Pourquoi le filament des ampoules à incandescence a-t-il la forme d'un ressort ?

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Pourquoi le filament des ampoules à incandescence a-t-il la forme d'un ressort ?

Pourquoi le filament des ampoules à incandescence a-t-il la forme d'un ressort ? Mes élèves de CM2 m'ont posé cette question et je ne sais pas y répondre.

La plupart des ampoules à incandescence comportent une douille, à vis ou à baïonnette, qui permet la connexion sur l'alimentation électrique, qu'il s'agisse d'une pile ou du secteur. Les deux extrémités du filament métallique doivent arriver sur cette douille afin d'assurer la continuité électrique et le passage du courant. Le filament ne doit pas toucher l'ampoule de verre, il doit avoir une certaine longueur il n'est donc pas rectiligne. Il peut être incurvé en forme de ressort, mais ce n'est pas un ressort. Il peut être en zigzag. Dans les ampoules en incandescence cylindriques utilisées dans les réglettes de salle de bain ou de cuisine (il n'est pas question ici de tubes fluorescents) les amenées de courant sont aux deux extrémités de l'ampoule et le filament est alors sensiblement rectiligne.

Les filaments des ampoules électriques sont simplement des fils de métal (tungstène) traversés par un courant (300 mA) suffisant pour échauffer ce fil à blanc. Je vois deux origines à la forme en spirale :

  • Faire un filament assez long pour que sa résistance électrique soit assez grande pour ajuster le courant qui le traverse à une valeur sufisante, mais pas trop grande, compte tenu de son utilisation sous 220 V, qui est une tension importante (les ampoules halogènes ont un filament plus court, plus gros et fonctionnent sous un courant beaucoup plus important).
  • Le filament chauffé à blanc sous l'effet du courant devient très fragile, sa forme en ressort lui donne de la souplesse et lui permet de supporter des chocs ou vibrations de l'ampoule, ce que ne permettrait pas un simple fil, beaucoup moins souple.

    Remarque: avec une simple loupe placée devant une ampoule allumée, vous pouvez projeter sur un mur (ou au sol pour un plafonnier) l'image de l'ampoule, le filament y est alors très visible. En bougeant l'ampoule vous pourrez montrer cet aspect souple du filament chaud.