Calcul de la Puissance d’une Ampoule LED
Contexte : L'efficacité énergétique au cœur de l'éclairage moderne.
Les diodes électroluminescentes (LED)Composant semi-conducteur qui émet de la lumière lorsqu'un courant électrique le traverse. C'est une source de lumière très efficace et durable. ont révolutionné le monde de l'éclairage grâce à leur efficacité énergétique exceptionnelle. Contrairement aux ampoules à incandescence qui perdent une grande partie de leur énergie en chaleur, les LED convertissent une plus grande part de l'électricité en lumière visible. Cependant, une LED ne peut pas être branchée directement sur une source de tension comme une pile ou une alimentation ; elle nécessite une résistanceComposant électronique qui s'oppose au passage du courant électrique. Elle est utilisée pour contrôler, limiter ou diviser le courant et la tension dans un circuit. pour limiter le courant qui la traverse et éviter sa destruction. Cet exercice vous guidera à travers les calculs fondamentaux pour alimenter correctement une LED et analyser la consommation d'énergie du circuit, en introduisant la notion clé d'efficacité lumineuseRapport entre le flux lumineux (en lumens) émis par une source de lumière et la puissance électrique (en watts) qu'elle consomme. C'est la mesure de l'efficacité d'une ampoule..
Remarque Pédagogique : Cet exercice est une application directe de la loi d'Ohm et des lois de puissance sur un circuit simple mais très courant. Il met en évidence un aspect crucial de l'ingénierie : le compromis. Nous verrons que pour faire fonctionner la LED, nous devons "gaspiller" une partie de l'énergie dans une résistance. L'objectif est de comprendre et de quantifier cette distribution de puissance.
Objectifs Pédagogiques
- Appliquer la loi des mailles de Kirchhoff pour déterminer la tension aux bornes d'une résistance.
- Utiliser la loi d'Ohm pour calculer le courant dans un circuit série simple.
- Calculer la puissance électrique dissipée par la LED et par la résistance de limitation.
- Déterminer la puissance totale consommée par le montage électrique.
- Calculer et interpréter l'efficacité lumineuse de la LED en lumens par watt (lm/W).
Données de l'étude
Schéma du circuit d'alimentation de la LED
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Tension de la source | \(V_S\) | 9 | \(\text{V}\) |
| Tension de seuil de la LED | \(V_f\) | 2.2 | \(\text{V}\) |
| Résistance de limitation | \(R\) | 340 | \(\Omega\) |
| Flux lumineux émis | \(\Phi_v\) | 5 | \(\text{lm}\) (lumen) |
Questions à traiter
- Calculer la tension \(V_R\) aux bornes de la résistance.
- Calculer le courant \(I\) qui traverse le circuit.
- Calculer la puissance dissipée par la résistance (\(P_R\)) et la puissance consommée par la LED (\(P_{LED}\)).
- Calculer la puissance totale \(P_{tot}\) fournie par la source d'alimentation.
- Déterminer l'efficacité lumineuse (\(\eta\)) de la LED en lumens par watt (lm/W).
Les bases de l'Électricité
Avant de plonger dans la correction, revoyons les lois fondamentales qui régissent ce circuit.
1. Loi des Mailles de Kirchhoff :
Cette loi stipule que la somme algébrique des différences de potentiel (tensions) dans n'importe quelle boucle fermée d'un circuit est nulle. Pour notre circuit série :
\[ V_S - V_R - V_f = 0 \quad \Rightarrow \quad V_S = V_R + V_f \]
La tension de la source se répartit entre la résistance et la LED.
2. Loi d'Ohm :
Elle décrit la relation entre la tension \(V\), le courant \(I\) et la résistance \(R\) pour un composant résistif :
\[ V = I \cdot R \]
On peut l'utiliser pour trouver le courant si on connaît la tension aux bornes d'une résistance, ou vice-versa.
3. Loi de Puissance Électrique :
La puissance \(P\) (en Watts) consommée par un composant est le produit de la tension à ses bornes et du courant qui le traverse :
\[ P = V \cdot I \]
En utilisant la loi d'Ohm, on peut aussi l'écrire pour une résistance : \(P = I^2 \cdot R\) ou \(P = V^2 / R\).
