sábado, 10 de agosto de 2013

A Invensão da Lâmpada Elétrica

Uma lâmpada de Argand.
(Retrato de James Peale pintado por

 seu irmão Charles Willson Peale).
Em 1781, Ami Argand, um engenhoso cientista suíço, desenhou um lampião de pavio circular, cuja chama era alimentada por uma coluna de ar dentro do círculo. Foi assim que preparou o caminho para outras formas de lâmpadas que iluminaram o mundo depois da revolucionaria descoberta do petróleo feita em 1859, por Edwin Drake. O encontro do petróleo teve formidáveis conseqüências no progresso humano e, somente sua aplicação como fonte de luz foi de incalculável beneficio para o homem. Enquanto isso, William Murdesh havia encontrado um novo meio de obter por meio de carvão: era o gás e, para iluminação, era obtido pela destilação ou lenta combustão da hulha. Quando a lâmpada de Joseph Wilson Swan atravessou o Atlântico, foi ter ao laboratório de Thomas Alva Edison, uma das mais fascinantes figuras da história da ciência. Edison via claro onde os outros não viam sequer uma fímbria do problema, permitindo-lhe seu gênio pensar em diversas direções ao mesmo tempo. Muitos anos se passaram até que o mundo conheceu Humphry Davy, filho de um simples artesão inglês,
Ami Argand
o descobridor da eletrólise, a teoria de que “a corrente gerada pela decomposição química de certos materiais”. A mais interessante descoberta de Davy ocorreu em 1809: ligando dois pedaços de carvão aos bornes de uma bateria, verificou que uma chama dançava entre os dois pedaços. Essa chama brilhante parecia descrever um segundo de círculo e por essa razão foi chamado “arco voltaico”. Os inventores do primeiro tempo da rainha Vitória da Inglaterra tentaram obter luz utilizando fios ou fitas de platina e de outros metais raros que eles aqueciam ao ar, por meio da corrente elétrica. Em 1840, William Robert Grove assombrou a Royal Society com a iluminação da sala por meio de lâmpadas incandescentes. Essas lâmpadas usavam o fio de platina eletricamente aquecido até quase o ponto de fusão e protegido das correntes de ar. Outro inglês, Frederik de Moleins, aproximou-se ainda mais da boa solução com uma lâmpada, patenteada em 1841, que produzia a incandescência no carvão moído. Entretanto, a mais importante contribuição para a incandescência elétrica deve-se ao professor Joseph Wilson Swan que, em 1860, teve a idéia do filamento de carvão. Os ingleses atribuem-lhe a invenção da lâmpada incandescente. Swan fez uma demonstração de sua lâmpada em 1876, numa reunião da Sociedade Inglesa para o avanço da Ciência, em Glasgow, e sua invenção foi acolhida com entusiasmo. Suas primeiras lâmpadas usavam espirais de papel carbonizado, mas o vácuo incompleto obtido no recipiente pôs tudo a perder. Um ano depois, Swan voltou novamente às experiências e a dificuldade foi
William Grove
superada. Em 1877, tratando o fio de algodão pelo ácido sulfúrico, conseguiu um filamento que deu bons resultados. Quando a lâmpada de Swan atravessou o Atlântico, foi ter ao laboratório de Thomas Alva Edison, uma das mais fascinantes figuras da história da ciência. Edison via claro onde os outros não viam sequer uma fímbria do problema, permitindo-lhe seu gênio pensar em diversas direções ao mesmo tempo. Edison era extraordinário na realização das suas idéias fundamentais e, foi assim que, em 1877, em plena força inventiva, voltou suas vistas para a lâmpada incandescente, dedicando-se a esse problema com verdadeira alucinação e pondo nele toda a sua dedicação e inteligência. O grande problema consistia em encontrar uma substância com a qual pudesse construir os filamentos incandescentes. Após longas pesquisas, ele decidiu empregar um filamento de algodão carbonizado. Acesa, a lâmpada só se extinguiu 48 horas depois. Mais tarde, o filamento de algodão foi substituído por um de bambu carbonizado que apresentava uma resistência ainda maior e, só muito depois, o filamento de bambu foi substituído por uma substância obtida com a celulose, e, por fim, com tungstênio em tubos cheios de gás inerte. (Esse filamento é percorrido por uma corrente elétrica contínua ou alternativa que incandesce sem que a combustão seja possível visto não haver oxigênio no espaço que o cerca). A pedra fundamental da indústria da força e luz foi o dínamo construído por Faraday, em 1831. As múltiplas aplicações da eletricidade, de que Edison foi o pioneiro, inventando a lâmpada incandescente, os grandes gênios tornaram essa colossal fonte de energia a mais fiel colaboradora do progresso humano. Grandes progressos foram realizados desde que a lâmpada incandescente foi inventada, mas esta, entretanto, não preenchia integralmente a sua finalidade, pois sua luz é irradiada e tem sua origem num único ponto, no filamento, colocado no centro da lâmpada.
Lâmpada de Argand.
Novamente, os cientistas se voltaram para a natureza, os laboratórios e a procura de uma solução começaram de maneira intensiva. Por muito tempo os cientistas vinham observando, tanto em pirilampos como em certas rochas e minérios, fenômenos naturais de fluorescência. Observaram mais que os raios ultravioletas, atuando sobre o fósforo, produziam uma luz de espécie diferente, mais luminosa e mais delicada do que qualquer outra luz artificial até então conhecida. Longos estudos se sucederam até que descobriram um meio de fazer com que o fósforo aderisse ao vidro, irradiando assim uma luz ainda não obtida com os métodos de iluminação até então conhecidos. Estava descoberta a luz fluorescente e inaugurado assim mais um capítulo na história da luz. A luz fluorescente está largamente empregada na iluminação dos escritórios, das fábricas, das indústrias, lojas e clubes. Os tubos usados, espécie de lâmpadas, operam de um modo inteiramente diverso do das lâmpadas incandescentes. Não possuem internamente o filamento luminoso de arame; em vez disso, são cheias de um gás que serve de condutor à corrente elétrica, de uma extremidade a outra. Esse tubo é revestido internamente por uma substancia química que é ativada pelo gás e é esse revestimento interno que brilha e projeta a luz. Muito pouca corrente é perdida em forma de calor, usando-se tubos fluorescentes; quase toda ela é transformada em raios de luz, de maneira que um tubo fluorescente de 15 watts é consideravelmente mais eficaz do que uma lâmpada elétrica do tipo comum, com a potência de 100 watts.
Lâmpada incandescente

