Choisir un matériau pour le filament d'une ampoule Problème

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Dernière modification : 15/11/2018 - Conforme au programme 2018-2019

Une ampoule à incandescence classique utilise un filament en tungstène.

Le tungstène est le métal possédant la plus haute température de fusion ( T_{1} = 3\ 422 °C). Par ailleurs, le tungstène peut être chauffé jusqu'à T_{2} = 2\ 730 K environ tout en restant rigide et solide.

Donnée : pour cet exercice, on considérera que le domaine du visible s'arrête à 750 nm.

Quelles sont les longueurs d'onde \lambda_{1} et \lambda_{2} des maximums d'intensité pour ces deux températures ?

\lambda _{1} =787 nm
\lambda _{2} =1{,}07\times 10^{3} nm

\lambda _{1} =784 nm
\lambda _{2} =1\ 062 nm

\lambda _{1} =784 nm
\lambda _{2} =1{,}06\times 10^{3} nm

\lambda _{1} =784 \mu m
\lambda _{2} =1\ 060 \mu m

Dans quel domaine se situent ces longueurs d'onde ?

\lambda_{1} et \lambda_{2} se situent dans le domaine du visible.

\lambda_{1} et \lambda_{2} se situent dans le domaine des infrarouges.

\lambda_{1} se situe dans le domaine des infrarouges et \lambda_{2} dans le domaine visible.

\lambda_{2} se situe dans le domaine visible et \lambda_{1} dans le domaine des infrarouges.

On souhaite que le maximum d'intensité soit le même que celui du Soleil ( \lambda_{S} =503{,}0 nm) pour que l'ampoule émette une lumière proche de la lumière du jour.

Quelle doit-être la température du filament pour cela ?

5761 K

5761°C

5796 K

5480°C

Sachant que la température à la surface du Soleil est de 5780 K environ, le résultat de la question précédente est-il cohérent ? Pourquoi ?

La température obtenue est éloignée de celle du Soleil, ce qui est cohérent car \lambda _{max} ne dépend que de la température.

La température obtenue est proche de celle du Soleil, ce qui est cohérent car \lambda _{max} ne dépend que de la température.

La température obtenue est proche de celle du Soleil, ce qui est incohérent car \lambda _{max} ne dépend que de la constante de Wien.

La température obtenue est proche de celle du Soleil, ce qui est incohérent car \lambda _{max} ne dépend pas de la température.

Pourquoi utilise-t-on le tungstène pour les filaments ?

C'est un matériau économique.

C'est un matériau disponible en grandes quantités.

C'est le matériau historiquement utilisé.

C'est le matériau qui permet de se rapprocher le plus du domaine visible en étant chauffé.