Correction : Calcul de la Puissance d’une Ampoule LED
Question 1 : Calculer la tension \(V_R\) aux bornes de la résistance
Principe (le concept physique)
La loi des mailles de Kirchhoff est une conséquence de la conservation de l'énergie. En parcourant une boucle complète pour revenir au point de départ, le potentiel électrique doit être le même. Cela signifie que la "hausse" de potentiel fournie par la source de tension doit être exactement compensée par les "chutes" de potentiel à travers les composants du circuit (la résistance et la LED).
Mini-Cours (approfondissement théorique)
La tension de seuil (\(V_f\)) d'une diode est une caractéristique intrinsèque de sa jonction p-n. C'est la tension minimale nécessaire pour que le courant commence à la traverser de manière significative. Pour les calculs de circuits simples, on la modélise souvent comme une chute de tension constante, indépendante du courant. Le reste de la tension de la source doit donc obligatoirement se retrouver aux bornes des autres éléments du circuit, ici la résistance.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Visualisez la tension comme une "pression". La source fournit une pression de 9V. La LED, pour s'allumer, "consomme" une pression fixe de 2.2V. La pression restante est donc entièrement appliquée à la résistance, qui se charge de la dissiper.
Normes (la référence réglementaire)
Les fiches techniques (datasheets) des LED, standardisées par des organismes comme le JEDEC, spécifient toujours la tension de seuil typique (\(V_f\)) pour un courant de test donné. Les ingénieurs se basent sur ces documents normatifs pour concevoir des circuits fiables.
Formule(s) (l'outil mathématique)
D'après la loi des mailles de Kirchhoff :
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que la tension de seuil de la LED (\(V_f\)) est constante et ne dépend pas du courant. C'est une approximation courante et valide pour ce type de calcul.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Tension de la source, \(V_S = 9 \, \text{V}\)
- Tension de seuil de la LED, \(V_f = 2.2 \, \text{V}\)
Astuces(Pour aller plus vite)
Ce calcul est une simple soustraction. C'est la première étape indispensable avant de pouvoir calculer le courant. Assurez-vous de toujours la faire en premier dans l'analyse d'un circuit à diode.
Schéma (Avant les calculs)
Répartition des Tensions dans la Maille
Calcul(s) (l'application numérique)
On applique directement la formule.
Schéma (Après les calculs)
Tension Calculée aux Bornes de R
Réflexions (l'interprétation du résultat)
La résistance doit "absorber" une tension de 6.8V pour que la LED ne reçoive que les 2.2V dont elle a besoin pour fonctionner correctement. Cette tension aux bornes de la résistance est directement proportionnelle au courant que nous allons calculer à l'étape suivante.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
L'erreur serait d'ignorer la tension de seuil de la LED et de considérer que toute la tension de la source est appliquée à la résistance. Cela conduirait à un calcul de courant erroné et, dans la pratique, à un courant bien trop élevé qui détruirait la LED.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- Dans un circuit série, les tensions s'additionnent : \(V_S = V_1 + V_2 + ...\).
- Une LED a une chute de tension (\(V_f\)) quasi-constante lorsqu'elle est allumée.
- La tension aux bornes de la résistance est la tension restante : \(V_R = V_S - V_f\).
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
La tension de seuil d'une LED dépend de sa couleur, qui est liée au matériau semi-conducteur utilisé. Les LED rouges ont un \(V_f\) bas (environ 1.8V), tandis que les LED bleues ou blanches ont un \(V_f\) plus élevé (souvent supérieur à 3V).
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Si la source fournissait 12V et que la LED avait un \(V_f\) de 3V, quelle serait la tension \(V_R\) en Volts ?
Question 2 : Calculer le courant \(I\) qui traverse le circuit
Principe (le concept physique)
Maintenant que nous connaissons la tension aux bornes de la résistance, nous pouvons utiliser la loi d'Ohm pour déterminer le courant qui la traverse. Comme le circuit est un circuit série simple, il n'y a qu'un seul chemin pour le courant. Le courant qui traverse la résistance est donc le même que celui qui traverse la LED et qui est fourni par la source.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
La loi d'Ohm (\(I = V/R\)) est fondamentale. Elle montre que le courant est directement proportionnel à la tension et inversement proportionnel à la résistance. La résistance R agit comme un "frein" pour le flux de charges : plus R est grande, plus le débit (courant) sera faible pour une même "pression" (tension).
