calcul de l'énergie lumineuse

[Invité]

Salut,
avec mon ami, on a choisit pour expérience de tpe de calculer le rendement d'un panneau solaire photovoltaïque.On a fait les expériences que l'on souhaitait faire on a relevé pleins de valeurs mais le petit problème c'est qu'on n'est pas sûr de nos calcul et des termes employés. Donc pour que vous puissiez m'aider je vais vous expliquer nos expériences:

1ère: on a pris un spot que l'on a accroché à 20cm au dessus d'un calorimètre ( calorimètre remplit d'eau jusqu'à ras bord)on a pris la température de l'eau au début et on a laissé allumer le spot pendant 15 minutes et on a reprit la température à la fin. donc on n'arrive pas à savoir s'il s'agit d'une énergie ou d'une puissance?le but de l'expérience est de trouver l'énergie lumineuse émise par le spot

2ème: c'est la même expérience que la première sauf que l'on a pris du papier aluminium que l'on a mit sur le calorimètre de façon a ce que la lumière n'influe pas le résultat. notre idée ( peut-être fausse) était la suivante:
lors de l'expérience1 on pourrait dire qu'il s'agit d'une énergie composée d'énergie lumineuse et thermique car la température varie grâce à la chaleur et aux rayonnement du spot et la 2ème expérience ce n'est que l'énergie thermique car les rayons lumineux sont stoppés par le papier aluminium et ne font donc pas varié la température de l'eau.
donc pour résumer:
d'après nous 1ère expérience: on parlerait d'une énergie composée d'une énergie lumineuse et d'une énergie thermique et pour la 2ème on parlerait que d'une énergie thermique
et en faisant une soustraction de l'expérience1- l'expérience 2 on obtiendrait l'énergie lumineuse

donc on aimerait connaître les calculs à faire ( on a relevé toutes les données qui sont utiles) ainsi que le vocabulaire à employer est ce que l'on parle d'énergie ou bien de puissance ou d'autre chose?
merci d'avance pour vos réponses

[SoS(8)]

Salut,
avec mon ami, on a choisit pour expérience de tpe de calculer le rendement d'un panneau solaire photovoltaïque.On a fait les expériences que l'on souhaitait faire on a relevé pleins de valeurs mais le petit problème c'est qu'on n'est pas sûr de nos calcul et des termes employés. Donc pour que vous puissiez m'aider je vais vous expliquer nos expériences:

1ère: on a pris un spot que l'on a accroché à 20cm au dessus d'un calorimètre ( calorimètre remplit d'eau jusqu'à ras bord)on a pris la température de l'eau au début et on a laissé allumer le spot pendant 15 minutes et on a reprit la température à la fin. donc on n'arrive pas à savoir s'il s'agit d'une énergie ou d'une puissance?le but de l'expérience est de trouver l'énergie lumineuse émise par le spot

2ème: c'est la même expérience que la première sauf que l'on a pris du papier aluminium que l'on a mit sur le calorimètre de façon a ce que la lumière n'influe pas le résultat. notre idée ( peut-être fausse) était la suivante:
lors de l'expérience1 on pourrait dire qu'il s'agit d'une énergie composée d'énergie lumineuse et thermique car la température varie grâce à la chaleur et aux rayonnement du spot et la 2ème expérience ce n'est que l'énergie thermique car les rayons lumineux sont stoppés par le papier aluminium et ne font donc pas varié la température de l'eau.
donc pour résumer:
d'après nous 1ère expérience: on parlerait d'une énergie composée d'une énergie lumineuse et d'une énergie thermique et pour la 2ème on parlerait que d'une énergie thermique
et en faisant une soustraction de l'expérience1- l'expérience 2 on obtiendrait l'énergie lumineuse

donc on aimerait connaître les calculs à faire ( on a relevé toutes les données qui sont utiles) ainsi que le vocabulaire à employer est ce que l'on parle d'énergie ou bien de puissance ou d'autre chose?
merci d'avance pour vos réponses

Bonjour,

Le rendement d'un panneau solaire est calculé en faisant le rapport de l'énergie électrique fournie par le panneau par l'énergie lumineuse reçue.
Il faut vous renseigner sur le principe de transformation de cette énergie lumineuse en électrique, nous ne pouvons en parler ici car ce n'est pas le but de ce forum d'une part et cela nous mènerait trop loin (théorie des semi-conducteurs).
Le problème est que le principe de "chauffe" d'une quantité d'eau dans un calorimètre ne fait pas intervenir les mêmes grandeurs que l'éclairement d'une cellule photovoltaïque.

