Thomas Edison inventou muitas coisas, mas a lâmpada não era uma delas. Edison não trabalhou através de supostas 1.000 tentativas de inventar a lâmpada, mas refinou um modelo pré-existente. O primeiro bulbo ou fonte artificial de luz é, na verdade, inventado por Ebenezer Kinnersley em 1761. Era apenas um fio de arame que, quando aquecido a uma certa temperatura, ficava incandescente.
Aquecimento Joule
Isso foi verdadeiramente revolucionário. Ao longo do século seguinte, o que os inventores procuravam era uma construção que fosse econômica e capaz de emitir luz intensa por horas, mas com um gasto mínimo de energia. Suas expectativas eram sem dúvida quixotescas. O bulbo ideal seria barato de construir, brilhava em branco por mais de mil horas, enquanto dissipava a quantidade mínima de calor indesejado.
Com o passar do tempo, o fio solitário foi logo abrigado por uma cúpula de vidro. A primeira construção consistia de um fio de platina em um, pois o metal exibe um ponto de fusão muito alto. Metais como platina brilham quando submetidos à eletricidade devido à energia térmica que produzem quando seus elétrons, impulsionados pelo campo elétrico, colidem aleatoriamente com os íons circunvizinhos. Esse aquecimento resistivo é análogo ao aquecimento por atrito e é tecnicamente chamado de aquecimento por efeito joule.
O bulbo “amarelo”
No entanto, enquanto o filamento aquecido não derretia, não era brilhante, nem durou o suficiente para ser vendido comercialmente. Além disso, à medida que o filamento era aquecido, a platina evaporava e grudava no interior da cúpula de vidro, escurecendo-a completamente. A evaporação acabaria por causar a descarga da platina.
Um possível substituto foi o carbono. Quando um filamento de carbono é submetido à eletricidade em um vácuo contido no vidro, ele queima muito mais brilhante. Além disso, o vácuo garante que os átomos de carbono não reajam com nenhum gás, prolongando assim a vida útil do filamento. Isso atrasa a evaporação e, portanto, impede o escurecimento do bulbo.
Edison usou a mesma construção, mas com pequenas melhorias. Seus filamentos de bambu tratados com carbono causariam o brilho da lâmpada por mais de 1000 horas! Edison é creditado com a invenção da lâmpada porque seu modelo era viável para uso comercial. Sua tecnologia patenteada foi fabricada e distribuída para cidades inteiras. Em 1904, no entanto, os filamentos de carbono e platina foram substituídos por filamentos de tungstênio.
O tungstênio tem um ponto de fusão surpreendente em torno de 3400K, o que nos permite aquecê-lo a pelo menos 3000K, uma temperatura na qual a luminosidade produzida é impressionante. Desde então, o tungstênio foi usado exclusivamente para construir lâmpadas incandescentes. Ao contrário da lâmpada de filamento de carbono de Edison, as lâmpadas de tungstênio não são sequestradas em um vácuo livre de gás, mas sim em um vidro rígido selado a vácuo preenchido com um gás inerte, como o argônio. O tungstênio evaporado colide com as moléculas do gás inerte e é refletido de volta no filamento.
(Crédito da foto: Pixabay)
No entanto, a taxa de evaporação é maior que a taxa de reflexão se o tungstênio for aquecido a temperaturas mais altas. Isso seria necessário se você quisesse deixar a lâmpada mais brilhante. Para evitar escurecimento prematuro e alcançar a longevidade, devemos comprometer o brilho e aquecer o tungstênio a temperaturas mais baixas. É por isso que as lâmpadas incandescentes da sua casa brilham em amarelo, em vez de um branco ofuscante.
Lâmpadas de halogéneo
As lâmpadas que brilham brancas são de halogéneo. Uma lâmpada halógena também consiste em um filamento de tungstênio, mas a lâmpada é preenchida, como o próprio nome sugere, com um gás halógeno. Assim como o gás inerte em um bulbo amarelo, o gás halogênio alonga a vida da lâmpada reagindo com as moléculas de tungstênio evaporadas e depositando-as novamente no filamento.
No entanto, como a taxa dessa reação e a redeposição são maiores que a taxa de evaporação, mesmo em temperaturas muito altas, os filamentos de tungstênio nos bulbos de halogênio podem ser aquecidos a altas temperaturas com um risco reduzido de escurecimento. A luz produzida não é, portanto, amarela, mas sim branca. Considerando as temperaturas perigosas, o material que protege o aparelho não é apenas vidro duro, mas um quartzo fusionado robusto.