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
C'est ici que l'on voit le rôle crucial de la résistance. C'est sa valeur qui, combinée à la tension \(V_R\) que nous avons calculée, fixe le courant dans tout le circuit. Choisir la bonne valeur de R est l'étape la plus importante dans la conception de ce type de circuit pour garantir que la LED reçoit le courant pour lequel elle est conçue.
Normes (la référence réglementaire)
Les fiches techniques des LED spécifient toujours un courant de fonctionnement nominal (par exemple 20 mA) et un courant maximal absolu à ne jamais dépasser. Le calcul du courant et le choix de la résistance doivent garantir que l'on reste bien en dessous de cette limite maximale pour assurer la longévité du composant.
Formule(s) (l'outil mathématique)
La loi d'Ohm appliquée à la résistance R :
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que la résistance a une valeur exacte et constante de 340 \(\Omega\) et ne varie pas avec la température (ce qui est une simplification, car en réalité elle chauffe légèrement).
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Tension aux bornes de la résistance, \(V_R = 6.8 \, \text{V}\) (du calcul Q1)
- Résistance, \(R = 340 \, \Omega\)
Astuces(Pour aller plus vite)
Les unités sont déjà dans le Système International (Volts et Ohms), le résultat sera donc directement en Ampères (A). Il sera probablement plus pratique de le convertir en milliampères (mA) pour une meilleure lisibilité, car les courants pour les LED sont typiquement de cet ordre de grandeur (1 A = 1000 mA).
Schéma (Avant les calculs)
Calcul du Courant dans la Résistance
Calcul(s) (l'application numérique)
On applique la loi d'Ohm.
Conversion en milliampères :
Schéma (Après les calculs)
Courant circulant dans le circuit
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Un courant de 20 mA traverse l'ensemble du circuit. C'est une valeur de courant très typique pour les LED indicatrices standard. La résistance de 340 \(\Omega\) a été choisie précisément pour obtenir ce courant à partir d'une source de 9V avec cette LED spécifique.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
L'erreur fatale serait d'utiliser la tension de la source \(V_S\) au lieu de \(V_R\) dans la loi d'Ohm (\(I = V_S / R\)). Cela ignorerait la chute de tension de la LED et donnerait un courant incorrectement élevé (\(9\text{V} / 340\Omega \approx 26.5\text{mA}\)).
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- Le courant est déterminé par la tension aux bornes de la résistance et la valeur de cette résistance.
- Dans un circuit série, le courant est le même en tout point.
- La formule clé est \(I = (V_S - V_f) / R\).
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Pour les applications d'éclairage de haute puissance, on utilise des "drivers de LED" au lieu de simples résistances. Ce sont des circuits électroniques plus complexes qui fournissent un courant constant à la LED, même si la tension d'alimentation ou la température varient. C'est beaucoup plus efficace et précis qu'une simple résistance.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Avec les données initiales, quelle résistance (en \(\Omega\)) faudrait-il pour obtenir un courant de 15 mA ?
Question 3 : Calculer la puissance dissipée (\(P_R\)) et consommée (\(P_{LED}\))
Principe (le concept physique)
La puissance électrique est le taux auquel l'énergie est consommée ou convertie. Dans notre circuit, la résistance convertit l'énergie électrique en chaleur (effet Joule). La LED convertit l'énergie électrique principalement en lumière, mais aussi en une petite quantité de chaleur. Calculer ces deux puissances nous permet de voir comment l'énergie totale fournie par la source est répartie.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
La formule \(P=VI\) est universelle. Pour la résistance, on peut la combiner avec la loi d'Ohm pour obtenir \(P_R = I^2 R\), ce qui montre que la puissance dissipée en chaleur augmente avec le carré du courant. Pour la LED, qui n'est pas un composant ohmique, on doit utiliser la forme \(P_{LED} = V_f \cdot I\), en utilisant sa chute de tension directe \(V_f\).
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
La puissance dissipée par la résistance est de l'énergie "perdue" du point de vue de l'éclairage. Un bon design de circuit LED vise à minimiser cette perte, souvent en utilisant une tension d'alimentation juste un peu plus élevée que la tension de la LED, pour réduire la tension \(V_R\) et donc la puissance \(P_R\).
