Puissance thermique d'une lampe

[invite67078f27]

Comment je peut faire pour déterminer la puissance thermique dégagée par une ampoule de 40W? Je sais juste qu'elle a un flux lumineux de 405lumen...
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[arrial]

Comment je peut faire pour déterminer la puissance thermique dégagée par une ampoule de 40W? Je sais juste qu'elle a un flux lumineux de 405lumen...

Tu dois ramener tes lumens à des watts …

Disons que le rendement lumineux étant de l'ordre de 5 %, il devrait te rester 40*0,95 = 38 W dissipés en chaleur.

@+

[invite67078f27]

Mais comment sait on que le rendement est de 5%?

[f6bes]

Mais comment sait on que le rendement est de 5%?

BONJOUR à toi,
Voir là:http://forums.futura-sciences.com/thread98.html
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite2313209787891133]

Bonjour

La puissance thermique d'une ampoule de 40W est de 40W; il n'y a pas d'histoire de rendement et l'énergie ne disparait pas.

[arrial]

Bonjour

La puissance thermique d'une ampoule de 40W est de 40W; il n'y a pas d'histoire de rendement et l'énergie ne disparait pas.

Bonsoir,

… il est certain que les aveugles ne se préoccupent pas de la production de lumière …

On appelle rendement la puissance utile ramenée à la puissance consommée, et la puissance utile d'une ampoule d'éclairage est très généralement considérée comme celle rayonnée sous forme de lumière visible.

@+

[arrial]

Mais comment sait on que le rendement est de 5%?

Bonsoir,

En mesurant la puissance rayonnée sous forme de lumière visible, et en divisant par la puissance électrique consommée [système à une source].
Comme on ne comptabilise donc qu'une partie du spectre irradié, on est obligé d'introduire une nouvelle unité de puissance, pour différencier cette énergie de l'énergie globale expromée en watts → lire donc les définitions de ses unités. Gogol est ton ami …


@+

[invite2313209787891133]

Bonsoir,

… il est certain que les aveugles ne se préoccupent pas de la production de lumière …

On appelle rendement la puissance utile ramenée à la puissance consommée, et la puissance utile d'une ampoule d'éclairage est très généralement considérée comme celle rayonnée sous forme de lumière visible.

@+

Non, cette notion de rendement n'a aucun fondement dans ce cadre; elle n'a été introduite que dans le domaine de l'éclairagisme pour comparer l'efficacité de différentes sources lumineuses, mais ce n'est pas un "rendement", c'est une efficacité, qui n'est pertinente que dans un domaine précis.

Toute l'énergie électrique que l'on injecte dans une ampoule est convertie en chaleur. D'ailleurs il suffit de se représenter l'expérience suivante: On place l'ampoule dans une boite en carton fermée et opaque, on lui injecte 60W; est ce que 5% de l'énergie va disparaitre ?

[arrial]

Non, cette notion de rendement n'a aucun fondement dans ce cadre; elle n'a été introduite que dans le domaine de l'éclairagisme pour comparer l'efficacité de différentes sources lumineuses, mais ce n'est pas un "rendement", c'est une efficacité, qui n'est pertinente que dans un domaine précis.

Toute l'énergie électrique que l'on injecte dans une ampoule est convertie en chaleur. D'ailleurs il suffit de se représenter l'expérience suivante: On place l'ampoule dans une boite en carton fermée et opaque, on lui injecte 60W; est ce que 5% de l'énergie va disparaitre ?

Salut,




♦ On appelle rendement le taux d'une puissance utile à une puissance coûtante, et le rendement ne peut excéder 1.
Il peut être défini pour un système à une source, mais également à deux sources [rendement d'un moteur thermique].
♦ Le terme 'efficacité' ou 'coefficient de performance' est réservé aux machines à 2 sources, et caractérise également le taux d'une puissance utile à une puissance consommée. Ce coefficient est, le plus souvent, supérieur à un.
♦ Toutes les énergies, in fine, se résolvent en chaleur : même les vertébrés évolués ne servent guère qu'à produire du vent, de la chaleur et du caca, ce dernier étant assimilable à des cendres et des imbrûlés.

