Première STL Enseignement spécifique obligatoire : Sciences
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Première STL Enseignement spécifique obligatoire : Sciences physiques et chimiques en laboratoire MODULE IMAGE Sous-thème : Lumière et énergie ETUDE EXPERIMENTALE DE L'ANISOTROPIE DE SOURCES LUMINUSES ARTFICIELLES Activité expérimentale Travail en binôme Durée : 2H (pour l'ensemble de l'activité) Peut être menée par investigation ou à partir d'un protocole Permet une évaluation diagnostique Problématique de l'activité Quel est l'intérêt du réflecteur sur une source de lumière ? Comment se répartit la lumière dans le faisceau émis par cette source ? Mise en œuvre Matériel : - un cercle gradué tracé sur une feuille A2 : rayon 20 cm - lampe 6V 100mA (ou autre) - un luxmètre (utilisation possible des cellules dédiées en exao ou d'un montage utilisant un autre capteur et construit lors de l'étude des capteurs (photodiode ou phototransistor)) - un réflecteur (construit au laboratoire) : carton + feuille aluminium - une lampe de poche à DEL du commerce, modifiée pour être alimentée par un générateur - une lampe de poche classique à lampe à incandescence modifiée - générateur continu, ampèremètre, voltmètre - papier millimétré ou système d'acquisition avec tableur-grapheur Pré-requis ou recherche documentaire - grandeurs photométriques : éclairement, flux lumineux - fonctionnement et utilisation d'un luxmètre Travail expérimental - Placer au centre du cercle gradué, tour à tour, la lampe à incandescence, sans et avec le réflecteur puis les lampes de poche - Alimenter les lampes sous tension nominale - Relever, pour chaque lampe, la tension et l'intensité du courant - Déplacer la cellule du luxmètre, à hauteur de la lampe, sur le cercle gradué - Relever les éclairements en fonction de l'angle Exploitation des résultats - construire les graphiques éclairement = f(angle) - conclure quant à l'intérêt de la présence d'un réflecteur - analyser la répartition de l'éclairement dans le faisceau émis et observer l'anisotropie des sources - comparer les éclairements obtenus et les puissances électriques consommées - analyser, à partir des résultats ou après recherche documentaire, les modes d'éclairage d'un local comme une salle de classe ou d'une rue à partir de lampadaires Éléments de résultats (à partir des essais) - le cercle gradué utilisé a un rayon de 17,5 cm - le luxmètre utilisé : Luxmètre YF-1065 Max = 560 nm photodiode au silicium marque YFE - la lampe 6V 100mA a une répartition quasiment uniforme de l'éclairement sur 360° avec une légère anisotropie en fonction de l'orientation du filament (très visible si l'expérience est réalisée avec une lampe à incandescence claire 230V) - avec le réflecteur on observe une nette concentration de l'éclairement dans l'axe du réflecteur), augmentation de l'éclairement maximum si le réflecteur est recouvert de papier aluminium - avec les lampes de poches, même observation que précédemment mais avec des éclairements très importants (23500 lux pour la lampe classique, 41000 lux pour la lampe à DEL) - consommations: (pour des éclairements obtenus comparables) : 4,43V 560 mA pour la lampe de poche à lampe à incandescence, 4,43 V 54 mA pour la lampe de poche à DEL Schémas et photos