Normes (la référence réglementaire)
Les résistances sont classées par leur capacité à dissiper la puissance (par exemple, 1/4 W, 1/2 W, 1 W). Un ingénieur doit calculer la puissance \(P_R\) et choisir une résistance avec une puissance nominale supérieure (généralement le double, par sécurité) pour éviter qu'elle ne surchauffe et ne brûle. Cette sélection est une étape de conception critique.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Pour la résistance et la LED :
Hypothèses (le cadre du calcul)
On utilise les valeurs de tension et de courant calculées précédemment, en supposant qu'elles sont stables.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Tension aux bornes de la résistance, \(V_R = 6.8 \, \text{V}\)
- Tension de seuil de la LED, \(V_f = 2.2 \, \text{V}\)
- Courant du circuit, \(I = 0.02 \, \text{A}\)
Astuces(Pour aller plus vite)
Utilisez les unités de base (Volts, Ampères) pour obtenir directement des Watts. Les résultats seront de petits nombres, il peut être utile de les convertir en milliwatts (mW) pour la comparaison (1 W = 1000 mW).
Schéma (Avant les calculs)
Dissipation de Puissance
Calcul(s) (l'application numérique)
1. Puissance de la résistance :
2. Puissance de la LED :
Schéma (Après les calculs)
Puissances Consommées
Réflexions (l'interprétation du résultat)
La résistance dissipe 136 mW en chaleur, tandis que la LED consomme 44 mW pour produire de la lumière (et un peu de chaleur). On constate que plus de trois fois plus d'énergie est "perdue" en chaleur dans la résistance que celle utilisée par la LED elle-même. C'est le principal inconvénient de cette méthode simple de limitation de courant.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
Assurez-vous d'utiliser la bonne tension pour chaque calcul de puissance : \(V_R\) pour \(P_R\) et \(V_f\) pour \(P_{LED}\). Ne mélangez pas les tensions, et n'utilisez pas la tension de la source \(V_S\) pour calculer la puissance d'un seul composant.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- La puissance est l'énergie par unité de temps, mesurée en Watts.
- \(P = V \cdot I\) est la formule générale.
- La résistance dissipe de la puissance en chaleur, ce qui représente une perte dans un circuit d'éclairage.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Le fait que la résistance chauffe est utilisé dans de nombreuses applications : grille-pain, fusibles, radiateurs électriques. Dans ces cas, l'effet Joule n'est pas une perte mais l'effet désiré. En électronique, c'est presque toujours une perte indésirable qu'on cherche à minimiser.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Avec les données initiales, si la résistance était de 100 \(\Omega\), quelle serait la puissance (en mW) dissipée par la résistance ?
Question 4 : Calculer la puissance totale \(P_{tot}\) fournie par la source
Principe (le concept physique)
La conservation de l'énergie s'applique aussi à la puissance. La puissance totale fournie par la source d'alimentation doit être égale à la somme des puissances consommées par tous les composants du circuit. Nous pouvons donc calculer la puissance totale de deux manières : en additionnant les puissances individuelles que nous venons de calculer, ou en utilisant la tension totale de la source et le courant total du circuit.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Le calcul \(P_{tot} = V_S \cdot I\) représente la puissance brute sortant de la source. Le calcul \(P_{tot} = P_R + P_{LED}\) représente la somme des puissances dissipées. Le fait que ces deux calculs doivent donner le même résultat est une manifestation du premier principe de la thermodynamique (conservation de l'énergie) appliqué aux circuits électriques.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
C'est une excellente occasion de vérifier vos calculs précédents. Si \(P_R + P_{LED}\) n'est pas égal (ou très proche, à cause des arrondis) de \(V_S \cdot I\), cela signifie qu'il y a une erreur quelque part dans les étapes précédentes. Utilisez toujours cette redondance comme un outil d'auto-vérification.
