Questions sur le fonctionnement d'une lampe fluorescente.

[360no2]

Bonsoir,

J'ai quelques questions sur le fonctionnement des lampes fluos :
alors je vais commencer par ce que je sais (ou crois savoir, rerenez moi si je me trompe), le principe de base est de faire passer un courant électrique dans une atmosphère basse pression composée partiellement de mercure ; les électrons en mouvement dans ce plasma apportent de l'énergie aux atomes de mercure qui se désexcitent en emettant des photons, principalement dans le domaine UV, or un photon émis dans le domaine UV est plus énergétique qu'un photon émis dans le visible, ce qui permet l'utilisation à la surface du tube de poudres qui abaissent son énergie et le ramènent dans le visible.

Voilà les questions que je me pose :
Tout d'abord, sous quelle forme l'énergie électrique est-elle transmise au mercure ? Est-ce que c'est l'énergie cinétique des électrons qui est transmise par chocs avec les atomes de mercure ou autre chose et comment quantifier cette énergie ?
Ensuite, sachant que branché sur le secteur un "tube néon" émet dans l'UV (sans ses poudres) et une lampe à vapeurs de mercure dans le visible et que cela est du à la pression, j'aimerais savoir de quelle façon la pression influence cette émission lumineuse ? Est-ce une question d'état fondamental du mercure différent suivant la pression ? (merci d'éviter "google est ton ami" parce qu'avec "mercure" et "pression" comme mots clefs, quoi que je mette à côté, je ne trouve pas tout à fait ce que j'espère )
D'ailleurs à propos du mercure, existe-t-il une loi du type de celle existant pour l'hydrogène qui donne ses niveaux d'énergie ou non ?
Enfin, lorsque les poudres absorbent de l'énergie pour ramener le rayonnement UV vers les plages visibles, j'aurais tendance à penser que l'énergie est dissipée sous forme de chaleur, mais je voudrais avoir confirmation...

Merci d'avance à celui ou celle qui pourra me répondre.
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[Jeanpaul]

Question déjà abordée et ayant reçu une bonne réponse. Voir :
http://forums.futura-sciences.com/ar...tube-fluo.html
Le mercure a un potentiel d'excitation assez bas et l'absorption d'énergie cinétique d'un électron excite l'atome qui émet la raie UV à 253 nm mais aussi quelques autres, notamment dans le bleu ou le vert.
Quand on regarde le spectre d'un tube fluo, on verra un continuum (lumière blanche émise par les poudres fluorescentes) + les raies du mercure. Tout l'art consiste à éviter que ces raies se voient trop car ça donne mauvaise mine dans les cuisines.

[invitef7177163]

Salut,

Ta comprehension du fonctionnement des tubes fluorescent est assez juste dans l'ensemble - donc il n'y a rien a redire a ce sujet la.
En ce qui concerne les questions:

Tout d'abord, sous quelle forme l'énergie électrique est-elle transmise au mercure ? Est-ce que c'est l'énergie cinétique des électrons qui est transmise par chocs avec les atomes de mercure ou autre chose et comment quantifier cette énergie ?

Il s'agit effectivement du transfert d'energie cinetique du gas d'electron (accelere par le champs electrique dans le plasma) vers les atomes de mercure par des collisions. Si on regarde plus globalement, ce sont les collision elastiques electron-argon et electron-mercure qui sont responsables de l'echauffement Joule du gas, alors que seules les collisions inelastiques electron-mercure permettent l'excitation electronique de cette vapeur.
En ce qui concerne la quantification de l'energie transmise du gas d'electron a la vapeur de mercure sous forme de collisions inelastique, elle est regie par les niveaux excitable du mercure. En terme de rendement, environ 60-65% de l'energie electrique dissipee dans la lampe est convertie en rayonnement UV, le reste part dans l'echauffement du gas-vapeur et dans les pertes aux electrodes.

Ensuite, sachant que branché sur le secteur un "tube néon" émet dans l'UV (sans ses poudres) et une lampe à vapeurs de mercure dans le visible et que cela est du à la pression, j'aimerais savoir de quelle façon la pression influence cette émission lumineuse ? Est-ce une question d'état fondamental du mercure différent suivant la pression ?

Tout d'habord je crains qu'il y ait confusion entre les termes.. Je suppose que ton "tube neon" est un tube fluorescent lineaire (ou il n'y a pas de neon dedans), et par "lampe a vapeur de mercure" tu entend les lampes a haute pression du type de ceux employes pour l'eclairage publique (fluorescentes aussi).
Si c'est le cas, il est effectivement vrai que les tubes basse pression (tubes fluos) ont un spectre radicalement different des sources a haute pression. Dans le premier cas (~10 microbar) la majeur partie du rayonnement l'est dans les raies de resonnances a 185 et 254 nm, alors qu'a 1-10 bar, le pic d'emission s'est deplace vers la gamme 365-770nm. La raison est effectivement la pression qui definit le regime et la nature du plasma:

- sous basse pression, le gas d'electron n'est pas en equilibre thermodynamique avec le gas d'ions et d'atome. La nature et faible frequence de collisions entre les electrons et les atomes font que les niveaux du mercure les plus excites sont ceux de resonnance. De plus, les conditions de decharges sont optimisees afin de maximiser la production d'UV

- a haute pression, la frequence de collision entres toutes les particules est suffisament elevee pour qu'il y ai un equilibre thermodynamique entre les electrons et les neutres, du moins localement. La consequence est les temperatures electronique et des neutres sont identique, et la population de chaque niveau energetique du mercure est regie par la statistique de Boltzmann - en relation directe avec la temperature du gas neutre/electrons. De plus, la plus forte densite de mercure rend cette vapeur opaque a son propre rayonnement UV, ce qui fait que le 185 et 254nm emis au centre de l'arc est reabsorbe a la peripherie par la vapeur plus froide. Ce phenomene d'autoabsorption plus la forte frequence de collision electron-mercure accroit la probabilite de population des niveaux energetiques superieurs, donc responsables des transition dans le visible.

D'ailleurs à propos du mercure, existe-t-il une loi du type de celle existant pour l'hydrogène qui donne ses niveaux d'énergie ou non ?

Il doit bien exister des calculs en meca quantiques qui permettent de predire les niveaux energetiques du mercure, mais le formalisme doit etre passablement complexe - donc il est bcp plus facile de se referer a des tables spectroscopiques qui donne toutes les infos relatives aux niveaux et aux transitions possibles

Enfin, lorsque les poudres absorbent de l'énergie pour ramener le rayonnement UV vers les plages visibles, j'aurais tendance à penser que l'énergie est dissipée sous forme de chaleur, mais je voudrais avoir confirmation...

Oui, la difference d'energie entre le photon UV absorbe et le photon visible emis est dissipe sous forme de chaleur.

A+

Max

[Jeanpaul]

Le transfert d'énergie des électrons vers les atomes de mercure a été mis en évidence en 1914 par Franck et Hertz, expérience classique.
Taper "Franck et Hertz" sur Google.

[A voir en vidéo sur Futura]

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Ok merci bien à vous deux