Lumina - Lampile lui Argand, Succesul gazului, Epoca electricitatii, Becuri, Halogeni, Lumina verde, Componenta rosie, Lasere mortale

Lumina artificiala

Mihaela Paunescu

Clasa a VII-a B

Prof: Dumitrescu Lucica

Lampile lui Argand. Perioada moderna a luminatiei a inceput cu inventarea lampii de petrol; cea mai evoluata dintre primele forme a fost prezentata in 1784 de catre elvetianul Ami Argand. Lampile lui aveau fitil cu tub; aerul avea o intrare laterala si iesire prin interiorul fitilului. Flacara dadea lumina puternica si rezulta o cantitate foarte mica de funingine. Mai tarziu, lampile lui Argand au folosit parafina, ceea ce a imbunatatit calitatea flacarii. Parafina se mai foloseste si azi in lampile Tilley moderne.

Succesul gazului. In scotianul William Murdor a iluminat o pestera din apropierea casei sale din Cornwall prin arderea unui gaz iluminator. Alte astfel de incercari ale lui William de-a lungul timpului s-au terminat cu success. Prima strada iluminata cu gaz a fost strada Pall Mall din Londra, in 1807. Cu toate ca indepartarea resturilor de ardere era dificila, pana in anul 1830, iluminarea cu gaz s-a raspandit in Europa si in orasele principale ale Americii de Nord. Lumina emisa de primele lampi de gaz era destul de slaba, astfel incat gazul parea a fi nepotrivit pentru iluminarea spatiilor interioare, pana in anul 1885, cand

baronul von Welsbach a prezentat lampa cu plasa incandescenta. El a fixat o plasa incandescenta de un tub, care facea amestecul gaz-aer. Daca amestecul era aprins, plasa lumina cu o lumina stralucitoare, alba si calda. Aceasta metoda era atat de eficienta incat iluminarea cu gaz a concurat serios cu electricitatea pana in anii treizeci.

Epoca electricitatii. Primele lampi cu curent au fost elaborate de Sir Humphrey Davy in 1809. Acestea erau lampi cu arc carbonic: la cei doi poli ai unei baterii s-a fixat cate o bagheta de carbon, acestea atingandu-se la locul contactului, producand o lumina incandescenta, alba. Daca erau indepartate la apr10 cm distanta, se obtinea un arc luminos alb, puternic. Insa pana la aparitia generatoarelor, in 1831, lampile cu arc caloric nu puteau deveni o metoda practica de iluminare. In anii 1850, lampile cu arc electric s-au folosit pentru iluminarea temporara a strazilor din Londra, Paris, Berlin si New York; prima lampa cu arc electric permanenta a fost instalata in 1862 in farul din Dungeuness.

Primele becuri. Lampile cu arc carbonic emit lumina foarte puternica, dar au si dezavantaje: sunt mari, greoaie, produc multa murdarie si necesita reglaj permanent. De aceea cercetatorii au cautat alte solutii. Au experimentat trecerea curentului electric printr-un filament subtire, bun conducator de curent; filamentul se incalzeste pana la incandescenta, emitand lumina. In 1878 Sir Joseph Swan a introdus o bucata subtire, carbonizata de celuloza intr-un glob de sticla, care ulterior a fost inchis ermetic. El a incalzit filamentul, pentru ca gazele din interiorul lui sa fie eliberate, apoi a aspirat gazele, obtinand vid in interiorul globului. Totusi, cursa pentru titlul de inventator a fost castigata de americanul Thomas Edison; la un an dupa Swan al a elaborat un bec in care filamentul era un fir subtire, carbonizat de bambus, iar in anul 1882 a construit prima central electrica in New York. Aceasta producea current eficient pentru functionarea a 10 mii de becuri electrice. Astfel a inceput era electricitatii.

Becurile zilelor noastre. In globul de sticla al becurilor moderne filamentul este reprezentat de o spirala de wolfram. Curentul ce trece prin filament il incalzeste la 2700oC, si emite la aceasta temperatura o lumina alba, puternica. Intensitatea luminii emise de lampa se masoara in lumeni, iar "randamentul" se obtine prin raportarea luminii produse si curentul consumat. Randamentul unui bec incandescent cu wolfram este de apr12 lumeni/watt, fiind considerat o sursa de lumina neeconomica. Radiatiile luminoase ale tubului incandescent apartin in mare parte domeniului infrarosu, imperceptibil ochiului uman, adica le pecepem mai mult sub forma de caldura, decat ca lumina. Alt inconvenient ar fi ca atomii de wolfram se evapora de pe suprafata filamentului si se condenseaza pe suprafata interioara a invelisului de sticla. Astfel, invelisul se intuneca treptat, becul emite mai putina lumina. In final, filamentul evaporandu-se treptat, el se subtieaza, se rupe, iar becul se arde. Pentru reducerea evaporarii filamentului, becurile sunt umplute cu argon sau cu nitrogen gazos, dar evaporarea nu poate fi oprita complet. Cu cat temperatura filamentului creste, evaporarea e mai rapida, dar si lumina e mai alba, mai naturala. Firmele au ales o cale de compromis: becurile au o durata de viata de apr1000 de ore, dar lumina lor e mai mult galbena decat lumina naturala.

