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Sources de lumière
On distingue deux types de lampes :
• les lampes classiques,
• les lampes halogènes.
Dans le cas des lampes classiques, la température du filament est de 2 900 K. L’atmosphère dans laquelle baigne le filament est neutre (par exemple du krypton). D’après
la relation (12.1), le maximum d’émission est dans l’infrarouge. Beaucoup d’énergie
est perdue sous forme de chaleur (rayonnée dans l’infrarouge) et la lumière apparaît
plutôt jaune. Le rendement d’une telle lampe est donc faible.
Pour translater le maximum d’émission de l’infrarouge au visible et le rapprocher du
maximum d’émission solaire (0,56 mm), il faut, d’après la loi de Wien (12.1), augmenter la température du filament. Mais dans ce cas, le tungstène se sublime (passage
de l’état solide à l’état gazeux), de nombreux atomes de tungstène sont perdus par le
filament et ont tendance à se déposer sur la paroi de l’ampoule et le filament finit par
casser rapidement.
Aussi, dans le cas des lampes halogènes, l’atmosphère dans laquelle baigne le filament
n’est pas inerte (en général de l’iode). Le tungstène vaporisé se combine alors avec
l’iode puis se redépose sur le filament et le régénère. La température pouvant être
atteinte par l’ampoule est supérieure à la précédente, l’enveloppe en verre doit alors
être remplacée par du quartz (plus résistant à la chaleur) : on parle d’ampoule quartziode.
2.3 Lampes spectrales (tube à décharge)
Les électrons d’un atome ne peuvent se trouver dans un état d’énergie quelconque.
Les niveaux d’énergie sont quantifiés (Cf. figure 12.9).
hn
DE
E 1
E 0
Excitation
Désexcitation
Figure 12.9 Principe de l’émission
spontanée.
À l’équilibre, les électrons se trouvent
dans une configuration telle que l’énergie de l’atome est minimale, appelée état fondamental. Si on communique
de l’énergie à un gaz, par exemple
sous forme électrique dans un tube à
décharge, les atomes du gaz passent à
un état d’énergie supérieure, appelé état
excité. Cet état n’est cependant pas stable,
et l’atome revient spontanément à l’état fondamental en rendant l’énergie excédentaire sous forme de lumière (émission d’un photon). C’est ce qu’on appelle l’émission
spontanée. Si on utilise les notations suivantes :
• E 0 : énergie du niveau fondamental,
• E 1 : énergie du niveau excité,
• h : constante de Planck (h = 6,62610 −34 J.s),
283
Sources de lumière
On distingue deux types de lampes :
• les lampes classiques,
• les lampes halogènes.
Dans le cas des lampes classiques, la température du filament est de 2 900 K. L’atmosphère dans laquelle baigne le filament est neutre (par exemple du krypton). D’après
la relation (12.1), le maximum d’émission est dans l’infrarouge. Beaucoup d’énergie
est perdue sous forme de chaleur (rayonnée dans l’infrarouge) et la lumière apparaît
plutôt jaune. Le rendement d’une telle lampe est donc faible.
Pour translater le maximum d’émission de l’infrarouge au visible et le rapprocher du
maximum d’émission solaire (0,56 mm), il faut, d’après la loi de Wien (12.1), augmenter la température du filament. Mais dans ce cas, le tungstène se sublime (passage
de l’état solide à l’état gazeux), de nombreux atomes de tungstène sont perdus par le
filament et ont tendance à se déposer sur la paroi de l’ampoule et le filament finit par
casser rapidement.
Aussi, dans le cas des lampes halogènes, l’atmosphère dans laquelle baigne le filament
n’est pas inerte (en général de l’iode). Le tungstène vaporisé se combine alors avec
l’iode puis se redépose sur le filament et le régénère. La température pouvant être
atteinte par l’ampoule est supérieure à la précédente, l’enveloppe en verre doit alors
être remplacée par du quartz (plus résistant à la chaleur) : on parle d’ampoule quartziode.
2.3 Lampes spectrales (tube à décharge)
Les électrons d’un atome ne peuvent se trouver dans un état d’énergie quelconque.
Les niveaux d’énergie sont quantifiés (Cf. figure 12.9).
hn
DE
E 1
E 0
Excitation
Désexcitation
Figure 12.9 Principe de l’émission
spontanée.
À l’équilibre, les électrons se trouvent
dans une configuration telle que l’énergie de l’atome est minimale, appelée état fondamental. Si on communique
de l’énergie à un gaz, par exemple
sous forme électrique dans un tube à
décharge, les atomes du gaz passent à
un état d’énergie supérieure, appelé état
excité. Cet état n’est cependant pas stable,
et l’atome revient spontanément à l’état fondamental en rendant l’énergie excédentaire sous forme de lumière (émission d’un photon). C’est ce qu’on appelle l’émission
spontanée. Si on utilise les notations suivantes :
• E 0 : énergie du niveau fondamental,
• E 1 : énergie du niveau excité,
• h : constante de Planck (h = 6,62610 −34 J.s),
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