Première STL Enseignement spécifique obligatoire : Sciences

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