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SI - Convertir – Autres types de conversion page 1/9 Classe : 1 STE FONCTION CONVERTIR : AUTRES TYPES DE CONVERSION I. Conversion énergie électrique en énergie lumineuse Cette conversion, appelée aussi éclairage, consiste en une transformation de l’énergie électrique en rayonnement lumineux. Elle se produit : • par incandescence • par fluorescence • par luminescence I.1. Conversion par incandescence I.1.1. Principe Un filament métallique formant résistance électrique est parcouru par un courant électrique. L'énergie électrique est transformée en énergie calorifique ; du fait de la haute température, il y a production d'énergie lumineuse. Pour éviter la détérioration du filament on place celui-ci à l'abri de l'oxygène de l'air dans une ampoule contenant un gaz inerte (Argon, Krypton). I.1.2. Ampoule classique I.1.2.1. Constitution générale a) Filament Après avoir utilisé du carbone qui permettait une température du filament de 1800°C, on a utilisé du tantale (2000°C) puis du tungstène (de 2250 à 2400°C) en double spiralage. b) Arrivées de courant Dans le pied de la lampe, on utilise du cuivre ainsi qu'à l'extérieur de l'ampoule, vers le culot. Dans la traversée du pincement, on utilise un alliage de ferro-nickel cuivré (dumet) dont la propriété est d'avoir le même coefficient de dilatation que le verre. c) Verre et atmosphère Le rôle de l'ampoule est à la fois de contenir l'atmosphère de la lampe, de diminuer la luminescence de la source, d'apporter une forme décorative. d) Culot Il permet d'assurer la liaison électrique avec l'alimentation en énergie et de fixer la lampe dans son support. On distingue les culots à vis, les culots à baïonnette et les culots lisses. I.1.2.2. Désignation d'une lampe Elle doit comprendre : a) La puissance En watts : 15 - 25 - 40 - 60 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 500 - 1000. b) La tension En volts : en général 220 V ; tension particulière : 24 /27 - 115/120 - 135/140 - 240 - 250 V. c) Le type de culot : ils sont normalisés. d) La forme de l'ampoule : éventuellement le revêtement. www.9alami.com SI - Convertir – Autres types de conversion page 2/9 Classe : 1 STE I.1.3. Lampes à iode (halogène) I.1.3.1. Principe La vaporisation du tungstène du filament (due à la forte température) libère des molécules de tungstène (1) qui se combine à des molécules d'iode (2) et forme un iodure de tungstène (dans une zone plus froide de l'ampoule, près de l'enveloppe). Portée à une température supérieure à 2000 °C, cette molécule se décompose en libérant le tungstène qui se redépose sur le filament (3). I.1.3.2. Caractéristiques des lampes aux halogènes • Efficacité lumineuse supérieurs aux lampes à incandescence • Flux lumineux constant dans le temps • Absence de noircissement de la paroi de la lampe • Durée de vie double de l'incandescence normale I.2. Conversion d'énergie par fluorescence I.2.1. Principe de la fluorescence L'éclairage par fluorescence associe la décharge électrique dans un gaz (luminescence) et la production de lumière par la fluorescence Un corps est dit fluorescent lorsque, frappé par certaines radiations, il les absorbe et restitue des radiations de plus grandes longueurs d'onde. I.2.2. Amorçage du tube On provoque une décharge électrique dans un tube contenant de l'argon et une très faible quantité de mercure. Elle entraîne l'ionisation du gaz, qui entraîne à son tour la vaporisation du mercure. C'est la phase d'amorçage du tube. Elle nécessite une tension assez élevée. I.2.3. Production de la lumière Une fois l'ionisation réalisée, une tension plus faible suffit pour entretenir le déplacement des électrons dans le tube, de la cathode vers l'anode. Sur leur parcours, les électrons entrent en collision avec les atomes de mercure. Chaque collision libère des photons, qui donnent des rayons ultraviolets, invisibles. Aussi l'intérieur du tube est-il tapissé de poudres fluorescentes qui, excitées par les rayons ultraviolets, vont émettre la majeure partie de la lumière utile. I.2.4. Constitution d’un tube fluorescent. Culots Etape 1 Etape 2 Etape 3 Atome d’halogène Atome de tungstène SI - Convertir – Autres types de conversion page 3/9 Classe : 1 STE a) Cathodes Elles sont constituées par un fil de tungstène trispiralé et enduites de substances alcalinoterreuses qui favorisent l'émission des électrons. b) Tube. Il contient de l'argon qui s'ionise très rapidement, s'échauffe instantanément et provoque la vaporisation du mercure. Le revêtement du tube est un mélange de sels minéraux fluorescents dont la structure moléculaire est ordonnée et qui se présente sous forme de poudre en cristaux de quelques microns c) Culots. Les culots sont normalisés selon les