Normes (la référence réglementaire)
Les alimentations électriques sont régies par des normes d'efficacité énergétique (comme le programme "80 Plus" pour les alimentations d'ordinateurs). Ces normes exigent qu'un certain pourcentage de la puissance tirée du secteur soit effectivement délivrée au circuit, minimisant les pertes internes à l'alimentation elle-même. Notre calcul ne concerne que la puissance délivrée, pas celle consommée par la source.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Deux méthodes de calcul :
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que la source de tension est idéale, c'est-à-dire qu'elle n'a pas de résistance interne et peut fournir le courant demandé sans que sa tension ne chute.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Tension de la source, \(V_S = 9 \, \text{V}\)
- Courant du circuit, \(I = 0.02 \, \text{A}\)
- Puissance de la résistance, \(P_R = 0.136 \, \text{W}\)
- Puissance de la LED, \(P_{LED} = 0.044 \, \text{W}\)
Astuces(Pour aller plus vite)
L'addition est la plus simple si vous avez déjà calculé les puissances individuelles. \(136 + 44 = 180\). Le calcul direct est aussi rapide : \(9 \times 0.02 = 0.18\). Les deux confirment le résultat de 180 mW.
Schéma (Avant les calculs)
Bilan de Puissance du Circuit
Calcul(s) (l'application numérique)
Méthode 1 : Utilisation de la tension et du courant totaux.
Méthode 2 : Somme des puissances individuelles.
Schéma (Après les calculs)
Équilibre des Puissances
Réflexions (l'interprétation du résultat)
La source fournit 180 mW au circuit. Cette puissance est entièrement consommée par les deux composants. Le fait que les deux méthodes de calcul donnent le même résultat confirme la validité de nos calculs précédents et illustre parfaitement le principe de conservation de l'énergie.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
Une erreur serait de mal additionner les puissances ou de se tromper dans le calcul de la puissance totale. Par exemple, multiplier la tension de la source par le courant et oublier une des puissances dissipées dans la somme de vérification.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- La puissance totale fournie est égale à la puissance totale consommée.
- \(P_{tot} = V_S \cdot I_{tot}\).
- On peut toujours vérifier en faisant la somme des puissances de chaque composant.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Dans les appareils sur batterie, la gestion de la puissance est critique. Chaque milliwatt compte. Les ingénieurs passent énormément de temps à optimiser les circuits pour minimiser les pertes (comme notre \(P_R\)) et mettre les composants en veille dès que possible, afin de maximiser l'autonomie de la batterie.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Avec les données initiales, si la source fournissait 5V au lieu de 9V, quelle serait la puissance totale (en mW) ?
Question 5 : Déterminer l'efficacité lumineuse (\(\eta\)) de la LED
Principe (le concept physique)
L'efficacité lumineuse est la mesure la plus importante pour une source de lumière. Elle nous dit quelle quantité de lumière (flux lumineux, en lumens) on obtient pour chaque unité de puissance électrique (en watts) que l'on consomme. C'est le véritable indicateur de performance d'une ampoule. Une efficacité élevée signifie plus de lumière pour moins d'électricité.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Il ne faut pas confondre la puissance électrique (\(P_{LED}\) en Watts), qui mesure l'énergie électrique consommée par la LED, et le flux lumineux (\(\Phi_v\) en lumens), qui mesure la quantité de lumière perçue par l'œil humain. Deux LED peuvent consommer la même puissance électrique, mais celle avec la meilleure technologie (meilleur semi-conducteur, meilleure optique) produira plus de lumens et aura donc une meilleure efficacité.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Quand vous achetez une ampoule, ne regardez pas seulement les Watts ! Regardez surtout les lumens (pour la quantité de lumière) et les lumens par watt (pour l'efficacité). Une ampoule LED de 800 lumens consommera environ 9W, alors qu'une ampoule à incandescence de 800 lumens en consommait 60W. L'efficacité de la LED est bien supérieure.
Normes (la référence réglementaire)
La mesure du flux lumineux et le calcul de l'efficacité sont des procédures complexes standardisées par des organismes comme la Commission Internationale de l'Éclairage (CIE). Des tests comme la mesure en sphère d'intégration (sphère d'Ulbricht) sont nécessaires pour capturer toute la lumière émise par la source et la mesurer précisément.
Formule(s) (l'outil mathématique)
La formule de l'efficacité (ou efficience) lumineuse \(\eta\) :
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que le flux lumineux de 5 lumens est bien celui produit lorsque la LED est traversée par le courant de 20 mA que nous avons calculé.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Flux lumineux, \(\Phi_v = 5 \, \text{lm}\)
- Puissance consommée par la LED, \(P_{LED} = 0.044 \, \text{W}\) (du calcul Q3)
Astuces(Pour aller plus vite)
Assurez-vous que la puissance est en Watts (W) et non en milliwatts (mW) avant de faire la division, pour obtenir le résultat dans l'unité standard de lm/W.
