Décrire la lumière : rendement d'une DEL - exercice

Les DEL, ces diodes électroluminescentes, sont beaucoup moins énergivores que les ampoules classiques. Mais, quel est leur rendement énergétique ? Cette vidéo des Bons Profs détaille les calculs à t'aider à faire toute la lumière sur cette énigme électrique.

Enoncé pour calculer le rendement énergétique d'une DEL

Une DEL repose sur l'effet photoélectrique, mais en sens inverse : un courant électrique permet l'émission de photons. Les caractéristiques d'une DEL sont données ci-dessous.

Caractéristiques

• Tension de fonctionnement (V) : 1,4
• Courant de fonctionnement (mA) : 100
• Longueur d'onde à l'émission (nm) : 890
• Puissance lumineuse (mW) : 50
• Température de fonctionnement (° C) : -40 à 85.

Pour cet exercice, voici quelques données nécessaires :

• Charge élémentaire de l'électron e = 1,6 x 10^-19 C
• Constante de Planck h = 6,63 x 10^-34 J.s^-1

Questions de l'exercice

1- Calculer le rendement énergétique de la DEL. Commenter.

2- Si on suppose que toutes les pertes sont dissipées par effet Joule, calculer la résistance interne R de la DEL. On suppose que la DEL réelle est modélisée par une DEL idéale en série, avec un résistor de résistance R.

3- Calculer le nombre de photons émis par seconde par la DEL 𝜂_ph

4- Calculer le nombre d’électrons reçus par seconde par 𝜂_e

5- En déduire le rendement quantique r_q = 𝜂_ph / 𝜂_e de la DEL. Comment interpréter physiquement ce rendement ?