Luz elétrica
Uma luz elétrica, lâmpada ou lâmpada é um componente elétrico que produz luz. É a forma mais comum de iluminação artificial. As lâmpadas geralmente têm uma base feita de cerâmica, metal, vidro ou plástico, que prende a lâmpada no soquete de uma luminária, que geralmente é chamada de "lâmpada" também. A ligação elétrica à tomada pode ser feita com uma base roscada, dois pinos metálicos, duas tampas metálicas ou uma tampa tipo baioneta.
As três principais categorias de lâmpadas elétricas são as lâmpadas incandescentes, que produzem luz por meio de um filamento aquecido em brasa pela corrente elétrica, as lâmpadas de descarga de gás, que produzem luz por meio de um arco elétrico através de um gás, como as lâmpadas fluorescentes, e lâmpadas LED, que produzem luz por um fluxo de elétrons através de um intervalo de banda em um semicondutor.
Antes que a iluminação elétrica se tornasse comum no início do século 20, as pessoas usavam velas, lamparinas a gás, lamparinas a óleo e fogueiras. Vasily Vladimirovich Petrov desenvolveu o primeiro arco elétrico persistente em 1802, e o químico inglês Humphry Davy deu uma demonstração prática de uma luz de arco em 1806. Na década de 1870, a lâmpada de arco de Davy foi comercializada com sucesso e foi usada para iluminar muitos espaços públicos. Esforços de Joseph Swan e Thomas Edison levaram as lâmpadas incandescentes comerciais a se tornarem amplamente disponíveis na década de 1880 e, no início do século XX, substituíram completamente as lâmpadas de arco.
A eficiência energética da iluminação elétrica aumentou radicalmente desde a primeira demonstração de lâmpadas de arco e lâmpada incandescente do século XIX. As fontes de luz elétrica modernas vêm em uma profusão de tipos e tamanhos adaptados a muitas aplicações. A maior parte da iluminação elétrica moderna é alimentada por energia elétrica gerada centralmente, mas a iluminação também pode ser alimentada por geradores elétricos móveis ou de reserva ou sistemas de bateria. A luz alimentada por bateria costuma ser reservada para quando e onde as luzes estacionárias falham, geralmente na forma de lanternas ou lanternas elétricas, bem como em veículos.
História
Embora a capacidade dos fios de iluminar quando alimentados com corrente tenha sido descoberta pela primeira vez durante o Iluminismo, levou mais de um século de melhoria contínua e incremental, incluindo vários designs, patentes e disputas de propriedade intelectual resultantes, até que as lâmpadas incandescentes se tornassem disponível comercialmente na década de 1920.
Tipos
Incandescente
Em sua forma moderna, a lâmpada incandescente consiste em um filamento enrolado de tungstênio selado em uma câmara de vidro globular, a vácuo ou cheia de um gás inerte como o argônio. Quando uma corrente elétrica é conectada, o tungstênio é aquecido a 2.000 a 3.300 K (1.730 a 3.030 ° C; 3.140 a 5.480 ° F) e brilha, emitindo luz que se aproxima de um espectro contínuo.
As lâmpadas incandescentes são altamente ineficientes, pois apenas 2-5% da energia consumida é emitida como luz visível e utilizável. Os 95% restantes são perdidos na forma de calor. Em climas mais quentes, o calor emitido deve então ser removido, colocando pressão adicional nos sistemas de ventilação ou ar condicionado. Em climas mais frios, o subproduto do calor tem algum valor e foi aproveitado com sucesso para aquecimento em dispositivos como lâmpadas de aquecimento. No entanto, as lâmpadas incandescentes estão sendo substituídas por tecnologias como lâmpadas fluorescentes compactas e lâmpadas LED em muitos países devido à sua baixa eficiência energética. A Comissão Europeia estimou em 2012 que uma proibição total de lâmpadas incandescentes contribuiria de 5 a 10 bilhões de euros para a economia e economizaria 15 bilhões de toneladas métricas de emissões de dióxido de carbono.
Halogênio
As lâmpadas halógenas geralmente são muito menores do que as lâmpadas incandescentes padrão, porque, para uma operação bem-sucedida, geralmente é necessária uma temperatura do bulbo acima de 200 °C. Por esse motivo, a maioria possui um bulbo de sílica fundida (quartzo) ou vidro aluminossilicato. Isso geralmente é selado dentro de uma camada adicional de vidro. O vidro externo é uma precaução de segurança, para reduzir a emissão ultravioleta e conter cacos de vidro quentes caso o envelope interno exploda durante a operação. Resíduos oleosos de impressões digitais podem fazer com que um envelope de quartzo quente quebre devido ao acúmulo excessivo de calor no local de contaminação. O risco de queimaduras ou incêndio também é maior com lâmpadas nuas, levando à sua proibição em alguns locais, a menos que enclausuradas pela luminária.