Halogeni. In lampile wolfram-halogen, evaporarea e incetinita prin alta metoda. In interiorul becului e introdusa o cantitate mica de halogen – iod sau brom. Acestia formeaza compusi instabili cu wolframul, care dupa evaporare se condenseaza pe filament, si nu pe suprafata interioara a invelisului de sticla. Insa halogenii reactioneaza si cu sticla, de aceea becul trebuie fabricat in cuart, ceea ce creste costul productiei. Lampile de wolfram-halogen pot functiona la temperaturi mai ridicate, emitand lumina mai puternica, mai alba, fara sa scada insa durata de viata. Lampile cu descarcare electrica in mediu gazos, se folosesc de la inceputul anilor ’30. Din primele modele s-a evacuat aerul, apoi au fost umplute cu cantitati mici de neon. Pe cei doi electrozi aflati la capetele tubului s-a conectat curent de mare tensiune. Intre electrozi se produc descarcari electrice, emitand o lumina purpurie. Deoarece din tuburi se puteau modela litere sau alte forme; acestea au fost repede utilizate in scop publicitar. Asa s-a nascut iluminarea cu neon, nelipsita din centrul marilor orase. Experimente cu alte gaze au introdus o gama larga de culori. Lampile cu sodiu care functioneaza sub o presiune scazuta de aburi, emit o lumina galbena monocroma, fiind folosite la iluminarea strazilor. Randamentul primelor lampi cu sodium era de 70 lumeni/watt, azi putand atinge si 200 lumeni/watt.

Lumina verde. S-au utilizat lampi cu mercur cu randament de apr45 lumeni/watt, ce emiteau o lumina verzuie, dar care era mai putin monocromatica; oamenii si obiectele pareau fantomatici si lipsiti de viata. La sfarsitul anilor 1930 aburului de mercur i-au fost adaugate substante fluorescente, pentru a compensa lipsa culorii rosii. Acestea erau inceputurile iluminarii cu tubi luminosi. In cele mai multe birouri moderne se folosesc lampi mercurice cu descarcare electrica, la care aburul de mercur i s-a adaugat o cantitate mica de argon. Presiune aburului e mica, din care cauza ele emit mai multe radiatii ultraviolete, adica le absorb, apoi emit lumina invizibila. Prin amestecarea in proportii potrivite a substantelor fluorescente se poate obtine aproape orice culoare.

Componenta rosie. Pe la mijlocul anilor in lampile mercurice cu mare presiune s-a amestecat un compus din metal rar. Acesta avea o fluorescenta rosie din lumina mercurului. Aceste lampi erau mult mai mici decat tubul luminos fluorescent, iar prin elaborarea unui circuit electric adecvat, puteau fi inserate in duliile becurilor incandescente traditionale. Consumul lor era doar un sfert din consumul becurilor obisnuite si produceau mai putina caldura. Daca aburul de mercur aflat sub mare presiune se amesteca cu anumite metale – thaliu, disproziu, indiu si sodiu – componenta culorii se ameliora din nou. Lumina lampilor de metal halogenid e aproape naturala, randamentul atinge 80-85 lumen/watt. La iluminarea studiourilor se folosesc lampi de metal halogenid cu putere de o mie de wati, inchise in clopot de reflector din sticla presata. Ele au luat si locul lampilor cu arc carbonic, folosite in sistemele de iluminat pentru spatii exterioare in televiziune. O modalitate de a creste fidelitatea componentei cromatice este cresterea presiunii aburului in interiorul lampilor de sodiu. Problema este ca la presiuni inalte sticla tubului nu rezista la actiunea chimica a aburului de sodiu plin de ioni, ce produce temperaturi de apr700o C. pentru eliminarea problemei s-au inventat numeroase metode. Putem folosi tuburi din de aluminiu, ceramica sau cuart, sau putem captusi sticla tubului cu pulbere de difuziune. Azi se gasesc in comert multe tipuri de lampi cu sodiu sub mare presiune. Producatorii experimenteaza tuburi luminoase cu xenon, care emit o lumina cu o componenta cromatica aproape identica cu cea a luminii naturale. Dar electroluminescenta – propietatea ce ar putea face ca peretii si tavanul sa fie fluorescenti – pare a fi pentru moment o metoda de iluminare a viitorului.

Optica prin fibre de sticla. Cercetarile se efectueaza si in alte directii. In scop industrial se folosesc lampi speciale, al caror pectru e capabil sa porneasca anumite reactii chimice. Lampile infrarosii sunt folosite la accelerarea uscarii vopselelor, razele infrarosii si ultraviolete avand utilizare si in medicina. Se folosesc endoscoape cu lampi pentru a patrunde in corpul pacientului fara a produce rani superficiale mari si pentru a putea efectua pe aceasta cale interventii chirurgicale mici, ce necesita vizibilitate buna. Prin fibrele optice se pot ilumina locuri imposibil de abordat cu lampi traditionale. In plus , prin laserul- fascicol luminos subtire, intens – situat la capatul fibrei optice din interiorul endoscopului se pot rezolva probleme organice interne. Laserul se foloseste in multe tratamente pe aceasta cale, de exemplu hemoragiile gastrice de la nivelul ulcerelor pot fi oprite prin laser, indepartarea partilor necrozate ale creierului, anestezia centrilor durerosi sau arderea celulelor canceroase de la nivelul colului uterin.

Lasere mortale. Proiectantii depun mari eforturi pentru a transforma laserul in arma destructive eficienta, pe landga rolul lui in tehnologie militara, cum ar fi in orientare si sistemele informationale. De exemplu bombele cu ghidare prin laser sunt mult mai precise decat cele ghidate de ochiul uman, iar rachetele ghidate prin laser ating obiectivul cu o precizie mortala. Evenimentele din Golful Persic au demonstrat importanta acestor arme. Dar distrugerea directa prin laser a obiectivelor militare, cum era preconizat in planurile de razboi stellar americane ar necesita o cantitate de energie mult mai mare, decat ceea ce se poate produce azi.

download