Lampe à incandescence
La lampe à incandescence est constituée d'un filament métallique enfermé dans une ampoule en verre. Lorsque l'électricité passe dans le filament électrique, il est porté à incandescence. Il est chauffé, alors, il produit de la lumière (voir fonctionnement). L'ampoule est remplie d'un gaz inerte pour que le filament ne se consume pas.
Les lampes à incandescence ont été mises au point à partir de 1879 par Joseph Swan, Thomas Edison (filament de carbone) et Carl Auer von Welsbach (filament de tungstène).
Description détaillée[modifier | modifier le wikicode]
Le schéma suivant montre la coupe transversale d'une ampoule à incandescence :
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Le filament est relié à la base de l'ampoule. Selon la forme de l'ampoule, la base est une vis ou une baïonnette. La base est en contact avec le plot, ce qui permet à l'électricité de passer à travers le filament.
Fonctionnement[modifier | modifier le wikicode]
Dans une lampe à incandescence, le courant électrique qui passe dans un filament chauffe fortement celui-ci. La température élevée du filament produit de la lumière visible par rayonnement thermique.
Le filament, dans une ampoule à incandescence, est fait de tungstène. De toutes les matières, c'est le métal qui peut être chauffé à la plus haute température tout en restant solide. Il fond seulement à partir de 3 422 °C. Il présente une résistance au passage du courant. Cette résistance est plus élevée que celle des fils électriques (plus gros que le filament et souvent en cuivre) qui transportent l'électricité. Lorsque l'électricité passe dans le filament l'énergie électrique se transforme en chaleur.
L'ampoule à l'intérieur de laquelle est le filament ne contient pas d'air. En effet, le présence d'oxygène dans celui-ci entraînerait une oxydation rapide du filament qui serait détruit rapidement. Dans les premières ampoules fabriquées, on faisait le vide. Toutefois, par la suite, dans les ampoules, on a remplacé l'air par un gaz rare, de l'argon ou du krypton.
Bien que le tungstène ne fonde qu'à 3 422 °C, lorsqu'il est fortement chauffé, un peu de ce métal s'évapore légèrement. C'est le cas avec tous les matériaux. Pour limiter cette évaporation, on chauffe le filament beaucoup moins. Ainsi, les lampes à incandescence ont leur filament porté seulement à la température de 2 700 K soit 2 427 °C, mais ce n'est pas au degré près, disons entre 2400 et 2 450 °C. C'est d'ailleurs afin de limiter l'évaporation du tungstène que les ampoules, autrefois sous vide ont ensuite été remplies d'un gaz inerte.
La durée de vie d'une ampoule à incandescence est d'environ 1000 heures. C'est un compromis entre la lumière produite et la longévité espérée. En effet, en dessous d'une température de 4 000 K sinon 5 000 K, le rayonnement thermique est principalement de l'infrarouge et seule une petite partie (environ 10 %) de ce rayonnement est de la lumière visible. Plus on chauffe le filament, plus la proportion de lumière visible augmente, plus la couleur de ce filament qui à 2 700 K est orangée s'approche du blanc, mais plus de filament s'évapore vite. À force de rapetisser, le filament finit par se rompre. L'ampoule devient alors inutilisable : le circuit électrique est ouvert et il n'y a plus de courant dans l'ampoule.
Attention, comme une ampoule à incandescence produit beaucoup de chaleur, pas question de toucher une ampoule électrique en fonctionnement ou qui vient juste d'être éteinte après avoir été allumée au moins plusieurs minutes. En effet, durant le fonctionnement de l'ampoule, l'enveloppe en verre est chauffée et peut atteindre 200 °C. C'est suffisamment chaud pour brûler du papier. Il faut attendre qu'une ampoule refroidisse avant de la toucher!
Lampe halogène[modifier | modifier le wikicode]
La lampe à incandescence halogène est une amélioration de la lampe à incandescence.
Au lieu d'être remplie d'un gaz rare qui n'agira pas avec les vapeurs de tungstène, une deuxième ampoule proche du filament contient un halogène.
Bien que le chlore soir un halogène gazeux à température ambiante, les halogènes choisis sont l'iode qui est solide jusqu'à la température de 113,7 °C et devient gazeux à partir de 184,4 °C et le brome qui est liquide à partir de −7,2 °C et devient gazeux à partir de 58,8 °C.
L'utilisation d'une deuxième ampoule proche du filament pour mettre l'halogène présente l'avantage d'économiser celui-ci (moins de volume à remplir) et de lui permettre de passer à l'état gazeux dès l'allumage de l'ampoule grâce à la chaleur du filament.
Comme dans une lampe à incandescence classique, lorsque le filament de tungstène est chauffé, une toute petite partie s'évapore. Cependant, les vapeurs de tungstène se combinent avec le gaz halogène pour former des molécules. Puis lorsque ces molécules entrent en contact avec le filament, le tungstène de redépose sur celui-ci.
Ainsi, au fur et à mesure que le filament de tungstène s'évapore, il est régénéré par le gaz halogène. Néanmoins, comme le tungstène ne se redépose pas la plupart du temps à l'endroit précis d'où il s'était évaporé, il y a une usure du filament.
L'utilisation de halogènes permet de construire des lampes à incandescence dans lesquelles le filament sera chauffé à une température plus élevée, ce qui produira de la lumière plus blanche. Ainsi, au siècle dernier, alors que les ampoules à incandescence classiques émettaient de la lumière avec une température de couleur de 2 700 K, celle des projecteurs de cinéma ou pour la photographie était de 3 200 K, ce qui reste quand même orangé par rapport à la lumière du jour.
Au contraire, en conservant une température de 2 700 K pour le filament d'un ampoule halogène, on augmente sa durée de vie par rapport à une ampoule classique. Les ampoule halogènes pour l'éclairage des maison qui ont été vendues pendant une dizaine d'années en Europe avaient une durée de fonctionnement annoncée de 2O00 heures.
vikiliens[modifier | modifier le wikicode]
Les inventeurs[modifier | modifier le wikicode]
- Joseph Swan : invente la lampe à incandescence à filament de papier, puis de coton. Brevets dès 1860 ; mise au point et fabrication en 1880 ; lancement en 1881 ;
- Thomas Edison : perfectionne la lampe de Swan (1879) ; fabrique des lampes à filament bambou, puis de carbone, inventées par l'ingénieur Lewis Howard Latimer (wp) en 1882 ;
- Carl Auer von Welsbach: lampe à filament de tungstène (1906).
Sources[modifier | modifier le wikicode]
Vikilien pour compléter[modifier | modifier le wikicode]
- Lampe électronique : un composant électronique utilisé surtout avant 1970.
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