Lâmpada como ela funciona.

Lâmpada incandescente

Lâmpada Incandescente

A lâmpada incandescente é um dispositivo eléctrico que transforma energia elétrica em energia luminosa e energia térmica.
Desde o início do século XIX, vários inventores tentaram construir fontes de luz à base de energia elétrica. Humphry Davy, em 1802, construiu a primeira fonte luminosa com um filamento de platina, utilizando-se do efeito Joule, observado quando um resistor é aquecido pela passagem de uma corrente elétrica a ponto de emitir luz visível. Outros vinte e um inventores construíram lâmpadas incandescentes antes de Thomas Alva Edison, que foi primeiro a construir a primeira lâmpada incandescente comercializável em 1879, utilizando uma haste de carvão (carbono) muito fina que, aquecida acima de aproximadamente 900 K, passa a emitir luz, inicialmente bastante avermelhada e fraca, passando ao alaranjado e alcançando o amarelo, com uma intensidade luminosa bem maior, ao atingir sua temperatura final, próximo do ponto de fusão do carbono, que é de aproximadamente 3 800 K.
A haste era inserida numa ampola de vidro onde havia sido formado alto vácuo. O sistema diferia da lâmpada a arco voltaico, pois o filamento de carvão saturado em fio de algodão ficava incandescente, ao invés do centelhamento ocasionado pela passagem de corrente das lâmpadas de arco.
Como o filamento de carvão tinha pouca durabilidade, Edison começou a fazer experiências com ligas metálicas, pois a durabilidade das lâmpadas de carvão não passava de algumas horas de uso.
A lâmpada de filamento de bambu carbonizado foi a que teve melhor rendimento e durabilidade, sendo em seguida substituída pela de celulose, e finalmente a conhecida até hoje com filamento de tungsténio cuja temperatura de trabalho chega a 3000°C.

Construção

Lâmpada Incandescente - Edison

A maior dificuldade encontrada por Joseph Swan e Thomas Edison, quando tentavam fazer lâmpadas desse tipo, era encontrar um material apropriado para o filamento, que não devia se fundir ou queimar.
Hoje em dia os filamentos são, geralmente, feitos de tungstênio, metal que só funde quando submetido a temperatura altíssima (3422 °C).
Para evitar que os filamentos entrem em combustão e se queimem rapidamente, remove-se todo o ar da lâmpada, enchendo-a com a mistura de gases inertes, nitrogênio (azoto) e argônio (árgon) ou criptônio (crípton).
As lâmpadas incandescentes funcionam a baixas pressões, fazendo com que o gás rarefeito funcione com um isolante térmico.

Funcionamento

Quando se aciona um interruptor, a corrente elétrica passa pela lâmpada através de duas gotas de solda de prata que se encontram na parte inferior, e em seguida, ao longo de fios de cobre que se acham firmemente fixados dentro de uma coluna de vidro. Entre as duas extremidades dos fios de cobre estende-se um outro fio muito fino chamado filamento. Quando a corrente passa por este último, torna-o incandescente, produzindo luz.

Rendimento

Apesar do requinte exclusivo, que proporciona uma luminosidade muito mais aconchegante em ambientes, e de ter ainda maior durabilidade onde se acende e apaga com frequência, o rendimento da lâmpada incandescente é minimo: apenas o equivalente a 5% da energia elétrica consumida é transformado em luz, os outros 95% são transformados em calor. Por causa deste desperdício, a União Europeia decidiu abolir as lâmpadas incandescentes a partir de 2012.  Lâmpadas incandescentes poderão ser abolidas no Brasil a partir de 2013, caso a indústria consiga oferecer algum tipo de lâmpada que proporcione luminosidade com as mesmas características das tradicionais. Inspirado na Centennial Bulb, lâmpada que funciona desde 1901, Benito Muros, presidente da SOP (Sem Obsolescência Programada) desenvolveu uma lâmpada de longa durabilidade e vem recebendo ameaças por conta de desta invenção.

Lâmpada fluorescente

 Imagem de alta resolução em preto-e-branco de uma lâmpada compacta fluorescente.

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Lâmpada piscando. Efeito visualizável pela gravação em vídeo 24 fps.

A lâmpada fluorescente é um tipo de lâmpada criada por Nikola Tesla, introduzida no mercado consumidor em 1938. Ao contrário das lâmpadas de filamento, possui grande eficiência por emitir mais energia eletromagnética em forma de luz do que calor.