Quelques pistes:
Lorsqu'on illumine un calorimètre avec un spot, la quantité de chaleur reçue par l'eau est Q=m.c.\(\Delta\)T ou m est la masse de l'eau, c sa chaleur massique et \(\Delta\)T l'écart de température enregistré.
Ne confondez pas chaleur donc énergie (en Joules) avec température (en °C ou K) !
A l'aide de ce principe vous pourrez effectivement déterminer l'énergie captée par l'eau de votre calorimètre.

Autre chose : Le "rayonnement lumineux" envoyé par le spot est constitué de radiations lumineuses visibles (400 à 800 nm) mais également de rayonnement infra rouge (IR) et peut-être même d'UV (dépend de la lampe utilisée). Ce sont les IR qui sont le plus souvent responsables de l'augmentation de la température. (vous avez un bon exemple de ce rayonnement lorsque vous placez votre main à proximité de la selle d'un fer à repasser électrique : vous "sentez" la chaleur mais ne la voyez pas).
Ainsi le fait de mettre un papier d'alu devant le rayonnement arrête non seulement le rayonnement visible mais aussi les IR : vous chauffez donc le papier alu au lieu de l'eau...

Pour nous résumer, votre idée de chauffer de l'eau par le rayonnement émis est bonne en ce qui concerne la possibilité de pouvoir mesurer l'énergie captée dans ce cas par l'eau mais on ne peut, à mon avis, la relier au calcul du rendement d'une cellule photovoltaïque car dans le premier cas, il s'agit d'une transformation énergie lumineuse - chaleur et dans le deuxième énergie lumineuse - énergie électrique.

Néanmoins, si vous disposez de cellules photovoltaïques, vous pourriez penser à chauffer de l'eau avec l'énergie électrique produite par la cellule...

Vous disposez donc peut-être d'une piste...

Bon courage pour la suite.

[SoS(8)]

ATTENTION à bien lire la rubrique "A lire avant toute utilisation". Vos interlocuteurs sont des professeurs, pas des copains ! L'utilisation de ce forum nécessite donc une certaine éthique expliquée dans cette rubrique...

[Invité]

pouvez vous me dire si dans mes expériences il s'agit d'une énergie/Puissance ou intensité lumineuse et pouvez vous me donner la valeur de c dans l'expression Q=m*c*delta t je pense que c'est 4.18 mais je n'en suis pas sûr et je ne connais pas l'unité. merci d'avance.
rémi

[SoS(8)]

pouvez vous me dire si dans mes expériences il s'agit d'une énergie/Puissance ou intensité lumineuse et pouvez vous me donner la valeur de c dans l'expression Q=m*c*delta t je pense que c'est 4.18 mais je n'en suis pas sûr et je ne connais pas l'unité. merci d'avance.
rémi

Bonjour,

Une énergie est exprimée en Joules, le facteur temps y intervient alors qu'une puissance ne dépend plus du temps, la relation liant les deux grandeurs est : W = P.t (W est l'énergie en J, P la puissance en W (Watts) et t le temps en s). Dans votre expérience, vous pouvez mesurer l'énergie emmagasinée sous forme de chaleur par l'eau soit Q en joules, sachant que la valeur de la chaleur massique de l'eau est Ce=4185 J.kg-1.K-1(4,185 J.g-1.K-1). Si par exemple vous avez relié une résistance chauffante à la sortie de la cellule photovoltaïque, vous pouvez mesurer la chaleur (donc l'énergie) dissipée par cette résistance (qui a servi à chauffer l'eau) et en déduire ainsi l'énergie électrique passant dans cette résistance et délivrée par la cellule. Vous pouvez également mesurer l'énergie lumineuse (rechercher comment mesurer l'intensité (énergie) lumineuse délivrée par le spot et en déduire le rendement de la cellule en faisant le rapport de ces deux énergies...

[Invité]

Merci pour vos réponses mais j'ai bien chercher mais je ne trouve toujours pas le calcul permettant de calculer l'intensité ( énergie) lumineuse du spot? je vous serai fort reconnaissant parce qu'en réalité c'est , à mon avis, ce qui est le plus important pour le résultat final de nos recherches. Merci d'avance.

[SoS(8)]

Merci pour vos réponses mais j'ai bien chercher mais je ne trouve toujours pas le calcul permettant de calculer l'intensité ( énergie) lumineuse du spot? je vous serai fort reconnaissant parce qu'en réalité c'est , à mon avis, ce qui est le plus important pour le résultat final de nos recherches. Merci d'avance.

Votre problème est, à mon avis, complexe, car il n'est justement pas facile de mesurer l'énergie lumineuse d'une lampe... on peut mesurer le flux lumineux en lumen à condition de disposer d'un appareil de mesure de ce flux. Je vous propose de vous rendre sur la page ci-dessous qui vous donne beaucoup de définitions de grandeurs en optique.

http://www.erco.com/en_index.htm?http:/ ... ntro_1.htm

Je ne pourrais pas vous aider plus.
Bon courage pour la suite...

