Cours : Énergie et lumière

Le photon

La lumière peut être considérée comme une onde électromagnétique (ayant une fréquence et une vitesse) mais aussi comme un corpuscule, appelé photon.

Chaque photon transporte une énergie précise, qui dépend de sa fréquence :

\boxed{\Large{E=h \times f=h \times \frac{c}{\lambda}}}

Unités du système international

E en J

h =  6,63.10-34 J.s

f en Hz

c = 3,00.108 m.s-1

\lambda en m

h est la constante de Planck et sera toujours donnée tout comme la vitesse de la lumière c (qu'il est bon de connaître), f est la fréquence (en Hz) du photon et λ sa longueur d'onde (en m).

Emission d'un photon

Un photon est émis lorsque l'électron d'un atome passe d'un niveau excité à un niveau inférieur. Cela correspond à une raie de colorée caractéristique de l'énergie libérée.

emission d'un photon
schéma de l'émission d'un photon

Absorption d'un photon

Un photon est absorbé lorsque l'électron d'un atome passe à un niveau plus énergétique.

Cela correspond à une bande d'absorption (absence de lumière dans le spectre).

absorption d'un photon
schématisation de l'absorption d'un photon

Conversion d'énergie

Photo thermique

Le capteur solaire (appelé panneau solaire) convertit l'énergie lumineuse en énergie thermique qui sera transportée par un fluide caloporteur.

schéma énergétique d'un panneau photo thermique

\boxed{\Large{Q=m_{fluide} \times c_{fluide} \times (\theta_{final}-\theta_{initial})}}

Unités du système international

Q en J

m_{fluide} en kg

c_{fluide} J.kg-1.K-1

\theta en K

Photovoltaïque

Le capteur solaire (appelé panneau solaire) convertit l'énergie lumineuse en énergie thermique qui sera transportée par un fluide caloporteur.

Les rendements de ces panneaux sont très faibles (de l'ordre de 10%).

schéma énergétique d'un panneau photovoltaique

Les deux caractéristiques I=f(U) et P=f(U) permettent de déterminer les conditions optimales pour utiliser les panneaux photovoltaïques.

On essayera autant que possible de s'approcher de la puissance maximal délivrée.

courbes caractéristiques des panneaux photovoltaïques

Si on souhaite alimenter directement un récepteur (par exemple une résistance) avec le panneau, on va déterminer le point de fonctionnement (point d'intersection des deux caractéristiques.

point de fonctionnement
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