Lumina artificiala

Cu cel puţin 500 de mii de ani în urmă, oamenii au învăţat cum să folosească focul ca sursă de lumină

Lumina artificiala

Cu cel puţin 500 de mii de ani în urmă, oamenii au învăţat cum să folosească focul ca sursă de lumină. De-a lungul secolelor, iluminarea a devenit tot mai evoluată, azi putând ilumina clădiri şi străzi întregi doar prin apăsarea unui buton.


Nimeni nu ştie câtă vreme s-a scurs de când omul a folosit pentru prima dată un fitil într-un vas umplut cu grăsime animală; cert este că s-au găsit lămpi primitive scobite în roci calcaroase sau gresie, datând din jurul anului 80000 î.e.n., iar în Iran lămpi de ceramică în jur de câteva zeci de mii de ani vechime.
Conform Bibliei, lumânări făcute din grăsimi animale s-au folosit şi în templul regelui Solomon, în sec. X î.e.n. Acestea se mai folosesc şi azi în temple, dar în locuinţe au apărut doar în Evul Mediu.

Lămpile lui Argand

Perioada modernă a luminăţiei a început cu inventarea lămpii de petrol; cea mai evoluată dintre primele forme a fost prezentată în 1784 de către elveţianul Ami Argand. Lămpile lui aveau fitil cu tub; aerul avea o intrare laterală şi ieşire prin interiorul fitilului. Flacăra dădea lumină puternică şi rezulta o cantitate foarte mică de funingine. Mai târziu lămpile Argand au folosit parafină, ceea ce a îmbunătăţit calitatea flăcării. Parafina se foloseşte şi azi în lămpile Tilley moderne.

Succesul gazului

In 1798 scoţianul William Murdor a iluminat o peşteră în apropierea casei lui din Cornwall, prin arderea unui gaz iluminator. După doisprezece ani a folosit acelaşi gaz şi pentru iluminarea casei din Redruth. După aceasta a încercat iluminarea unei fabrici din apropierea Birmingham-ului. Prima stradă iluminată cu gaz a fost strada Pali Mall clin Londra, în 1807. Cu toate că îndepărtarea resturilor de ardere era dificilă, până în anul 1830, iluminarea cu gaz s-a răspândit în Europa şi oraşele principale oraşe ale Americii de Nord.


Lumina emisă de primele lămpi de gaz era destul de slabă, astfel încât gazul părea a fi nepotrivit pentru iluminarea spaţiilor interioare, până în anul 1885, când baronul von Welsbach a prezentat lampa cu plasă incandescentă. El a fixat o plasă incandescentă de un tub, care făcea amestecul gaz-aer. Dacă amestecul era aprins, plasa lumina cu o lumină strălucitoare, albă şi caldă. Această metodă era atât de eficientă, încât iluminarea cu gaz a concurat serios electricitatea până în anii treizeci.

Epoca electricităţii

Primele lămpi cu curent au fost elaborate de Sir Humphrey Davy în 1809. Acestea erau lămpi cu arc carbonic: la cei doi poli ale unei baterii s-a fixat câte o baghetă de carbon, acestea atingându-se la locul contactului, producând o lumină incandescentă, albă. Dacă erau îndepărtate la aproximativ 10 cm distanţă, se obţinea un arc luminos alb, puternic.
însă până la apariţia generatoarelor, în 1831, lămpile cu arc caloric nu puteau deveni o metodă practică de iluminare. In anii 1850, lămpile cu arc electric s-au folosit pentru iluminarea temporară a străzilor din Londra, Paris, Berlin şi New York; prima lampă cu arc electric permanentă a fost instalată în 1862 în farul din Dungeuness.

Primele becuri

Lămpile cu arc carbonic emit lumină foarte puternică, dar au şi dezavantaje: sunt mari, greoaie, produc multă murdărie şi necesită reglaj permanent. De aceea cercetătorii au căutat alte soluţii. Au experimentat trecerea curentului electric printr-un filament subţire, bun conducător de curent; filamentul se încălzeşte până la incandescenţă, emiţând lumină.
în 1878 Sir Joseph Swan a introdus o bucată subţire, carbonizată de celuloză într-un glob de sticlă, care ulterior a fost închis ermetic. El a încălzit filamentul, pentru ca gazele din interiorul lui să fie eliberate, apoi a aspirat gazele, obţinând vid în interiorul globului.