Pour une lampe à filament, le courant excite des électrons, libres et/ou de valence. Il se produit de la chaleur évacuée par conduction, convection, et/ou rayonnement. La partie visible du spectre d'émission, même s'il n'obéit qu'aux lois du 'corps noir' sont parfaitement dissociables, et dans la mesure où ils constituent une puissance utile, l'utilisation d'un 'rendement d'éclairage' est parfaitement légitime, et est par ailleurs unanimement (ou presque … ] adopté.

« Le rendement lumineux d'une source lumineuse est le rapport entre le flux lumineux émis par cette source lumineuse et la puissance absorbée par la source. Il s'exprime donc en lumens par watt (lm/W) »

Le rayonnement du corps noir est directement la conséquence d'une température, peu importe d'où elle résulte. La chaleur est d'ailleurs difficilement dissociable de l'énergie cinétique des éléments de la matière. Alors, l'énergie thermique n'est-elle pas de fait de l'énergie cinétique plus ou moins abâtardie ?



[nota : si tu mets une DEL dans une boîte noire, tout son rayonnement va également se convertit en chaleur. Et pourtant, une DEL ne chauffe pas, ou peu : son rayonnement n'a rien qui puisse être qualifié de "thermique". En revanche, l'énergie des porteurs … ]




Maintenant, chacun est libre de rester sur son opinion : je suis content de la mienne, car je la partage …



@+

[curieuxdenature]

Bonjour

à mon avis vous avez raison tous les deux, mais en mettant une ampoule allumée dans un seau d'eau, il n'y aura aucune perte et 40 W serviront à chauffer le liquide (et le seau).

[arrial]

en mettant une ampoule allumée dans un seau d'eau, il n'y aura aucune perte et 40 W serviront à chauffer le liquide (et le seau).

Salut,

En fait, si le bulbe n'éclate pas, le filament éclairera, et de la lumière s'échappera bien du seau, ou alors le seau est une boîte noire, ou l'eau est de l'encre noire …


@+

[si tu mets le filament dans l'eau, euh … thermo-plongeur, ou disjonction ? ]

[invite2313209787891133]

l'utilisation d'un 'rendement d'éclairage' est parfaitement légitime, et est par ailleurs unanimement (ou presque … ] adopté.

Adopté par Wikipedia ? De qui te moques tu ?

La notion de rendement est associé à une puissance utile sur une puissance consommée comme tu le dis, mais comment définir la puissance utile ici ?
Ce n'est pas possible car la partie du rayonnement visible est associé à une notion arbitraire : La sensibilité de l'œil.
Encore une fois cette notion d'éclairement n'a de sens qu'en éclairagisme; elle n'a rien de scientifique.

[nota : si tu mets une DEL dans une boîte noire, tout son rayonnement va également se convertit en chaleur. Et pourtant, une DEL ne chauffe pas, ou peu : son rayonnement n'a rien qui puisse être qualifié de "thermique". En revanche, l'énergie des porteurs … ]

Si on fait cet expérience on converti l'intégralité de l'énergie électrique en chaleur, comme dans le cas de l'ampoule. Le fait qu'une led consomme moins ne change rien.

Maintenant, chacun est libre de rester sur son opinion : je suis content de la mienne, car je la partage …
@+

Chacun est libre de penser ce qu'il veux, mais pas de donner des réponses fausses et non argumentées sur un forum publique.

Bonjour

à mon avis vous avez raison tous les deux, mais en mettant une ampoule allumée dans un seau d'eau, il n'y aura aucune perte et 40 W serviront à chauffer le liquide (et le seau).

