Desvantagens das lâmpadas incandescentes como fonte de luz
Apesar de todas as suas vantagens, todas as lâmpadas incandescentes, começando com um vácuo com filamento de carbono e terminando com as preenchidas com gás de tungstênio, têm duas desvantagens importantes como fontes de luz:
- baixa eficiência, ou seja, baixa eficiência de radiação visível por unidade sob a mesma potência;
- uma forte diferença na distribuição espectral da energia da iluminação natural (luz do sol e luz diurna difusa), caracterizada por fraca radiação visível de ondas curtas e predominância de ondas longas.
A primeira circunstância torna o uso de lâmpadas incandescentes não rentável do ponto de vista econômico, a segunda — tem como consequência distorcer a cor dos objetos. Ambas as desvantagens são causadas pela mesma circunstância: obter radiação aquecendo um sólido a uma temperatura de aquecimento relativamente baixa.
Não é possível corrigir a distribuição de energia no espectro de uma lâmpada incandescente, no sentido de sua significativa convergência com a distribuição no espectro solar, pois o ponto de fusão do tungstênio é de cerca de 3700° K.
Mas mesmo um ligeiro aumento na temperatura de trabalho do corpo do filamento, digamos, de uma temperatura de cor de 2800 ° K para 3000 ° K, leva a uma redução significativa na vida útil da lâmpada (de cerca de 1000 horas para 100 horas) devido a uma aceleração significativa do processo de evaporação do tungstênio.
Essa evaporação leva principalmente ao escurecimento do bulbo da lâmpada revestida de tungstênio e, conseqüentemente, à perda de luz emitida pela lâmpada e, finalmente, à queima do filamento.
A baixa temperatura operacional do invólucro do filamento também é a razão para a baixa saída de luz e baixa eficiência das lâmpadas incandescentes.
A presença de um enchimento de gás, que reduz a evaporação do tungstênio, permite aumentar ligeiramente a fração de energia emitida no espectro visível devido ao aumento da temperatura de cor. O uso de filamentos enrolados e preenchimento com gases mais pesados (criptônio, xenônio) permite um aumento um pouco maior na fração de radiação que incide na região do visível, mas medido apenas em alguns por cento.
O mais econômico, ou seja. com maior eficiência luminosa, será uma fonte que converte toda a potência de entrada em radiação daquele comprimento de onda. A eficiência luminosa de tal fonte, ou seja, a relação entre o fluxo luminoso criado por ela e o fluxo máximo possível com a mesma potência de entrada, é igual à unidade. Acontece que a saída máxima de luz é de 621 lm / W.
A partir disso, fica claro que a eficiência luminosa das lâmpadas incandescentes será significativamente menor do que os valores que caracterizam a radiação visível (7,7 — 15 lm / W).Os valores correspondentes podem ser encontrados dividindo a potência luminosa da lâmpada pela potência luminosa de uma fonte com eficiência luminosa igual à unidade. Como resultado, obtemos uma eficiência luminosa de 1,24% para uma lâmpada a vácuo e 2,5% para uma lâmpada a gás.
Uma maneira radical de melhorar as lâmpadas incandescentes seria encontrar materiais de corpo de filamento que possam operar em temperaturas significativamente mais altas do que o tungstênio.
Isso aumentaria a eficiência e melhoraria o croma de sua emissão. No entanto, a busca por tais materiais não foi coroada de sucesso, pelo que foram construídas fontes de luz mais econômicas e com melhor distribuição espectral com base em um mecanismo completamente diferente de conversão de energia elétrica em luz.
Outra desvantagem das lâmpadas incandescentes:
Por que as lâmpadas incandescentes costumam queimar no momento de ligar
Apesar da superioridade em economia, nenhum tipo de lâmpada de descarga em gás provou ser capaz de substituir as lâmpadas incandescentes para iluminação, exceto lâmpadas fluorescentes… A razão para isso é a composição espectral insatisfatória da radiação, que distorce completamente a cor dos objetos.
Lâmpadas de alta pressão com gases inertes têm uma alta eficiência luminosa. Um exemplo típico é lâmpada de sódio, que possui a maior eficiência luminosa de todas as lâmpadas de descarga em gás, inclusive as fluorescentes. Sua alta eficiência se deve ao fato de que quase toda a potência de entrada é convertida em radiação visível.Uma descarga em vapor de sódio emite apenas uma cor amarela na parte visível do espectro; portanto, quando iluminados com uma lâmpada de sódio, todos os objetos assumem uma aparência completamente antinatural.
Todas as diferentes cores vão do amarelo (branco) ao preto (uma superfície de qualquer cor que não reflete os raios amarelos). Este tipo de iluminação é extremamente desagradável aos olhos.
Assim, as fontes de luz de descarga de gás, pelo próprio método de criação de radiação (excitação de átomos individuais), acabam sendo, do ponto de vista das propriedades do olho humano, um defeito fundamental que consiste na estrutura linear do espectro.
Esta desvantagem não pode ser completamente superada usando diretamente a descarga como fonte de luz. Uma solução satisfatória foi encontrada quando o bit recebeu apenas a função excitação do brilho dos fósforos (lâmpadas fluorescentes).
As lâmpadas fluorescentes têm uma propriedade desfavorável em relação às lâmpadas incandescentes, que consiste em fortes flutuações no fluxo luminoso quando operam em corrente alternada.
A razão para isso é a inércia significativamente menor do brilho dos fósforos em comparação com a inércia dos filamentos das lâmpadas incandescentes, pelo que a qualquer tensão que passe por zero, o que leva ao término da descarga, o fósforo consegue perder uma parte significativa de seu brilho antes que ocorra a descarga na direção oposta. Acontece que essas flutuações no fluxo luminoso das lâmpadas fluorescentes excedem 10 a 20 vezes.
Esse fenômeno indesejável pode ser bastante enfraquecido ligando duas lâmpadas fluorescentes adjacentes, de modo que a voltagem de uma delas fique atrás da voltagem da segunda em um quarto de período.Isso é conseguido incluindo um capacitor no circuito de uma das lâmpadas, o que cria o deslocamento de fase desejado. Usar um recipiente simultaneamente melhora e Fator de potência toda a instalação.
Resultados ainda melhores são obtidos ao alternar com mudança de fase de três e quatro lâmpadas. Com três lâmpadas, você também pode reduzir as flutuações no fluxo de luz ligando-as em três fases.
Apesar de vários defeitos mencionados acima, as lâmpadas fluorescentes, devido à sua alta eficiência, se espalharam e, ao mesmo tempo, na forma de designs compactos de lâmpadas fluorescentes, as lâmpadas incandescentes foram substituídas em todos os lugares. Mas a era dessas lâmpadas também acabou.
Atualmente, as fontes de luz LED são usadas principalmente na iluminação elétrica:
O dispositivo e o princípio de funcionamento da lâmpada LED