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Thierry CHAUVET Terminale S - Spécifique - Page 1/3 Sciences Physiques au Lycée

Thierry CHAUVET Terminale S - Spécifique - Page 1/3 Sciences Physiques au Lycée Travail Expérimental Ondes et particules Observer Etude d'un capteur de lumière La photorésistance Les dispositifs de détection de rayonnement comportent une surface émettrice qui collecte le rayonnement des particules ou électromagnétique et le concentre en direction d’un détecteur qui transforme l’information reçue en une grandeur physique mesurable. A chaque type de détecteur de rayonnement électromagnétique est associée une sensibilité spectrale qui identifie le domaine du spectre électromagnétique sur lequel il sera particulièrement adapté. 1- Objectifs Une photorésistance de type LDR (Light Dependant Resistance) est un capteur de lumière dont la résistance varie en fonction de l'éclairement. Le but est d'étudier l’influence de l’éclairement sur ce capteur optoélectronique. 2- Description et principe de fonctionnement d'une photorésistance Un cristal de semi-conducteur à température basse contient peu d'électrons libres. La conductivité du cristal est très faible, proche de celle d'un isolant. Lorsque la température du cristal augmente de plus en plus d'électrons qui étaient immobilisés dans les liaisons covalentes s'échappent et peuvent participer à la conduction. A température constante si le même cristal semi-conducteur est soumis à une radiation lumineuse, l'énergie apportée par les photons peut suffire à libérer certains électrons utilisés dans les liaisons covalentes entre atomes du cristal. Plus le flux lumineux sera intense, plus le nombre d'électrons disponibles pour assurer la conduction sera grand, ainsi la résistance de la photorésistance est inversement proportionnelle à la lumière reçue. 3- Variation de la résistance d'une photorésistance en fonction de l'éclairement qu'elle reçoit Dans l’obscurité, la valeur de la résistance d’obscurité Robs d’une photorésistance dépend de sa géométrie, de la nature du matériau employé et de la température d’utilisation. Lorsqu’elle est éclairée, la résistance R de la photorésistance diminue rapidement quand son éclairement (intensité lumineuse) E croit (figure 3) suivant la relation R=K.E- où K est une constante dépendant du matériau, de la température, de la nature spectrale du rayonnement reçu ainsi que de la surface sensible de la photorésistance et où  est une valeur numérique comprise entre 0,5 et 1. Thierry CHAUVET Terminale S - Spécifique - Page 2/3 Sciences Physiques au Lycée 4- Le flux lumineux et l'éclairement L’éclairement E en Lux (lx) en un point est inversement proportionnel au carré de la distance d(m) de la source de lumière. E = I d2 où I est l'intensité lumineuse qui s'exprime en Candela (cd). Thierry CHAUVET Terminale S - Spécifique - Page 3/3 Sciences Physiques au Lycée 5- Questions et exploitation des documents Information La relation entre la résistance R d'un conducteur, sa surface S, sa longueur L et la résistivité  du matériau est: R=.L/S. Questions 1. Quels sont les paramètres ayant une influence sur la valeur de la résistance d'un semi- conducteur? 2. Quel paramètre doit sans doute être sensible à l'intensité lumineuse? 3. Comment évolue la valeur de la résistance de la photorésistance en fonction du flux lumineux? 4. Une photorésistance est-elle sensible de la même façon à toutes les radiations lumineuses? 5. Expliquer l'utilisation de photorésistances comme détecteur de lumière. 6. Expliquer l'interaction rayonnement matière pour une photorésistance. 6- Etude expérimentale de la variation de la résistance R d'une photorésistance en fonction de l'éclairement 1. Estimer l’ordre de grandeur la résistance de la photorésistance en position verticale éclairée par la lumière ambiante de la salle. 2. Masquer le capteur et noter la nouvelle valeur de sa résistance. 3. Comparer les valeurs de la résistance dans l’obscurité, avec la lumière ambiante de la salle est avec la lumière émise par la diode laser. 4. Comment évolue la valeur de la résistance R de la photorésistance en fonction de l’éclairement? 5. Placer la photorésistance sur le banc optique à la distance d=10cm de la lampe. Mesurer à l’aide de l’ohmmètre la valeur de la résistance de la photorésistance. 6. Schématiser cette expérience. 7. Relever la valeur de la résistance R de la photorésistance en la déplaçant par pas de 10cm jusqu'à environ une distance d de 1,50m par exemple. 8. Tracer le graphe de la valeur de la résistance R en fonction de la distance d. Quel type de courbe obtient-on? La modéliser. 9. Tracer le graphe de la valeur de la résistance R en fonction de 1/d2, inverse du carré de la distance d. Quel type de courbe obtient-on? La modéliser. 10. Imprimer ces courbes. 11. En s'aidant des documents conclure quant à la possibilité d'utiliser cette photorésistance en tant que luxmètre. 12. Identifier les différentes sources d’erreur qui influent sur la précision des mesures réalisées. 7- Autre utilisation de la photorésistance 1. Comment pourrait-on utiliser cette photorésistance afin de mesurer une vitesse ou une période en physique? 2. Monter collectivement cette expérience et réaliser des mesures. uploads/Sante/ tp-etude-d-un-capteur-de-lumiere-la-photoresistance.pdf