh]

"Si tu veux t'abstraire à la fois de la chaleur transmise par l'air et des IR, tu peux placer ta lampe derrière une parois transparente comportant un épaisseur d'eau, qui est un bon filtre à infrarouge."

merci tes indications m'ont été d'une très grande aide seulement pour m'abstraire à la fois de la chaleur transmise par l'air et des infra rouge tu me dis de placer ma lampe derrière une paroi transparente mais peux-tu m'expliquer plus précisément ou dois-je mettre mon spot, en qu'elle matière devrait être la paroi, enfin plus de détails.
merci d'avance tes réponses m'ont été d'une grande aide.

A l'horizontal ou à la verticale ça ne fait pas de différence :

horizontal
-----------

lampe  dble parois    calorimètre

*             ||               []

vertical
--------

* lampe

= dble parois

[] calorimètre

Il te faudrait trouver un bassin parallélépipédique étroit ou monter un chassis formé de deux parois séparé de 3-4 cm remplis d'eau, en verre ou en plexiglass.

Il faut également que tu calcules l'angle solide sous lequel la lumière de ta lampe intercepte le calorimètre, c'est à dire in fine la fraction du rayonnement provenant de la lampe qui frappe effectivement la surface à réchauffer.

a+

[invite28d8d1f5]

Bonjour,

Dans toutes ces discussions il y a une chose qui m'étonne: peut-on vraiment mesurer la puissance lumineuse du soleil avec des outils destinés à mesurer la puissance thermique. Une cellule photovoltaïque n'a strictement rien à voir avec la température, sauf que la chaleur en diminue le rendement. Ce que vous essayez de faire c'est uniquement de mesurer la puissance calorifique utile aux capteurs thermiques pour la production d'eau chaude ou de chauffage. Donc ce que j'aimerais savoir c'est comment vraiment mesurer la puissance de l'électromagnétisme lumineux du soleil en faisant abstraction de l'électromagnétisme calorifique (photons de chaleur). A noter qu'il existe également une technologie un peu semblable au photovoltaïque pour produire de l'électricité à partir des photons calorifiques (calopile).