(Crédito da foto: Pixabay)
A principal desvantagem de uma lâmpada amarela é sua ineficiência: quase 95% da energia é dissipada como calor. Por outro lado, uma lâmpada de halogéneo é superiormente eficiente e funciona muito mais que as lâmpadas amarelas. Portanto, não é de admirar que as lâmpadas de halogéneo custem mais do que as lâmpadas incandescentes. Enquanto os bulbos de halogéneo fazem uma aparição ou dois em agregados familiares, são mais comumente encontrados em estádios, montados em grades em postes elevados. Em sua intensidade máxima, a luz branca artificial da grade imita a luz branca do sol, gerando um ambiente mais “natural”.
No entanto, para produzir sua luz branca característica, lâmpadas halógenas são necessárias para operar em temperaturas perigosamente altas. Se você tocar em um deles, há uma boa chance de ter cicatrizes por toda a vida. A temperatura também torna esses bulbos potenciais riscos de incêndio. Além das qualidades ideais listadas acima, não podemos esquecer que a lâmpada deve ser segura de usar e atende ao requisito cada vez mais urgente de ser ambientalmente amigável.
Lâmpada fluorescente compacta (CFL)
Por outro lado, as lâmpadas Compact Fluorescent Light (CFL) representam um risco marginalmente menor de incêndio e são mais eficientes e duradouras do que as lâmpadas incandescentes e de halogéneo. Enquanto as lâmpadas halógenas podem durar até 5.000 horas, as lâmpadas fluorescentes compactas duram até 8.000 horas.
(Crédito da foto: cintilação)
Lâmpadas CFL contêm gás mercúrio, que é convertido em plasma quando uma alta corrente passa através dele. A reação produz luz ultravioleta, que nossos olhos são incapazes de detectar. No entanto, quando esta luz interage com o revestimento fluorescente no interior da lâmpada, é convertida em luz visível branca brilhante. Mercúrio, sabemos, pode ser letal, mas o volume de mercúrio em uma lâmpada CFL é 100 vezes menor do que em um termômetro. Naturalmente, as lâmpadas fluorescentes compactas custam mais do que as lâmpadas halógenas, o que significa que elas custam muito mais do que as lâmpadas incandescentes.
Posteriormente, à medida que a tecnologia crescia, a eficiência aumentava muitas vezes. Nos últimos 50 anos, as tecnologias eletrônicas foram revolucionadas pelo advento dos semicondutores. Hoje, nossa melhor aposta é um Diodo de Emissão de Luz (LED), um dos primeiros descendentes desta revolução.
Diodo emissor de luz (LED)
Dois blocos de semicondutores, um contendo mais elétrons do que o outro, podem ser aglutinados para formar o que é chamado de junção pn (positivo-negativo). Quando uma voltagem é aplicada a essa junção, os elétrons do bloco excessivamente negativo são empurrados em direção ao bloco positivo. Quando esses elétrons ocupam as vagas dentro do bloco vizinho, eles são relegados a um nível mais baixo de energia. Esta energia perdida é liberada como luz.
Crédito da foto: Pixels
Os LEDs são 75% mais eficientes que as lâmpadas fluorescentes compactas e podem durar mais de 15.000 horas! Além disso, como o mecanismo não possui qualquer aquecimento joule, eles garantem uma luminosidade igual ou maior, sem absolutamente nenhum risco de incêndio! Mas então, qual é o truque?
Bem, os LEDs são os mais caros do lote. No entanto, o que os consumidores não conseguem perceber é que o custo é justificado. De fato, um tende a obter mais do que uma barganha para. A longo prazo, os LEDs são certamente a opção mais lucrativa, não apenas porque são mais eficientes em termos energéticos e duradouros, mas também porque são mais fáceis de descartar. Entre as quatro tecnologias, os LEDs são os mais ecológicos.
Por fim, um LED, ao contrário das três lâmpadas anteriores, é muito mais do que uma fonte artificial de luz. A ridícula escalabilidade dos semicondutores e suas escassas demandas de energia se combinaram para formar um dispositivo que pode ser facilmente integrado a outros circuitos para desenvolver projetos muito mais abrangentes. Os semicondutores são realmente os presentes que continuam dando, então quem sabe o que vamos conseguir em seguida!