A lâmpada incandescente é um dispositivo eléctrico que transforma energia
Humphry Davy
elétrica em energia luminosa e energia térmica. Desde o início do século XIX, vários inventores tentaram construir fontes de luz à base de energia elétrica. Humphry Davy, em 1802, construiu a primeira fonte luminosa com um filamento de platina, utilizando-se do efeito Joule, observado quando um resistor é aquecido pela passagem de uma corrente elétrica a ponto de emitir luz visível. Outros vinte e um inventores construíram lâmpadas incandescentes antes de Thomas Alva Edison, que foi primeiro a construir a primeira lâmpada incandescente comercializável em 1879, utilizando uma haste de carvão (carbono) muito fina que, aquecida acima de aproximadamente 900 K, passa a emitir luz, inicialmente bastante avermelhada e fraca, passando ao alaranjado e alcançando o amarelo, com uma intensidade luminosa bem maior, ao atingir sua temperatura final, próximo do ponto de fusão do carbono, que é de aproximadamente 3 800 K. A
Lâmpada Davy.
haste era inserida numa ampola de vidro onde havia sido formado alto vácuo. O sistema diferia da lâmpada a arco voltaico, pois o filamento de carvão saturado em fio de algodão ficava incandescente, ao invés do centelhamento ocasionado pela passagem de corrente das lâmpadas de arco. Como o filamento de carvão tinha pouca durabilidade, Edison começou a fazer experiências com ligas metálicas, pois a durabilidade das lâmpadas de carvão não passava de algumas horas de uso. A lâmpada de filamento de bambu carbonizado foi a que teve melhor rendimento e durabilidade, sendo em seguida substituída pela de celulose, e finalmente a conhecida até hoje com filamento de tungstênio cuja temperatura de trabalho chega a 3000°C.


Construção

Joseph Wilson Swan.
A maior dificuldade encontrada por Swan e Edison, quando tentavam fazer lâmpadas desse tipo, era encontrar um material apropriado para o filamento, que não devia se fundir ou queimar. Hoje em dia os filamentos são, geralmente, feitos de tungstênio, metal que só funde quando submetido a temperatura altíssima (3422 °C). Para evitar que os filamentos entrem em combustão e se queimem rapidamente, remove-se todo o ar da lâmpada, enchendo-a com a mistura de gases inertes, nitrogênio (azoto) e argônio (árgon) ou criptônio (crípton). As lâmpadas incandescentes funcionam a baixas pressões, fazendo com que o gás rarefeito funcione com um isolante térmico.

Funcionamento

Quando se aciona um interruptor, a corrente elétrica passa pela lâmpada através de duas gotas de solda de prata que se encontram na parte inferior, e em seguida, ao longo de fios de cobre que se acham firmemente fixados dentro de uma coluna de vidro. Entre as duas extremidades dos fios de cobre estende-se um outro fio muito fino chamado filamento. Quando a corrente passa por este último, torna-o incandescente, produzindo luz.

Rendimento

Lâmpada incandescente
 (Edison).
Apesar do requinte exclusivo, que proporciona uma luminosidade muito mais aconchegante em ambientes, e de ter ainda maior durabilidade onde se acende e apaga com frequência, o rendimento da lâmpada incandescente é mínimo: apenas o equivalente a 5% da energia elétrica consumida é transformado em luz, os outros 95% são transformados em calor. Por causa deste desperdício, a União Européia decidiu abolir as lâmpadas incandescentes a partir de 2012. Lâmpadas incandescentes poderão ser abolidas no Brasil a partir de 2013, caso a indústria consiga oferecer algum tipo de lâmpada que proporcione luminosidade com as mesmas características das tradicionais. Inspirado na Centennial Bulb, lâmpada que funciona desde 1901, Benito Muros, presidente da SOP (Sem Obsolescência Programada) desenvolveu uma lâmpada de longa durabilidade e vem recebendo ameaças por conta de desta invenção.

Referências

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