Aqueles projetados para operação de 12 ou 24 volts possuem filamentos compactos, úteis para um bom controle óptico. Além disso, eles têm maior eficácia (lúmens por watt) e vida útil melhor do que os tipos não halógenos. A saída de luz permanece quase constante ao longo de sua vida.
Fluorescente
As lâmpadas fluorescentes consistem em um tubo de vidro que contém vapor de mercúrio ou argônio sob baixa pressão. A eletricidade que flui através do tubo faz com que os gases emitam energia ultravioleta. O interior dos tubos é revestido com fósforos que emitem luz visível quando atingidos por fótons ultravioleta. Eles têm uma eficiência muito maior do que as lâmpadas incandescentes. Para a mesma quantidade de luz gerada, eles normalmente usam cerca de um quarto a um terço da potência de uma lâmpada incandescente. A eficácia luminosa típica dos sistemas de iluminação fluorescente é de 50 a 100 lúmens por watt, várias vezes a eficácia das lâmpadas incandescentes com saída de luz comparável. As luminárias fluorescentes são mais caras do que as lâmpadas incandescentes, porque requerem um reator para regular a corrente através da lâmpada, mas o menor custo de energia geralmente compensa o custo inicial mais alto. As lâmpadas fluorescentes compactas estão disponíveis nos mesmos tamanhos populares das lâmpadas incandescentes e são usadas como uma alternativa de economia de energia em residências. Por conterem mercúrio, muitas lâmpadas fluorescentes são classificadas como resíduos perigosos. A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos recomenda que as lâmpadas fluorescentes sejam separadas do lixo geral para reciclagem ou descarte seguro, e algumas jurisdições exigem a reciclagem delas.
LED
O diodo emissor de luz (LED) de estado sólido é popular como uma luz indicadora em eletrônicos de consumo e equipamentos de áudio profissionais desde a década de 1970. Nos anos 2000, a eficácia e a produção aumentaram a tal ponto que os LEDs agora são usados em aplicações de iluminação, como faróis de carros e luzes de freio, em lanternas e faróis de bicicletas, bem como em aplicações decorativas, como iluminação festiva. Os LEDs indicadores são conhecidos por sua vida útil extremamente longa, de até 100.000 horas, mas os LEDs de iluminação são operados de forma muito menos conservadora e, consequentemente, têm vidas mais curtas. A tecnologia LED é útil para projetistas de iluminação, devido ao seu baixo consumo de energia, baixa geração de calor, controle instantâneo de ligar/desligar e, no caso de LEDs de cor única, continuidade da cor ao longo da vida útil do diodo e custo de fabricação relativamente baixo. A vida útil do LED depende fortemente da temperatura do diodo. Operar uma lâmpada LED em condições que aumentam a temperatura interna pode encurtar muito a vida útil da lâmpada.
Arco de carbono
As lâmpadas de arco de carbono consistem em dois eletrodos de haste de carbono ao ar livre, alimentados por um reator limitador de corrente. O arco elétrico é formado tocando-se as pontas das varetas e separando-as. O arco resultante produz um plasma incandescente entre as pontas da haste. Essas lâmpadas têm maior eficácia do que as lâmpadas de incandescência, mas as varetas de carbono têm vida curta e exigem ajustes constantes no uso, pois o calor intenso do arco as desgasta. As lâmpadas produzem radiação ultravioleta significativa, requerem ventilação quando usadas em ambientes fechados e, devido à sua intensidade, precisam de proteção contra a visão direta.
Inventado por Humphry Davy por volta de 1805, o arco de carbono foi a primeira luz elétrica prática. Foi usado comercialmente a partir da década de 1870 para grandes edifícios e iluminação pública até ser substituído no início do século 20 pela luz incandescente. As lâmpadas de arco de carbono operam em alta potência e produzem luz branca de alta intensidade. Eles também são uma fonte pontual de luz. Eles permaneceram em uso em aplicações limitadas que exigiam essas propriedades, como projetores de cinema, iluminação de palco e holofotes, até depois da Segunda Guerra Mundial.
Alta
Uma lâmpada de descarga possui um invólucro de vidro ou sílica contendo dois eletrodos de metal separados por um gás. Os gases usados incluem néon, argônio, xenônio, sódio, haleto metálico e mercúrio. O princípio operacional principal é praticamente o mesmo da lâmpada de arco de carbono, mas o termo "lâmpada de arco" normalmente se refere a lâmpadas de arco de carbono, com tipos mais modernos de lâmpadas de descarga de gás normalmente chamadas de lâmpadas de descarga. Com algumas lâmpadas de descarga, uma voltagem muito alta é usada para abrir o arco. Isso requer um circuito elétrico chamado ignitor, que faz parte do circuito elétrico do reator. Depois que o arco é formado, a resistência interna da lâmpada cai para um nível baixo e o reator limita a corrente à corrente operacional. Sem um reator, o excesso de corrente fluiria, causando a destruição rápida da lâmpada.