Non, une partie du spectre n'est pas absorbé par l'eau; cette quantité de chaleur ne sera pas cédée, jusqu'à entrer en contact avec autre chose.
Par ailleurs nous ne pouvons pas avoir raison tous les 2, je dis que l'intégralité de l'énergie électrique se convertie en chaleur, et il dit le contraire; quelqu'un se trompe forcément...

[arrial]

… c'est certain … une puissance d'éclairement est parfaitement inutile, … à un aveugle ‼

Et tout ce qui est écrit dans Wikipedia est à jeter ‼‼

<ouârf ‼ >

[arrial]

Remarque : la lumière d'une LED est émise quand un électron libre de la bande de conduction retombe sur une orbitale libre de la bande de valence, libérant un photon dont l'énergie est égale au gap, ou au puits de potentiel pour les LED blanches multi-puits : une LED de génère pas d'énergie thermique.

En revanche, la lumière émise peut être transformée en chaleur par un corps "noir".

Donc, l'exemple de la LED, au moins, est un argument, difficilement biaisable …


@+

[invite2313209787891133]

Remarque : la lumière d'une LED est émise quand un électron libre de la bande de conduction retombe sur une orbitale libre de la bande de valence, libérant un photon dont l'énergie est égale au gap, ou au puits de potentiel pour les LED blanches multi-puits : une LED de génère pas d'énergie thermique.

Comment défini tu l'énergie thermique alors ?

[phuphus]

Bonjour Dudulle et arrial,

ne serait-ce pas surtout à ST62 de dire ce qu'il entend par puissance / énergie thermique ? Dans quel cadre se place-t-il ? Pourquoi veut-il calculer une puissance thermique ? Veut-il dire par là : si je prends une ampoule de 40W, que je la mets dans une pièce chez moi, quel est le radiateur équivalent ?

Il est évident que si l'ampoule est installée dans une pièce sans fenêtres, le dégagement de chaleur équivalent, c'est 40W...

Si la pièce permet à une partie du rayonnement d'aller chauffer les petits oiseaux, on aura un peu moins que 40W.

Si l'on en croit cette page :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumen_(unité)

405 lumen, cela veut dire 0.6 W de lumière "utile". Pensez-vous vraiment qu'entre le calcul initial d'arrial (38W), ce calcul (39.4W) et la considération qu'in fine, tout ce que consomme la lampe se termine forcément en chaleur (donc 40W), il y ait une différence significative ?

Pour m'immiscer un peu dans votre débat :

- 100% de l'électricité consommée par l'ampoule est transformée en chaleur par effet Joule
- cette chaleur sert à échauffer le filament
- ce filament va d'une part se refroidir par convection, et d'autre part par rayonnement
- il atteint un équilibre entre effet Joule et évacuation de la chaleur à environ 2800K
- à cet équilibre, on a 0.6W de "lumière utile", mais sans une mesure complète difficile de savoir quelle puissance est rayonnée et quelle puissance est évacuée par convection

Auriez-vous des données sur la puissance totale de rayonnement d'une ampoule ? Sinon, pourrait-on repasser par la loi de Stefan-Boltzmann, en estimant la surface rayonnante du filament ?

[curieuxdenature]

Salut,

En fait, si le bulbe n'éclate pas, le filament éclairera, et de la lumière s'échappera bien du seau, ou alors le seau est une boîte noire, ou l'eau est de l'encre noire …


@+

[si tu mets le filament dans l'eau, euh … thermo-plongeur, ou disjonction ? ]

cette question fait partie d'un exercice, on suppose donc que la lampe est allumée après avoir été plongée dans l'eau.
Sinon pas besoin que le seau soit une boite noire, en fer galvanisé c'est assez et je te concède volontiers 1/5 de pertes sur les 5% de lumière pour éclairer le plafond, le reste va chauffer les parois qui vont chauffer l'eau.
Et tous comptes fait, en mettant un couvercle je ne concède rien du tout.

[arrial]

Comment défini tu l'énergie thermique alors ?

