TP N°4: La mesure de la lumière

1°STL SPCL

Thème :

D’une image à l’autre

Comment mesure-t-on la lumière reçue par un objet ?

Déterminer expérimentalement la puissance lumineuse et le flux lumineux de différentes sources de lumière.

Mesurer un éclairement lumineux ; donner des ordres de grandeur d’éclairement dans différentes situations courantes.

1. Lux, Lumens, et candelas

1.1. Flux lumineux :

Le lumen, de symbole lm, est une unité de puissance lumineuse comme le watt (W).

Il décrit la quantité totale de lumière émise par une source lumineuse . (toutes les directions : Ω= 4π sr)

Ampoule utilisée dans la lanterne du banc d’optique :

Culot : B22 Puissance : 4W LEDS : 48x5630smd Flux : 350 lm

Couleur: Blanc froid(6000-6500 K) Tension: 220V

Angle de Rayonnement: 360°

1. D’après l’étiquette quelle est la valeur du flux lumineux Φ ?

1.2. L’intensité lumineuse d’une source :

L'intensité lumineuse, (en candela) donne la quantité de lumière émise dans une direction donnée.

si l'intensité est la même dans toutes les direction alors :

𝑰 =

Un diaphragme de diamètre 8mm est placé à environ 45 mm de l’ampoule précédente.

2. Calculer la surface du diaphragme en m² : 𝑆 = 𝜋×𝑟⁺ 3. Calculer l’angle solide en stéradian (sr) : Ω =_.^-_/

Φ =

Ω =

I =

1.3. L’éclairement :

L'éclairement, (en lux) représente la quantité de lumière reçue par une surface.

Le lux est une unité de mesure de l'éclairement lumineux. (Symbole : lx)

Un lux est l'éclairement d'une surface qui reçoit, d'une manière uniformément répartie, un flux lumineux d'un lumen par mètre carré émanant d'une source située à 1 m de distance.

Ø Utiliser le luxmètre :

Sur la calibre 1 lecture directe sur le calibre 200mV (position DC) Sur le calibre 2 multiplier par 10

Sur le calibre 3 multiplier par 100

Ø Mesurer l’éclairement de la salle

Il faut évidemment le mettre bien perpendiculaire aux rayons pour recevoir un maximum d'éclairement.

1.4. Influence de la distance :

Ø Relever l’éclairement quand votre lanterne est éteinte (celle des autres groupes sont allumées) : E0=………lx 1. Comment varie l’éclairement quand la source s’éloigne ?

Ø Déplacer le luxmètre et noter l’éclairement tous les 5 cm x

(cm) 10 15 20 25 30 35 40 45 55 55

E (lx)

2. Vous devez trouver la bonne relation parmi les 4 proposées ci-dessous : a) 𝐸 = 𝐼×𝑥

b) 𝐸 = 𝐼×𝑥⁺ c) 𝐸 =₅⁴ d) 𝐸 = ⁴

5^/

3. En déduire l’intensité lumineuse de la source.

Recommencer avec le diaphragme de 12 mm 4. En déduire la nouvelle intensité de la source

2. C'est bien mais à quoi ça sert ?

Prenons le cas d'un projecteur Fresnel 650 Watts, le fournisseur, Arri, nous donne des indications photométriques comme celles–ci :

Ces données nous permettent d'apprécier l'éclairement de ce projecteur, prenons comme exemple la distance de 4,50m.

En spot c'est-à-dire en faisceau serré (12°), cet appareil nous donnera une tache de 0,90m de diamètre pour 3420 lux.

1. Le même appareil en faisceau large, flood, nous donnera cette fois-ci une tache lumineuse de 4,40m de diamètre mais ne nous laissera plus que ……… lux, toujours à 4,50m de distance.

2. Quel sera la valeur de l’éclairement à 9m de distance : a) En position spot

b) En position flood

Liste du matériel :

Banc optique : Lanterne+ papier calque Porte objet + diaphragme

Luxmètre fixé sur l’écran (élastique) multimètre

Elements de correction : S=5,10-5 m2

Ω=2,5.10-2 sr

pour le diaphragme de 8mm (et avec le papier calque) I= 1,13 Cd

Prolongement :

• pour le diaphragme de 12 mm I=2,7 Cd

• et pour celui de 18 mm I= 6,0 Cd

• I est bien proportionnel à la surface y = 1,1277x

0 20 40 60 80 100 120

0 50 100 150

E-Eo = f(1/x^2)

E-Eo lx

Linéaire (E-Eo lx)