On s'intéresse à une diode électroluminescente qui émet une lumière blanche.
L'illustration ci-dessous regroupe une image de cette diode et un schéma de sa composition :
Lorsque cette diode électroluminescente est alimentée en énergie électrique, le semi-conducteur qu'elle contient émet une lumière bleue (et assez monochromatique), qui est absorbée en partie par le luminophore et transformée par celui-ci en couleurs allant du vert au rouge. Le spectre de la lumière émise par la diode est alors le suivant :
Quelle source émet chacune des parties du spectre ?
L'énoncé dit que le semi-conducteur émet une lumière bleue et que luminophore émet des en couleurs allant du vert au rouge.
On sait aussi que dans le domaine visible le domaine du bleu contient des radiations de plus petites longueurs d'onde que les autres couleurs.
La partie A du spectre donc est émise par le semi-conducteur et la partie B est donc émise par le luminophore.
Quel est l'intérêt d'associer le semi-conducteur et le luminophore ?
Seul, le semi-conducteur émet une lumière bleue et le luminophore émet des couleurs allant du vert au rouge.
L'association de ces deux sources permet donc d'émettre l'ensemble des radiations du domaine visible, du bleu jusqu'au rouge, et ainsi d'obtenir une lumière blanche.
L'association du semi-conducteur et du luminophore permet donc de produire une lumière blanche.
Le semi-conducteur de cette diode émet des photons d'énergie 2{,}73 \text{ eV}.
Quelle est la longueur d'onde de la radiation correspondante, exprimée en nanomètres (nm) ?
Données :
- constante de Planck : h = 6{,}63.10^{-34} \text{ J.s}^{-1} ;
- célérité de la lumière : c = 3{,}00.10^{8} \text{ m.s}^{-1} ;
- valeur d'un électron-volt : 1 \text{ eV}= 1{,}60.10^{-19} \text{ J}.
La relation qui lie l'énergie d'un photon et la longueur d'onde de la radiation correspondante est :
E_{\text{(J)}} = \dfrac{h_{\text{(J.s}^{-1})} \times c_{\text{(m.s}^{-1})} }{\lambda_{\text{(m)}} }
La relation donnant la longueur d'onde de la radiation émise est donc :
\lambda_{\text{(m)}}= \dfrac{h_{\text{(J.s}^{-1})} \times c_{\text{(m.s}^{-1})} }{E_{\text{(J)}} }
D'où l'application numérique :
\lambda_{\text{(m)}}= \dfrac{6{,}63.10^{-34} \times 3{,}00.10^8 }{2{,}73 \times 1{,}60.10^{-19} }
\lambda= 4{,}55.10^{-7} \text{m}
Soit en nanomètres :
\lambda= 455 \text{ nm}
La longueur d'onde de la radiation correspondante à des photons d'énergie 2{,}73 \text{ eV} est donc 455 \text{ nm}.
Pour alimenter une diode électroluminescente, on réalise un circuit série comprenant un générateur, la diode électroluminescente et une résistance.
Quel est le schéma correct de ce circuit ?
Un circuit série ne comporte qu'une boucle et la diode électroluminescente doit être orientée selon son sens passant.
Le schéma correct est donc le suivant :
Quelle est la chaîne énergétique correcte de ce récepteur ?
Les diodes électroluminescentes convertissent la puissance électrique en puissance lumineuse. Cette conversion s'accompagne d'une dissipation de puissance sous forme thermique.
La chaîne de conversion demandée est donc la suivante :
Que peut-on dire du rendement des diodes électroluminescentes ?
Les diodes électroluminescentes convertissent de manière très efficace la puissance électrique en puissance lumineuse.
Le rendement des diodes électroluminescentes est donc très bon, proche de 100 %.