 

Funcionamento

Circuito de uma lâmpada fluorescente A: Tubo Fluorescente, B: Energia eléctrica (+220 Volts), C: Arrancador, D: Interruptor (Termostato Bi-metálico), E: Capacitor/Condensador, F: Filamentos, G: Balastro)

Arrancador de lâmpada fluorescente (relé térmico automático)

As lâmpadas fluorescentes funcionam de modo semelhante aos tubos de descarga de gás néon, possuem um par de elétrodos em cada extremo. O tubo de vidro é coberto com um material à base de fósforo. Este, quando excitado com radiação ultravioleta gerada pela ionização dos gases, produz luz visível. Internamente são carregadas com gases inertes a baixa pressão, as mais comuns utilizam o árgon. Além da cobertura de fósforo, existem elétrodos em forma de filamentos nas suas extremidades. Sua função é pré-aquecer seu interior para reduzir a tensão elétrica necessária à ionização, dando a partida no processo de bombardeamento por íons positivos dos gases no interior do tubo.
Quando a composição interna for à base de vapor de mercúrio, portanto não condutiva, deve ser aplicado um gradiente de tensão de algumas centenas de volts ao mesmo tempo que as extremidades são aquecidas. Acontecendo a descarga iónica, portanto a emissão de luz U.V. e esta excitando o fósforo da parede do tubo de vidro, não há mais necessidade de alta tensão entre os extremos do tubo, sendo reduzida para menos de 100 V, no caso de lâmpadas de baixa potência e no máximo 175 V em caso de lâmpadas de alta potência.
A intensidade de corrente elétrica que passa através dos gases de baixa pressão emite grande quantidade de radiação U.V. no comprimento de onda de emissão do vapor de mercúrio. Esta é convertida em luz visível pela camada de fósforo que, dependendo da mistura aplicada, dará a tonalidade da coloração emitida.
Uma lâmpada fluorescente, para funcionar, precisa de dois acessórios extra: O Arrancador ^{(português europeu)} ou Starter ^{(português brasileiro)} (que não é mais do que um relé térmico biestável) e o balastro (que é uma bobina para gerar a alta tensão necessária ao arranque e controlar a corrente consumida pela lâmpada).
O arrancador só funciona no ato da ignição da lâmpada, ficando todo o resto do tempo desligado. Até pode ser retirado do circuito, que a lâmpada permanece acesa.

Aplicação

As aplicações de lâmpadas fluorescentes vão desde o uso doméstico, passando pelo industrial, chegando ao uso laboratorial. Neste caso são largamente utilizadas sem cobertura de fósforo para equipamentos de esterilização por radiação ultravioleta (U.V.). Lembrando que após sua vida útil, as lâmpadas não podem ser utilizadas para outros fins, pois os gases armazenados no seu interior são muito prejudiciais ao meio ambiente. Quando quebrada o vapor de mercúrio pode contaminar e causar danos à atmosfera.

Eficiência e durabilidade

Além de serem de duas a quatro vezes mais eficientes em relação às lâmpadas incandescentes, as fluorescentes chegam a ter vida útil acima de dez mil horas de uso, chegando normalmente à marca de vinte mil horas de uso, contra a durabilidade normal de mil horas das incandescentes. E também geram uma econômia de 80% (lâmpada de 15 W fluorescente comparada a uma lâmpada incandescente de 60 W).

Poluição

A lâmpada fluorescente não deve ser colocada no lixo comum, nem em aterros sanitários, porque possui mercúrio (elemento químico) e fósforo na sua composição. É classificada como contaminante químico. Caso tenha destino inadequado, a lâmpada fluorescente pode poluir o ar, solo, lençóis freáticos, rios, chuvas, animais e o homem, comprometendo a cadeia alimentar. Deve ser destinada a empresas de reciclagem.

Características

Vários tipos de lâmpada fluorescente.

Lâmpadas planas, finas como folhas de alumínio, que não precisam de suportes metálicos, super-leves, podendo se adaptar a qualquer ambiente e servindo inclusive para aplicações médicas. Essa é a novidade apresentada por pesquisadores da Universidade de Illinois, Estados Unidos. As novas lâmpadas são formadas por um sanduíche de duas folhas de alumínio separadas por uma finíssima camada isolante de óxido de alumínio (safira). O que faz essa estrutura emitir luz é uma série de pequenas cavidades cheias de gás, que penetram a folha de alumínio superior e a camada de safira. Essas cavidades, com o formato de um diamante, são depósitos de plasma, que emitem luz sob a ação de uma corrente elétrica. O princípio é o mesmo das lâmpadas fluorescentes, só que as lâmpadas de plasma dispensam refletores e suportes. Por cima da folha superior de alumínio vai uma camada de vidro de 0,5 milímetro de espessura, com o lado interno recoberto por uma película de fósforo de 10 micrômetros de espessura. Com isso, todo o painel de lâmpadas de plasma tem uma espessura total de 0,8 milímetros. Construídos de folhas de alumínio, safira e minúsculas quantidades de gás, os painéis são finos e podem ser pendurados na parede como se fossem quadros. No atual estágio da pesquisa as lâmpadas de plasma têm uma eficiência de 15 lúmens por watt. Os pesquisadores afirmam ser possível chegar aos 30 lumens por watt quando o projeto do painel e da geometria das microcavidades estiverem revisados. Uma lâmpada incandescente tradicional tem uma eficiência entre 10 e 17 lúmens por watt.Embora o painel de lâmpadas de plasma seja seis vezes mais fino do que um painel de LEDs, o consumo de energia ainda não é o ideal. O gasto de energia das lâmpadas de plasma fica muito acima dos LEDs, em um nível intermediário entre as lâmpadas fluorescentes e as lâmpadas incandescentes.