Totuşi, cursa pentru titlul de inventator al becului electric a fost câştigată de americanul Thomas Edison: la un an după Swan, el a elaborat un bec în care filamentul era un fir subţire, carbonizat de bambus, iar în anul 1882 a construit prima centrală electrică în New York. Aceasta producea curent suficient pentru funcţionarea a 10 mii de becuri electrice. Astfel a început era electricităţii.

Becurile zilelor noastre

In globul de sticlă al becurilor moderne filamentul e reprezentat de o spirală de wolfram. Curentul ce trece prin filament îl încălzeşte la 2700 “C, şi emite la această temperatură o lumină albă, puternică.
Intensitatea luminii emise de lampă se măsoară în lumeni, iar “randamentul” se obţine prin raportarea luminii produse şi curentul consumat. Randamentul unui bec incandescent cu wolfram este de aproximativ 12 lumeni/watt, fiind considerat o sursă de lumină neeconomicâ. Radiaţiile luminoase ale tubului incandescent aparţin în mare parte domeniului infraroşu, imperceptibil ochiului uman, adică le percepem mai mult sub formă de căldură, decât ca lumină.


Alt incovenient ar fi că atomii de wolfram se evaporă de pe suprafaţa filamentului şi se condensează pe suprafaţa interioară a învelişului de sticlă. Astfel, învelişul se întunecă treptat, becul emite mai puţină lumină. în final, filamentul evaporându-se treptat, el se subţiază, se rupe, iar becul se arde.
Pentru reducerea evaporării filamentului, becurile sunt umplute cu argon sau nitrogen gazos, dar evaporarea nu poate fi oprită complet. Cu cât temperatura filamentului creşte, evaporarea e mai rapidă, dar şi lumina e mai albă, mai naturală. Firmele au ales o cale de compromis: becurile au o durată de viaţă de aproximativ 1000 de ore, dar lumina lor e mult mai galbenă decât lumina naturală.

Halogeni

In lămpile cu wolfram-halogen, evaporarea e încetinită prin altă metodă. în interiorul becului e introdusă o cantitate mică de halogen – iod sau brom. Aceştia formează compuşi instabili cu wolframul, care după evaporare se condensează pe filament, şi nu pe suprafaţa interioară a învelişului de sticlă.
Insă halogenii reacţionează şi cu sticla, de aceea becul trebuie fabricat din cuarţ, ceea ce creşte costul producţiei. Lămpile de wolfram-halogen pot funcţiona la temperaturi mai ridicate, emiţând lumină mai puternică, mai albă, fără să scadă însă durata de viaţă.

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 cantităţi mici de neon. Pe cei doi electrozi aflaţi la capetele tubului s-a conectat curent de mare tensiune.
între electrozi se produc descărcări electrice, emiţând o lumină purpurie. Deoarece din tuburi se puteau modela litere sau alte forme, acestea au fost repede utilizate în scop publicitar. Aşa s-a născut iluminarea cu neon, nelipsită din centrul marilor oraşe.
Experimente cu alte gaze au introdus o gamă largă de culori. Lămpile cu sodiu care funcţionează sub o presiune scăzută de aburi, emit o lumină galbenă, monocromă, fiind folosite la iluminarea străzilor. Randamentul primelor lămpi cu sodiu era de 70 lumeni/watt, azi putând atinge şi 200 lumeni/watt.

Lumină verde

S-au utilizat lămpi cu mercur cu randament de aproximativ 45 lumen/watt, ce emiteau o lumină verzuie, dar care era mai puţin mono-cromatică; oamenii şi obiectele păreau fantomatici şi lipsiţi de viaţă.
La sfârşitul anilor 1930 aburului de mercur i-au fost adăugate substanţe fluorescente, pentru a compensa lipsa culorii roşii. Acestea erau începuturile iluminării cu tubi luminoşi, în cele mai multe birouri moderne se folosesc lampi mercurice cu descarcare electrica, la care aburului de mercur i s-a adăugat doar o cantitate mică de argon.