… de la chaleur …

@+

[arrial]

Et tous comptes fait, en mettant un couvercle je ne concède rien du tout.

Si tu mets un couvercle, tu as une boîte noire : toute lumière qui s'y trouve se transforme en chaleur, quelle que soit la nature du générateur de lumière.

Ainsi, une LED, qui n'est pas un générateur, passera comme un générateur thermique ‼ Mais alors, TOUT est générateur thermique, si toute énergie dégénère finalement vers de la chaleur …

Je concède volontiers que mettre une source de courant dans une boîte noire génère de la chaleur : mais la boîte noire fait alors partie du générateur, sinon la lumière échappe à ton "calorimètre".


@+

[arrial]

Bonjour Dudulle et arrial …

Salut, phuphus,


C'est bien ce que j'essaie d'expliquer depuis le début …

En absence de davantage de précision, on est OBLIGÉ de considérer l'ampoule comme AUSSI un générateur de lumière [ce pour quoi elle est vendue], et non seulement de chaleur. Sinon, pourquoi une ampoule et pas une résistance chauffante ou une fritteuse ?



@+

[phuphus]

SSinon, pourquoi une ampoule et pas une résistance chauffante ou une fritteuse ?

Bien motivé, on peut enflammer l'huile de la fritteuse : ça éclairera !

[invite2313209787891133]

Si tu mets un couvercle, tu as une boîte noire : toute lumière qui s'y trouve se transforme en chaleur, quelle que soit la nature du générateur de lumière.

Ainsi, une LED, qui n'est pas un générateur, passera comme un générateur thermique ‼ Mais alors, TOUT est générateur thermique, si toute énergie dégénère finalement vers de la chaleur …

Je concède volontiers que mettre une source de courant dans une boîte noire génère de la chaleur : mais la boîte noire fait alors partie du générateur, sinon la lumière échappe à ton "calorimètre".


@+

Si je suis ton raisonnement il n'existe aucun générateur de chaleur, puisque le rayonnement dans l'infrarouge peut aussi s'échapper.

En absence de davantage de précision, on est OBLIGÉ de considérer l'ampoule comme AUSSI un générateur de lumière [ce pour quoi elle est vendue], et non seulement de chaleur. Sinon, pourquoi une ampoule et pas une résistance chauffante ou une fritteuse ?

Ceci n'est pas un argument; tu n'expliques rien.

[phuphus]

Si je suis ton raisonnement il n'existe aucun générateur de chaleur, puisque le rayonnement dans l'infrarouge peut aussi s'échapper.

Bonjour Dudulle,

exact, et c'est pour cela que je proposais de différencier convection, rayonnement visible et rayonnement IR. La convection est dans tous les cas une production de chaleur par l'ampoule. Pour le rayonnement, il faut la topologie de la pièce et les caractéristiques des murs pour voir quelle fraction du rayonnement est envoyée directement sur un objet et transformée en chaleur (donc non réfléchie) et quelle fraction du rayonnement est balancée dehors. Par contre, le rayonnement transformé en chaleur et réémis en IR ne compte pas comme "balancé dehors" : il en aurait été de même avec un chauffage par convection...

On a exactement le même problème dans le bâtiment avec l'acoustique, et l'on passe par la géométrie de la pièce et les coefficients de Sabine (absorption) des parois pour résoudre tout cela.

[invite2313209787891133]

Je suis d'accord que l'intégralité du rayonnement de l'ampoule n'est pas forcément cédé à la pièce.

Ce que je dis c'est que que l'intégralité du rayonnement de l'ampoule est un rayonnement thermique: Il n'existe pas de frontière scientifiquement établie entre le proche IR et le visible, tout 2 interagissent de la même façon avec l'environnement.
Après je suis tout a fait disposé à écouter les contre arguments, mais pour l'instant il n'y en a pas eu un seul.

[arrial]

Si je suis ton raisonnement il n'existe aucun générateur de chaleur, puisque le rayonnement dans l'infrarouge peut aussi s'échapper.