[Invité]

Si le transfert s'effectue par chaleur et rayonnement Q, alors DE=Q.
qu'est ce que sa veut dire? puis-je m'en servir dans mon expérience?Merci d'avance.

[SoS(8)]

Si le transfert s'effectue par chaleur et rayonnement Q, alors DE=Q.
qu'est ce que sa veut dire? puis-je m'en servir dans mon expérience?Merci d'avance.

\(\Delta\)E = Q signifie que la chaleur (donc l'énergie) captée par l'eau de calorimètre est égale à l'énergie lumineuse fournie par la lampe.
Il ne faut néanmoins pas oublier que la lampe émet un rayonnement dans toutes les directions de l'espace. Ainsi pour déterminer l'énergie frappant une surface (cela pourrait correspondre à la surface de l'eau du calorimètre) il faut faire théoriquement intervenir l'angle solide (voir le lien que je vous ai envoyé précédemment) mais cela dépasse le cadre d'un TPE. Vous pourriez peut-être faire l'approximation suivante : le flux lumineux est donné (grossièrement) par la puissance électrique de la lampe (qui est une donnée). On peut en déduire l'éclairement qui est donné par : flux lumineux divisé par la surface de l'eau ( en W/m²). L'énergie fournie par la lampe est alors : éclairement x temps d'éclairement (qu'il vous faut chronométrer), dans ce cas l'énergie est donnée en joule, c'est l'énergie lumineuse qui est "tombée" sur la surface de votre eau. Il suffit alors de comparer cette énergie à Q=m.c.\(\Delta\)T et de faire le rapport de ces deux grandeurs pour avoir le rendement de la cellule...

[Invité]

merci beaucoup et bonne fêtes

[SoS(8)]

merci beaucoup et bonne fêtes

Nous sommes très touchés de vos bons voeux et vous souhaitons, à notre tour, toute la réussite que vous êtes en doit d'espérer.

[Invité]

comment convertir des lumens en watt?

[SoS(2)]

comment convertir des lumens en watt?

Bonjour,

On ne peut parler de "conversion" que lorsqu'on compare des unités représentant la même grandeur physique. Ici, les lumens concernent le flux lumineux et les watts le flux énergétique.

En espérant vous avoir été utile...

[SoS(14)]

Bonjour,

Pour "convertir" le flux lumineux (en lumen) en flux de puissance (en W) il faut que vous connaissiez l'efficacité lumineuse de votre source lumineuse (en général notée "k") ...

pour une lampe à incandescence classique k vaut de 8 à 13 lm.\(W^{-1}\)
pour un halogène k vaut environ 15 lm.\(W^{-1}\)
et pour un tube fluorescent k vaut de 40 à 100 lm.\(W^{-1}\)

En espérant que ces données vous seront utiles
Bonne continuation

[Invité]

Bonjour,
Notre projet étant de calculer la puissance lumineuse émise par le spot au dessus de l'eau en Watt/m². Nous nous sommes renseignés et nous avons appris que l'énergie transférée par rayonnement est absorbée par la matière qui s'échauffe alors ( dans notre cas l'eau). Notre problème est que le spot chauffe énormement et donc la température de l'eau augmente en conséquence. Nous aimerions alors, avoir une expérience permettant de chauffer l'eau qu'avec la lumière ou alors une expérience permettant de chauffer l'eau qu'avec la chaleur du spot, de façon à calculer l'un ou l'autre. Notre objectif est d'obtenir une puissance lumineuse en Watt/m².
résumé de la 1ère expérience:
Dans notre première expérience,(lorsque le spot était à 25cm au dessus du calorimètre ), la température de l'eau augmentait pour deux raisons: la chaleur émise par le spot et la puissance lumineuse de celui-ci.
Donc si vous pouviez nous fournir la deuxième expérience permettant de négliger soit la chaleur émise par le spot, soit la puissance lumineuse de celui-ci cela nous permettrait alors d'en déduire l'un ou l'autre. Tout cela, sans sortir du niveau de lycée et en utilisant, si possible, les formules ( Q=m*constante calorifique de l'eau*delta température et P=Q/ delta temps), on mesurerait ensuite, la surface de l'eau exposée à la lumière du spot pour avoir un résultat en Watt/m².
Nous vous remerçions d'avance, et nous vous prions d'agréer nos plus grands remerciements du fait de l'aide que vous nous apportez dans l'intégralité de vos messages. De plus nous vous souhaitons de passer un bon réveillon et une belle année 2009 à venir.