Schéma (Avant les calculs)
Rapport Lumière / Énergie
Calcul(s) (l'application numérique)
On applique directement la définition.
Schéma (Après les calculs)
Comparaison d'Efficacité Lumineuse
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Une efficacité de 114 lm/W est très bonne. Elle est largement supérieure à celle d'une ampoule à incandescence (environ 15 lm/W) et d'une ampoule fluocompacte (environ 60 lm/W). Cela confirme pourquoi la technologie LED est si dominante aujourd'hui pour l'éclairage économe en énergie.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
L'erreur serait de diviser le flux lumineux par la puissance totale du circuit (\(P_{tot}\)) au lieu de la puissance de la LED seule (\(P_{LED}\)). L'efficacité lumineuse est une caractéristique de la source de lumière elle-même, pas du circuit qui l'alimente. Si on incluait la puissance perdue dans la résistance, on obtiendrait une "efficacité du système" bien plus faible (\(5\text{lm} / 0.180\text{W} \approx 28\text{lm/W}\)).
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- L'efficacité lumineuse mesure la lumière produite par watt consommé.
- Unité : lumen par watt (lm/W).
- \(\eta = \Phi_v / P_{LED}\) (on utilise la puissance de la LED seule).
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
L'invention de la LED bleue à haute efficacité dans les années 1990 par Isamu Akasaki, Hiroshi Amano et Shuji Nakamura a été récompensée par le prix Nobel de physique en 2014. C'est cette invention qui a rendu possible la création de lumière blanche par LED (en combinant une LED bleue avec un luminophore jaune) et a ainsi ouvert la voie à la révolution de l'éclairage.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Si une autre LED consommait la même puissance (44 mW) mais produisait 7 lumens, quelle serait son efficacité (en lm/W) ?
Outil Interactif : Paramètres du Circuit
Modifiez les paramètres du circuit pour voir leur influence sur la puissance et l'efficacité.
Paramètres d'Entrée
Résultats Clés
Le Saviez-Vous ?
La toute première LED émettant de la lumière visible (rouge) a été inventée par Nick Holonyak Jr. en 1962 alors qu'il travaillait pour General Electric. Ses collègues l'ont surnommé le "père de la diode électroluminescente". Au début, les LED étaient extrêmement chères et n'étaient utilisées que comme indicateurs dans des équipements de laboratoire de pointe.
Foire Aux Questions (FAQ)
Pourquoi ne peut-on pas brancher une LED directement sur une pile ?
Une LED est une diode, pas une résistance. Une fois que la tension à ses bornes dépasse son seuil \(V_f\), sa "résistance" interne devient quasi nulle. Si on la branche directement à une pile de 9V, un courant extrêmement élevé va la traverser (limité uniquement par la résistance interne de la pile), la détruisant instantanément par surchauffe. La résistance série est absolument obligatoire pour fixer un courant de fonctionnement sûr.
Qu'est-ce que le "lumen" ?
Le lumen est l'unité de mesure du flux lumineux. Il quantifie la quantité totale de lumière visible émise par une source, en tenant compte de la sensibilité de l'œil humain aux différentes couleurs. L'œil est plus sensible au vert/jaune qu'au bleu ou au rouge, donc une source émettant dans le vert aura plus de lumens qu'une source bleue de même puissance radiométrique.
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Si on augmente la valeur de la résistance de limitation dans le circuit, le courant va...
2. Dans un circuit LED avec résistance, la majorité de l'énergie est convertie en...
- Diode Électroluminescente (LED)
- Composant semi-conducteur qui émet de la lumière lorsqu'un courant électrique le traverse dans le sens direct. Elle possède une chute de tension de seuil (\(V_f\)).
- Résistance (R)
- Composant passif qui s'oppose au passage du courant. Sa caractéristique principale est sa valeur en Ohms (\(\Omega\)). Elle suit la loi d'Ohm (\(V=IR\)).
- Efficacité Lumineuse (\(\eta\))
- Rapport entre le flux lumineux produit (en lumens) et la puissance électrique consommée (en watts). C'est la mesure de la performance d'une source lumineuse.
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