La lumière

La lumière est une onde lumineuse constituée de particules : les photons.

Une particule est dite subatomique quand elle est de taille inférieure à celle de l'atome et notamment du noyau. On analyse ces éléments dans la physique des particules.

L'atmosphère, les nuages, le sol ou les océans reçoivent la lumière solaire. Ils renvoient une partie de cette
lumière dans toutes les directions : on dit qu'ils diffusent la lumière.

Comment fonctionne la photosynthèse ?
La lumière est un élément essentiel à la vie. En effet, elle est nécessaire à la photosynthèse, et elle permet aux êtres vivants de refaire des réserves en vitamine D, nécessaire à la vie.

La Lune, les planètes, les comètes et tous les corps du système solaire, sont éclairés par le Soleil. Ils sont visibles car leur
surface diffuse une partie de la lumière solaire.

Les photographes utilisent des écrans diffusant pour obtenir un éclairage sans ombre sur le sujet. Les planètes, les nuages, les écrans diffusant sont des objets lumineux qui ne produisent pas de lumière.
Ils diffusent la lumière qu'ils reçoivent : ce sont des sources
secondaires de lumière.

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Les sources de lumières d'origine naturelles

La majorité de la lumière que nous recevons est celle émise par le Soleil, notre étoile. Il est également la seule source de lumière naturelle qui arrive sur Terre.

Le Soleil

Comment regarder le soleil ?
Le Soleil nous transmets sa chaleur et sa lumière. Ne le regardez jamais à l’œil nu, vous pourriez vous brûler la rétine.

Le Soleil est notre étoile. Il tourne à 28 000 années lumière du centre de notre galaxie, la Voie Lactée, le tout à une vitesse de 225  kilomètres par seconde.

Il représente le plus gros objet de notre système solaire et occupe à lui seul 99 % de la masse du système solaire.

Il se compose de 75 % d'hydrogène et de 25 % d'hélium.

La température en son centre peut atteindre les 14 000 000 K, soit 13 999 726, 85 °C.

On estime sa durée de vie à environ encore 7 milliards d'années.

Le Soleil est le centre de notre système solaire mais il n'est pas du tout au centre de la Voie Lactée. De même que la Terre et les planètes tournent autour du Soleil (elles effectuent des révolutions), l' ensemble du Système Solaire tourne autour du centre de la Voie Lactée.  Le Soleil est une étoile d'un diamètre de 1 392 000 km, soit 108 fois le diamètre de la Terre (12 756 km). Comme toutes les étoiles, le Soleil est une boule de gaz très chauds.

Au cœur du soleil, des milliers d'explosions se produisent en permanence, comme celles des bombes atomiques. Ces explosions dégagent de la chaleur et de la lumière qui remontent à la surface et le font briller. Et cela peut encore durer 5 milliards d'années ! Le Soleil est la seule source primaire de lumière du système solaire.

Les autres astres sont visibles, car ils diffusent la lumière du Soleil : ce sont des sources secondaires. Tant qu'il sera encore chaud, il produira de la lumière. Mais, quand plus aucune explosion ne se produira, il se refroidira lentement.  Privée de la lumière et de la chaleur du Soleil qui est l'étoile la plus proche de nous, la Terre ne serait qu'une planète sans vie. Si le Soleil s'éteignait, nous continuerions encore à le voir pendant 8 minutes puis ce serait le noir complet.

La Lune

La lumière qui nous provient de la Lune est en réalité une lumière du Soleil, renvoyée par la Lune à la surface de la Terre. C'est à cause de ce phénomène que nous ne voyons pas toute la surface de la Lune et qu'elle nous apparaît par "quarts de Lune".

Avec un rayon de 1737 kilomètres, la Lune est le seul satellite naturel de la Terre. Depuis notre point de vue, il s'agit du deuxième point le plus brillant après le Soleil.

Elle effectue le tour de la Terre en 29 jours. Selon qu'elle soit à son apogée ou à son périgée, elle se trouve respectivement à 406 700 km de la Terre ou 356 400 kilomètres de la Terre.

Les lumières d'origine artificielles

Les lampes sont présentes dans notre quotidien et nous sont utiles dans de bien nombreux cas. Elles nous permettent en général de nous éclairer, avec les plafonniers et les lampes torches. Mais elles peuvent aussi servir à nous avertir (feux tricolores ou lumière d'alarme.

