Une société industrielle fonctionne grâce à sa capacité à convertir l'énergie d'une forme à une autre. L'énergie contenue dans l'eau vive, la combustion du charbon ou la capture de la lumière solaire, convertie en électricité, est ensuite stockée dans des batteries chimiques pour être libérée dans une foule d'autres applications. Lorsque vous actionnez l'interrupteur de votre lampe de poche, vous participez à une série de conversions d'énergie du bouton au faisceau lumineux.
Thermodynamique et conversion d'énergie
Dans une lampe de poche, l'énergie doit passer de la source d'alimentation (généralement une batterie) à la source lumineuse (souvent une ampoule à incandescence, parfois une LED). Cependant, chaque fois que l'énergie change de forme, une partie est perdue sous forme de chaleur, un principe fondamental de la thermodynamique. Les lampes de poche utilisant des ampoules à incandescence perdent la majeure partie de leur énergie sous forme de chaleur à cause du fonctionnement de l'ampoule elle-même. Les ampoules à incandescence sont un bon moyen de rester au chaud, mais pas un si bon moyen d'éclairer efficacement votre chemin.
La batterie
Lorsque vous appuyez sur le bouton d'une torche électrique ou d'une lampe de poche, la première conversion d'énergie provient de la batterie elle-même. Les batteries utilisent des électrodes métalliques fixées dans une pâte chimique pour stocker l'électricité; à mesure que l'électrode s'oxyde, elle libère des électrons. Dans certaines batteries, ce processus est à sens unique. Une fois la batterie déchargée, c'est inutile. Vous pouvez utiliser des piles rechargeables. Il est possible d'y ajouter de l'électricité selon un processus très économe en énergie, ce qui en fait une alternative écologique aux alcalins jetables.
L'ampoule
Une ampoule à incandescence se compose d'une chambre en verre scellée sous vide avec un filament de fil mince à l'intérieur. Lorsque l'électricité passe à travers le fil, la résistance le fait chauffer. Cette conversion d'électricité en chaleur est la deuxième conversion d'énergie dans une lampe de poche typique. Cela se fait avec une efficacité de près de 100 %. La quasi-totalité de l'électricité sert à produire de la chaleur, comme dans un radiateur électrique ou une cuisinière. Ceux-ci génèrent également de la lumière, comme le démontre la lueur rouge-orange de l'élément.
Lumière et chaleur
Pour produire de la lumière, le filament doit chauffer jusqu'à ce qu'il brille d'un blanc éclatant. Ce processus est extrêmement inefficace sur le plan énergétique. Jusqu'à 95% de la puissance appliquée à l'ampoule est perdue sous forme de chaleur inutile plutôt que d'éclairage. Les lampes de poche modernes peuvent utiliser des "diodes électroluminescentes" ou des LED, au lieu d'ampoules à incandescence. Les LED émettent de la lumière directement, sans qu'il soit nécessaire de chauffer un élément; cela leur permet d'éviter la conversion d'énergie la plus coûteuse d'une lampe de poche.