Il peut aussi s'en échapper par conduction et/ou convection …

Ceci n'est pas un argument; tu n'expliques rien.

Parce que tu ne comprends pas, je n'ai pas d'arguments ???

Mais qu'est-ce que tu ne comprends pas, exactement ?


@+

[arrial]

Ce que je dis c'est que que l'intégralité du rayonnement de l'ampoule est un rayonnement thermique: Il n'existe pas de frontière scientifiquement établie entre le proche IR et le visible, tout 2 interagissent de la même façon avec l'environnement.
Après je suis tout a fait disposé à écouter les contre arguments, mais pour l'instant il n'y en a pas eu un seul.

Salut,

DIRE n'est pas un argument.

L'appellation d'une énergie est liée à l'usage qu'on en fait :
- le travail,
- la chaleur, qui sert à chauffer [thermie et calorie étaient des unités de chaleur]
- la lumière qui est un rayonnement électromagnétique dont
• les IR ne servent guère qu'à chauffer, ou créer un rayon qu'on ne voie pas,
• la lumière visible qui sert à … voir avec les yeux,
• les ondes radio, qui servent à voir aussi, avec des appareils, et à communiquer …

Ce qui fait que certaines de ces formes d'énergie ne sont pas des rayonnements thermiques, est que les processus qui les génèrent n'ont rien à voir avec la chaleur : une DEL, un générateur HF, etc …

Ce que j'étais près à concevoir était que la lumière de l'incandescence avait pour raison première un échauffement, même si ce n'est pas cet échauffement qui produit la lumière, mais la température de surface.Ce que tu n'as nullement expliqué, et qui aurait pourtant été un argument ‼

En tenant à mettre tout dans le même sac et affirmer que tout rayonnement est thermique, tu te disqualifie absolument : on ne parle pas de l'interaction du rayonnement avec son environnement là, mais son origine.

Pour toi, un rayon gamma et un rayon infra-rouge ont le même comportement ?
pour toi, la lumière visible émise par phénomènes purement quantiques est un rayonnement thermique ?


… ta vie doit être un four …




@+

[invite2313209787891133]

Tu te contente de tourner autour du pot sans apporter de vrais arguments.

Explique moi quelle différence il y a entre le comportement d'un rayonnement produit par un radiateur (qui est une source de chaleur selon toi) et le rayonnement visible produit par une ampoule (qui ne l'est pas, toujours selon toi).

[calculair]

bonjour

les 2 rayonnent selon la même lois. ( radiateur et lampe à filament)

C'est la loi de Planck


La difference est la temperature de la source, alors la repartition spectrale du rayonnement est differente.


Les nouvelles lampes dites à faible consommation, ne respectent plus cette lois.


De toutes façon si tu absorbes mle rayonnement dans une boite, celle-ci s'echauffera en fonction de la puissance consommée par le radiateur ou la lampe....

[bobdémaths]

Bonsoir,

Je pense sincèrement que Dudulle a raison. Pour avoir quelques détails, voyons comment se transforme l'énergie.

- L'énergie arrive sous forme électrique (on applique une différence de potentiel, qui fait circuler les électrons).

- Ces électrons chauffent le filament par effet Joule, nous avons donc maintenant de l'énergie thermique.

- Le filament est maintenant chaud, et va perdre de l'énergie (jusqu'à atteindre un régime d'équilibre). Sans s'occuper de la phase de chauffage du filament (ce qui revient à se placer directement dans le régime permanent), l'énergie électrique qui arrive doit être évacuée (on est en régime permanent). Elle est évacuée sous plusieurs formes :
1) Par conduction thermique (le gaz contenu dans l'ampoule chauffe)
2) Par rayonnement. En supposant que le filament agit comme un corps noir, ce rayonnement couvrira tout le spectre électromagnétique, que l'on peut si on veut décomposer en partie visible et en partie invisible (IR plus ou moins lointain, UV plus ou moins lointain)