Chacune de ces lampes émet de la lumière par le biais de son ampoules. Celles-ci sont au moins aussi nombreuses que les applications de les lampes sur lesquelles elles sont présentes.

Les lampes à halogènes

Afin de palier à la disparition de la matière du filament et ainsi augmenter la durée de vie des lampes, les lampes à incandescence halogène ont vu le jour. Ces lampes ont pour but de recevoir sous le verre de l'ampoule un gaz halogéné à basse pression. On y retrouve par exemple de l'iode ou du brome.

Les lampes à incandescence halogène aident grâce à leur atmosphère permettent la régénération du filament car une fois les vapeur de tungstène sublimées dans le gaz halogéné et rejoignent alors le filament, aidant à sa reconstruction.

On utilise ces lampes à incandescence halogène pour augmenter la durée de vie de la lampe dans l'automobile par exemple ou pour l'éclairage publique.

Ces ampoules permettent aussi une gestion facilitée des déchets car elles ne comportent aucun élément toxique ou dangereux. De plus, elles s'allument instantanément et en demandent pas de temps de chauffe.

Cependant elles sont assez fragiles et supportent mal les chocs et les allumages et arrêts répétés. Pour finir, elles sont un peu plus chères que les ampoules à incandescence classiques.

Les lampes au néon

Comment éclairer une enseigne ?
Les lampes au néon sont communément utilisées dans les enseignes car on peut leur donner différentes formes.

Les lampes au néon sont des lampes à décharge dans lesquelles ont trouve du néon au sein de l'ampoule. On les rencontre afin de représenter les enseignes des magasins.

Inventées en 1910, ces lampes ont tout de suite rencontré un large succès. Cependant, elles ne sont plus très utilisées de nos jours.

Les tubes fluorescents

Les tubes fluorescents font partie des lampes à décharge. En effet, ils s'agit d'un tube de verre dans lequel se trouve du mercure. Celui-ci, une fois ionisé par le passage du courant électrique, émet de la lumière ultraviolette, invisible par l’œil humain. C'est pourquoi les parois du tube en verre sont recouvertes d'une poudre dont les propriétés convertissent la lumière ultraviolette en lumière blanche.

Elles sont utilisées pour le rendement élevé qui, malgré un coût à l'achat supérieur à celui des lampes à incandescence classiques permet une durée de vie bien supérieure.

La lampe fluorescente

La lampe fluorescente est également connue sous le nom de lampe fluo-compacte qui est l'abréviation de lampe fluorescente compacte, est une lampe fluorescente qui a été adaptée pour un usage domestique.

Pour cela, on a réduit la taille du néon qui est maintenant enroulé au dessus d'un culot qui contient un ballast électronique nécessaire à l'allumage.

Elles ont donc exactement le même fonctionnement que les tubes fluorescents habituels.

Cependant, ce type d'ampoules ne fournit toute sa puissance d'éclairage qu'après plusieurs minutes et son spectre n'est pas agréable pour la vision. Il arrive même que les lampes fluo-compactes créent des migraines.

Au niveau de la gestion des déchets, cette lampe est dangereuse puisqu'elle contient du mercure, métal hautement toxique et écotoxique.

On dit d’un objet qu’il est écotoxique lorsqu’il est toxique pour l’environnement, c’est-à-dire polluant

La lampe à diode électroluminescente ou LED

La lampe à diode électroluminescente, abrégée en DEL ou en LED en anglais pour Light-Emitting Diode est un type de lampes dernière génération qui a pour vocation de remplacer toutes les autres lampes existantes. Leur fonctionnement repose sur les diodes électroluminescentes.

Au début, ces lampes étaient utilisées dans les voyants de signalisation car elles ne produisent presque pas de chaleur contrairement aux lampes à incandescence et elles consomment très peu d'énergie, ce qui en faisait des produits de choix pour les voyants de fonctionnement.

Disposant d'une durée de vie très élevée, elles se sont agrandies et maintenant on trouve des LED dans tous les domaines et dans toutes les tailles.