Presiunea aburului e mică, din care cauză ele emit mai multe radiaţii ultraviolete decât vizibile. Interiorul tubului este căptuşit cu substanţe fluorescente. Acestea se activează sub influenţa razelor ultraviolete, adică le absorb, apoi emit lumină vizibilă. Prin amestecarea în proporţii potrivite a substanţelor fluorescente, se poate obţine aproape orice culoare.

Componenta roşie

Pe la mijlocul anilor 1960 în lămpile mercurice cu mare presiune s-a amestecat un compus din metal rar. Acesta avea o fluorescentă roşie, compensând componenta roşie din lumina mercurului. Aceste lămpi erau mult mai mici decât tubul luminos fluorescent, iar prin elaborarea unui circuit electric adecvat, puteau fi inserate în duliile becurilor incandescente tradiţionale. Consumul lor era doar un sfert din consumul becurilor obişnuite şi produceau mult mai puţină căldură.

Dacă aburul de mercur aflat sub mare presiune se amesteca şi cu anumite metale – thaliu, disproziu, indiu şi sodiu – componenţa culorii se ameliora din nou. Lumina lămpilor metal halogenid e aproape naturală, randamentul atinge 80-85 lumen/watt. La iluminarea studiourilor se folosesc lămpi de metal halogenid cu putere de o mie de waţi, închise în clopot de reflector din sticlă presată. Ele au luat şi locul lămpilor cu arc carbonic, folosite în sistemele de iluminat pentru spaţii exterioare în televiziune.

O modalitate de a creşte fidelitatea componenţei cromatice este creşterea presiunii aburului în interiorul lămpilor de sodiu. Problema este că la presiuni înalte sticla tubului nu rezistă la acţiunea chimică a aburului de sodiu plin de ioni, ce produce temperaturi de aproximativ 700 °C. Pentru eliminarea problemei s-au inventat numeroase metode. Putem folosi tuburi din oxid de aluminiu, ceramică sau cuarţ, sau putem căptuşi sticla tubului cu pulbere de difuziune.

Azi se găsesc în comerţ multe tipuri de lămpi cu sodiu sub mare presiune.
Producătorii experimentează tuburi luminoase cu xenon, care emit o lumină cu o componenţă cromatică aproape identică cu cea a luminii naturale. Dar electroluminescenţa – proprietatea ce ar putea, face ca pereţii şi tavanul să fie fluorescenţi – pare a fi pentru moment o metodă de iluminare a viitorului.

Optica prin fibre de sticlă

Cercetările se efectuează şi în alte direcţii. In scop industrial se folosesc lămpi speciale, al căror spectru e capabil să pornească anumite reacţii chimice. Lămpile infraroşii sunt folosite la accelerarea uscării vopselelor, razele infraroşii şi ultraviolete având utilizare şi -în medicină. Se folosesc endoscoape cu lămpi pentru a pătrunde în corpul pacientului fără a produce răni superficiale mari şi pentru a putea efectua pe această cale intervenţii chirurgicale mici, ce necesită vizibilitate bună.

Prin fibrele optice se pot ilumina locuri imposibil de abordat cu lămpi tradiţionale. în plus, prin laserul – fascicol luminos subţire, intens – situat la capătul fibrei optice din interiorul endoscopului se pot rezolva probleme organice interne. Laserul se foloseşte în multe tratamente pe această cale, de exemplu hemoragiile gastrice de la nivelul ulcerelor pot fi oprite prin laser, îndepărtarea părţilor necrozate ale creierului, anestezia centrilor dureroşi sau arderea celulelor canceroase de la nivelul colului uterin.

Lasere mortale

Proiectanţii depun mari eforturi pentru a transforma laserul în armă destructivă eficientă, pe lângă rolul lui în tehnologie militară, cum ar fi în orientare şi sistemele informaţionale. De exemplu bombele cu ghidare prin laser sunt mult mai precise decât cele ghidate de ochiul uman, iar rachetele ghidate prin laser ating obiectivul cu o precizie mortală. Evenimentele din Golful Persic au demonstrat importanţa acestor arme. Dar distmgerea directă prin laser a obiectivelor militare, cum era preconizat în planurile de război stelar americane ar necesita o cantitate de energie mult mai mare, decât ceea ce se poate produce azi.