- La chaleur évacuée sous forme de chaleur sert à chauffer la pièce. Le rayonnement, lui, peut être évacué plus ou moins librement de l'ampoule, jusqu'à rencontrer un milieu qui l'absorbe ou le réfléchit (ou le diffuse, mais on va simplifier). Pour le rayonnement absorbé, l'énergie qu'il contient peut chauffer directement le milieu, ou bien faire passer des électrons atomiques dans des états excités par exemple. Ces états vont naturellement se désexciter, et on se retrouve avec un rayonnement, retour à l'étape précédente.
Pour le rayonnement réfléchit, retour aussi à l'étape précédente.
Notons que la distinction entre rayonnement réfléchi et absorbé est ici quelque peu artificielle.

- Le raisonnement boucle donc. A moins de disposer de miroirs parfaits, toute l'énergie est finalement transformée en chaleur. Ce raisonnement s'étend à tout l'espace dans lequel le rayonnement est susceptible de se propager, et la conduction thermique d'évacuer de la chaleur. En supposant un milieu complètement isolé, toute l'énergie est bien transformée en chaleur.

De manière plus générale, la thermodynamique nous enseigne que le destin final de toute forme d'énergie est de se transformer en chaleur. Ainsi, dans une pièce, un radiateur, une ampoule, un ventilateur, une télévision ou une LED ne feront finalement que chauffer la pièce.

Cependant, une petite partie de cette énergie peut être récupérée avant sa destruction finale en chaleur, et notre organisme peut en tirer profit. Ainsi, certains photons réfléchis par des objets seront captés par notre oeil, qui en déduira des informations. Mais il faut bien comprendre que, si l'on fait le bilan global, le photon n'aura servi qu'à chauffer notre oeil et notre cerveau, et donc la pièce. La distinction n'a donc rien de physique.

[arrial]

- Le raisonnement boucle donc. A moins de disposer de miroirs parfaits, toute l'énergie est finalement transformée en chaleur. Ce raisonnement s'étend à tout l'espace dans lequel le rayonnement est susceptible de se propager, et la conduction thermique d'évacuer de la chaleur. En supposant un milieu complètement isolé, toute l'énergie est bien transformée en chaleur.

De manière plus générale, la thermodynamique nous enseigne que le destin final de toute forme d'énergie est de se transformer en chaleur. Ainsi, dans une pièce, un radiateur, une ampoule, un ventilateur, une télévision ou une LED ne feront finalement que chauffer la pièce.

Salut,



2ème point : c'est bien ce que je souligne depuis le début : avec de tels arguments, tous les émetteurs d'énergie sont des générateurs thermiques, mêle ceux n'utilisant pas de processus thermique pour émettre.
C'est absurde à mon sens.
Ce n'est pas parce que la nature de l'énergie émise est la même que celle produite par un procédé thermique qu'elle est condamnée à s'appeler "thermique" : l'exception suffit à infirmer la règle.

1er point : ça reprend ce que j'ai dit : si on produit de l'énergie dans une boîte noire, on n'y recueillera in fine que la chaleur.
Mais quand on veut lire dans l'obscurité, on ne met pas la lampe dans une boîte noire.
Et une LED n'utilise aucun procédé thermique pour produire de la chaleur. Le générateur d'énergie thermique dans ce cas limite n'est PAS la LED, mais le dispositif incluant la boîte noire.
Un tambour et une flûte, traversière ou pas, à ce titre, ont un rendement thermique de 100% ‼

J'ai déjà précisé, et je m'y tiens : c'est mon point de vue : une LED n'est pas un générateur thermique. Et partant, la lumière visible dans le cas général, est plus qu'un rayonnement thermique.

Le problème avec certains sur ce site, est que lorsqu'on n'est pas d'accord avec eux, on se fait insulter, et nos arguments sont nuls, ou tirés de sources non agréées ‼ J'en resterai donc là concernant cette discussion.




@+