figures ci-dessous pour I culots les plus courants. d) Alimentation du tube : stabilisation. La décharge électrique alimentée par le courant électrique provoquerait aussitôt amorcée un court-circuit si une résistance ou impédance de stabilisation n'était pas intercalée entre la source du coi rani et le tube, c'est le ballast. e) Starter. Le starter a pour but, en fermant le circuit des filaments, d'assurer le chauffage des cathodes pour les rendre très émissives pendant un court instant. • Constitution • Analyse détaillée du fonctionnement. A. Au repos le starter est ouvert B. On ferme l'interrupteur, la tension secteur se trouve appliquée aux bornes du starter, le néon qui s'ionise à partir de 80 à 120 V devient conducteur. Le stater s'allume. C. Le starter allumé, la chaleur dégagée par cette décharge déforme les électrodes bimétalliques qui viennent en contact. A ce moment la lueur disparaît. D'autre part, le courant s'établit par le starter, les deux électrodes montées en série avec l'inductance s'échauffent et deviennent émissives (circuit en rouge). D. Les électrodes bimétalliques du starter se refroidissent et se séparent brutalement en reprenant leur position initiale. Cette coupure entraîne une surtension aux bornes de l'inductance, permettant l'amorçage de la lampe ; le courant s'établit dans le tube. La tension aux bornes du starter devient alors la tension d'arc de la lampe, de l'ordre de 12.à 20 V qui est insuffisante pour provoquer l'ionisation du néon dans le starter. I.2.5. Désignation d’un tube fluorescent. SI - Convertir – Autres types de conversion page 4/9 Classe : 1 STE Un tube fluorescent est indissociable de son appareillage et il faut bien tenir compte des éléments suivants : • Puissance électrique. Elle est directement liée à la long du tube :18W-0,60m; 36W-1,20m; 58W-1,50m. • Teinte de couleur. Blanc confort, Blanc soleil, etc. • Nature du dispositif d'allumage : Avec starter ou bande d'amorçage extérieure ou inférieure. • Culot : 1 ou 2 broches. • Forme du tube : droit, circulaire, en U, miniature. I.2.6. Lampe fluocompacte Une lampe fluocompacte fonctionne comme un tube fluorescent mais le tube est replié de manière à la rendre plus compacte. I.3. Luminescence I.3.1. Principe Dans un tube comportant un gaz à faible pression, on dispose deux électrodes. En appliquant entre les électrodes une forte différence de potentiel, on constate l'apparition d'une lueur à l'intérieur du tube. C'est le phénomène de luminescence. Décharge luminescente dans un tube. L'ionisation du gaz produit des radiations lumineuses visibles. On est en régime de décharge luminescente. La cathode reste froide. I.3.2. Constitution Ces tubes sont surtout utilisés pour les enseignes lumineuses et la décoration. Coupe d'une extrémité de tube luminescent La couleur varie selon la nature du gaz (tableau ci-contre). Pour que le gaz contenu dans le tube soit lumineux, il faut maintenir entre les électrodes une tension élevée. L'alimentation du tube se fait en courant alternatif haute tension à l'aide d'un transformateur spécial : transformateur à fuite. Gaz Couleur Néon pur Argon pur Vapeur mercure Hélium Rouge Bleuâtre Bleue Blanche SI - Convertir – Autres types de conversion page 5/9 Classe : 1 STE Le courant traversant le tube est faible : de 20 à 100mA. La tension nécessaire varie avec la nature du gaz, la longueur et le diamètre du tube. Elle est comprise entre 500 et 10000V. Exemple : tension de 1250 V pour un tube au néon de 6 m X 25 mm de diamètre. Les électrodes et la colonne gazeuse luminescente restent à température assez basse : d'où le nom de tube à cathode froide. II. Conversion énergie électrique en énergie thermique II.1. Principe Cette conversion, appelée aussi chauffage, consiste en une transformation de l’énergie électrique en chaleur. Elle est facilement sans combustion, sans fumée ; sa régulation en température est souple et précise. Conversion de l'électricité Rappels d'électrotechnique La conversion de l'énergie électrique s'effectue, par effet Joule, dans une résistance traversée par un courant électrique Loi de Joule : II.2. Grandeurs en énergie thermique La correspondance entre l'énergie électrique en joule et l'énergie thermique est donnée par la relation : 1 calorie [cal] = 4,186 joules [J] La calorie représente la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C la température de 1 g d'eau Multiples : Autres unités : II.3. Résistance électrique Avec : - W : énergie [J] - U : Tension [V] - I : Courant [A] - T : Temps de passage du courant [s] - R : résistance [Ω] U I W R t W = U I t = R uploads/Litterature/ fonction-convertir-autres-types-de-conversion-n-l-technique-prof-s-chari.pdf

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