Les lampes à diode électroluminescente ont aussi l'avantage de produire de nombreuses lumières par addition de couleurs. On peut aussi, en fonction du sens de passage du courant, choisir quelle couleur sera émise. Leur durée de vie se compte en dizaine de milliers d'heures. Leur vieillesse se caractérise par une baisse de leur rendement. Il arrive donc plus fréquemment  que les composants électroniques de la LED tombent en panne avant les diodes électroluminescentes en elles-mêmes.

Ce type de lampe montre aussi une grande résistance aux changements d'état allumé ou éteint sans s'user ni s’abîmer contrairement à une ampoule à incandescence habituelle. Pour finir, elles permettent une pleine puissance lumineuse instantanée, ce qui en fait une lampe privilégiée dans le domaine de la signalisation, notamment dans l'automobile.

Il existe cependant quelques inconvénients à l'utilisation des LED. En effet, ces dernières sont sensibles à la chaleur et c'est pourquoi il est important qu'elles soient accompagnées d'un bon dissipateur thermique. Autrement, elles perdent de leur puissance lumineuse au delà de 100 °C. Leur prix reste aussi bien plus élevé que les ampoules à incandescence traditionnelles ainsi que les ampoules halogènes.

Comment faire baisser sa facture d'électricité ?
Les lampes à LED sont les lampes du futur. Grâce à elles, l'éclairage coûte moins cher, chauffe moins et est plus puissant et plus durable.

Les lampes à incandescence

La lampe à incandescence est la lampe la plus répandue. Il s'agit d'une ampoule qui fournit de la lumière lorsqu'un filament, généralement en tungstène devient incandescent.

Cette mise en température a lieu grâce à l'effet Joule.

L’effet Joule est la réaction thermique et le dégagement de chaleur qui provient d’une résistance électrique lorsqu’un courant électrique la traverse. Cette appellation a été donnée en référence au physicien anglais James Prescott Joule qui l’a découvert en 1840

On utilise le tungstène comme composant du filament car il s'agit du métal avec le plus haut point de fusion.

Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique fond, passant ainsi de l’état solide à l’état liquide

A l'intérieur de l'ampoule se trouve un gaz inerte qui a pour but d'aider le filament a brûler instantanément. Le filament qui brûle se vaporise dans l'atmosphère de l'ampoule avant de se refroidir sur le verre. Le filament perd donc de la matière tandis que l'ampoule en verre se ternit. Il arrive cependant un moment où le filament est trop fragile et finit par rompre. L'ampoule est alors fichue et dot-être remplacée.

Exemple d'exercice et méthodologie

Situation-problème d'amorce

En observant la lune, un élève se demande pourquoi elle n'éclaire pas la terre comme le soleil. Aide-le à comprendre.

I – Je découvre une source de lumière

1-   Je définis une source de lumière

Une source de lumière est  un corps qui émet la lumière.

Je donne des exemples : le soleil, la lune, le feu, la lampe électrique ;

2-   J'identifie une source primaire

Une source primaire de lumière est un corps qui produit la lumière qu'il émet.

Je donne des exemples : la lampe électrique, le soleil, le feu

3-   J'identifie une source secondaire

Une source secondaire de lumière est un corps qui émet dans tous les sens une partie de la lumière qu'elle reçoit.

Je donne des exemples : la lune, le miroir

II – Je distingue les sources naturelles des sources artificielles

1-   J'identifie une source naturelle

Une source naturelle de lumière est une source de lumière qui existe d'elle-même (que l'homme n'a pas fabriquée)

Je donne des exemples : le soleil, les étoiles, la lune

2-   J'identifie une source artificielle

Une source artificielle de lumière est une source de lumière fabriquée par l'homme.

Je donne des exemples : écran de TV, la lampe électrique

Je fais une remarque :

il existe :

-          des sources incandescentes (lampe électrique….)

-          des sources luminescentes (néon, écran de TV….)

Je résous mon problème

Je vais vous aider à comprendre les raisons pour lesquelles la lune n'éclaire pas autant  que le soleil.

En effet, le soleil éclaire plus la terre car il est une source primaire de lumière (elle produit sa propre lumière). La lune reçoit une partie de cette lumière et la diffuse sur la terre.

Voilà pourquoi la lune éclaire moins que le soleil.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.