Alguns tipos de lâmpadas contêm uma pequena quantidade de néon, o que permite acender em tensão normal de operação sem circuito de ignição externo. As lâmpadas de sódio de baixa pressão funcionam dessa maneira. Os reatores mais simples são apenas um indutor e são escolhidos onde o custo é o fator decisivo, como a iluminação pública. Reatores eletrônicos mais avançados podem ser projetados para manter a saída de luz constante durante a vida útil da lâmpada, podem acionar a lâmpada com uma onda quadrada para manter a saída completamente livre de cintilação e desligar no caso de certas falhas.
A fonte mais eficiente de luz elétrica é a lâmpada de sódio de baixa pressão. Produz, para todos os fins práticos, uma luz monocromática amarelo-alaranjada, que dá uma percepção monocromática similar de qualquer cena iluminada. Por esse motivo, geralmente é reservado para aplicações de iluminação pública externa. As lâmpadas de sódio de baixa pressão são preferidas pelos astrônomos para iluminação pública, pois a poluição luminosa que elas geram pode ser facilmente filtrada, ao contrário da banda larga ou espectros contínuos.
Fator de forma
Muitas unidades de lâmpadas, ou lâmpadas, são especificadas em códigos de forma padronizados e nomes de soquete. As lâmpadas incandescentes e suas substituições de retrofit são frequentemente especificadas como "A19/A60 E26/E27", um tamanho comum para esse tipo de lâmpada. Neste exemplo, o "A" Os parâmetros descrevem o tamanho e a forma da lâmpada dentro da lâmpada da série A, enquanto os parâmetros "E" Os parâmetros descrevem o tamanho da base do parafuso Edison e as características da rosca.
Expectativa de vida
A expectativa de vida para muitos tipos de lâmpadas é definida como o número de horas de operação em que 50% delas falham, ou seja, a vida média das lâmpadas. Tolerâncias de produção tão baixas quanto 1% podem criar uma variação de 25% na vida útil da lâmpada, portanto, em geral, algumas lâmpadas falharão bem antes da expectativa de vida nominal e algumas durarão muito mais. Para LEDs, a vida útil da lâmpada é definida como o tempo de operação em que 50% das lâmpadas experimentaram uma redução de 70% na saída de luz. Nos anos 1900, o cartel Phoebus se formou na tentativa de reduzir a vida útil das lâmpadas elétricas, um exemplo de obsolescência planejada.
Alguns tipos de lâmpadas também são sensíveis a ciclos de comutação. Salas com troca frequente, como banheiros, podem esperar uma vida útil da lâmpada muito menor do que a impressa na caixa. As lâmpadas fluorescentes compactas são particularmente sensíveis aos ciclos de comutação.
Usos
A quantidade total de luz artificial (especialmente da iluminação pública) é suficiente para que as cidades sejam facilmente visíveis à noite, do ar e do espaço. A iluminação externa cresceu a uma taxa de 3-6% na segunda metade do século 20 e é a principal fonte de poluição luminosa que sobrecarrega os astrônomos e outros, com 80% da população mundial vivendo em áreas com luz noturna. poluição. A poluição luminosa demonstrou ter um efeito negativo em alguns animais selvagens.
Lâmpadas elétricas podem ser usadas como fontes de calor, por exemplo em incubadoras, como lâmpadas infravermelhas em restaurantes de fast food e brinquedos como o Kenner Easy-Bake Oven.
As lâmpadas também podem ser usadas para terapia de luz para lidar com problemas como deficiência de vitamina D, problemas de pele como acne e dermatite, câncer de pele e transtorno afetivo sazonal. Lâmpadas que emitem uma frequência específica de luz azul também são usadas para tratar a icterícia neonatal, podendo o tratamento inicialmente realizado em hospitais ser feito em casa.
As lâmpadas elétricas também podem ser usadas como luz de crescimento para ajudar no crescimento das plantas, especialmente em hidroponia interna e plantas aquáticas com pesquisas recentes sobre os tipos de luz mais eficazes para o crescimento das plantas.
Devido às suas características de resistência não linear, as lâmpadas de filamento de tungstênio são usadas há muito tempo como termistores de ação rápida em circuitos eletrônicos. Usos populares incluem:
- Estabilização de osciladores de onda sine
- Proteção de tweeters em gabinetes de alto-falante; corrente excessiva que é muito alta para o tweeter ilumina a luz em vez de destruir o tweeter.
- Controle automático de volume em telefones
Símbolos de circuito
Nos diagramas de circuitos, as lâmpadas possuem dois tipos principais de símbolos, indicando suas respectivas funções. Estes são:
A cruz em um círculo geralmente representa uma lâmpada como um indicador. (ANSI/IEEE Std 315A-1986)
O dent semicircular em um círculo, que geralmente representa uma lâmpada como uma fonte de luz ou iluminação.
Simbolismo cultural
Na cultura ocidental, uma lâmpada - em particular, a aparência de uma lâmpada acesa acima da cabeça de uma pessoa - significa inspiração repentina.
No Oriente Médio, o símbolo de uma lâmpada tem uma conotação sexual.
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