Iluminação: uma interação da luz com a matéria UFPa NPADC PPGECM Disciplina: FTS Professor:...

“Iluminação: uma interação da luz com a matéria”

UFPaNPADCPPGECMDisciplina: FTSProfessor: Licurgo Peixoto de BritoMestrando: Franciney Carvalho Palheta

1. Iluminação: O que ela nos lembra?2. No tempo do Sol, da Lua e das estrelas3. O fim da iluminação artesanal4. A tecnologias das lâmpadas lâmpadas de descarga e incandescente

Abordagem por Temas

O que nos lembra?

Iluminação

Física, Tecnologia e Sociedade

Deus disse: “Que exista a luz!” E a luz começou a existir. Deus viu que a luz era boa. E Deus separou a luz das trevas: à luz Deus chamou “dia”, e às trevas chamou “noite”. Houve uma tarde e uma manhã: foi o primeiro dia. (Gênesis)

Física, Tecnologia e Sociedade

Iluminação

Pithecantropus pekinensis

Como surge a luz?Transferência de energia por partículas

Ou pela transferência de energia via fótons

O que é a luz?

fotossíntese as clorofilas das plantas absorvem a luz com maiorintensidade nas faixas no azul (430 a 470 nm), laranja (600 a 640 nm) e vermelho (640 a 780 nm).

é uma onda eletromagnética

Antes da eletricidade

Luz solar (dia) e fogo (noite)FogueirasTochas de combustíveis líquidos VelasGás, querosene e carbureto (Lampiões,

petromax e candeeiro)

Antes da eletricidade

Origem das velas

Há registros de que os egípcios já usavam as velas por volta ano 3000 a.C.

Eram fabricadas com um pavio de fibras vegetais embebido em cera ou sebo. • As de sebo exalavam um cheiro desagradável e eram de uso popular, já as outras eram utilizadas pelos nobres e pela igreja.

Física, Tecnologia e Sociedade

Com o atrito de um graveto com lascas de madeira ou folhas;

Como se fazia para acendê-las?

Com a percussão de duas pedras: Pirita (sulfeto de ferro);

Silex (rocha com alto teor de dióxido de silício);Silex com ferro ou aço (predominou até o sec. XIX)

Física, Tecnologia e Sociedade Phosphorus

Por acidente, em 1669, o alquimista alemão Henning Brandt, resolveu destilar a urinahumana.

Após a evaporação do líquido ele percebeu que restava no fundo do recipiente uma pasta branca que se incendiava ao ser aquecida.

Portador de luz

Física, Tecnologia e Sociedade

hidrogeno fosfato sódico amoniacalfosfito de sódio

Fósforo branco e pirofosfato de sódio

Boyle, em 1680

O fósforo, como o conhecemos só surgiu com o farmacêutico inglês John Walker, em 1827.

Fósforo vermelho só apareceu em 1845. Mas, foi o sueco Carl Lundstrom quem introduziu, em 1855, fósforos seguros

Iluminação pública

Shengyoudeng = candeeiro que economiza óleo (206 a. C a 25).

Na segunda metade do século XVIII, a companhia de gás de Londres começou a utilizar o espermacete, uma substância retirada dos crustáceos cuja combustão era mais lenta que os outros combustíveis e mantinha a iluminação por maior tempo.

Antes da eletricidadeQue combustíveis eles usavam?

Todos essas de fontes de iluminação tinham o inconveniente da reposição muito freqüente além da deposição de resíduos.

Física, Tecnologia e Sociedade

O acendedor de lampiões

Lá vem o acendedor de lampiões da rua!Este mesmo que vem infatigavelmente,Parodiar o sol e associar-se à luaQuando a sombra da noite enegrece o poente!

Um, dois, três lampiões, acende e continuaOutros mais a acender imperturbavelmente,À medida que a noite aos poucos se acentuaE a palidez da lua apenas se pressente.

Triste ironia atroz que o senso humano irrita:Ele que doira a noite e ilumina a cidade,Talvez não tenha luz na choupana em que habita.

Tanta gente também nos outros insinuaCrenças, religiões, amor, felicidade,Como este acendedor de lampiões da rua!

LIMA, Jorge de. Jorge de Lima: poesia. 3. ed. Rio de Janeiro, Agir, 1975. p. 25. (Nossos Clássicos, 26).

Física, Tecnologia e Sociedade

Os Profetas

Eletricidade: Lâmpada elétrica

Classificação e evolução das lâmpadas•Lâmpadas de arco;•Lâmpadas de filamento ou incandescentes (do latim, ‘tornar-se quente’);•Lâmpadas de descarga

Eletricidade: Lâmpada elétrica

• Joseph Swan (1878)• Thomas Edson (1879)

Em 25 anos, milhões de lâmpadas já

estavam instaladas em todo o mundo.

Em Belém, por exemplo, há um decreto de 1904 para a concessão deste sistema a uma companhia inglesa.

O sistema chamado de misto, com lâmpadas de arco voltaico e lâmpadas à gás.

•Sir Humphry Davy (1809)

Lâmpada incandescente

Curiosidades • Tungstênio (1909)• 2m de filamento

helicoidal em 2 voltas• ¼ mm de diâmetro do

filamento• Temperaruta do

filamento: 2500 oC • Sublimação• O papel do vácuo e do

argônio• Vida útil do filamento:

750 a 1000 h?120 ou 127?

• Apenas 10 % da energia elétrica é transformada em luz visível

Lâmpadas Fluorescentes (1932): outro modo de excitar os átomos •Como os átomos são

excitados

•4 a 6 vezes mais eficiente do que as incandescentes

•Corrente elétrica em gases

•Como surgem os elétrons livres

•Como surgem os íons

•A voltagem

Lâmpadas Fluorescentes: o funcionamento do “starter”

Física

•Arco voltaico

•Dilatação térmica

•Par bimetálico

•Capacitor

Lâmpadas Fluorescentes: o funcionamento do reator

Lei de Faraday

Outros tipos de Lâmpadas

Luz negra

Luz neon

Lâmpadas de halogênio

Lâmpadas de halogênio

•Mesmo princípio da incandescente

•Gás de enchimento: criptônio ou xenônio com traços de um elemento halogênio (normalmente bromo ou iodo).

O halogênio tem a propriedade de combinar com os átomos do tungstênio evaporado e depositá-los no filamento, ou seja, um processo de reciclagem.

•Os bulbos são de quartzo e suportam temperaturas mais altas e também as pressões, que podem chegar até 25 atm. •Vida média em torno de 3000 h e rendimento energético cerca de 50% •Reprodução mais fiel das cores.

•O quartzo filtra até 5 vezes a radiação UV, evitando o desbotamento das cores.

Como fazer uma lâmpada mais eficiente?

Lâmpadas halógenas dicróicasDicroísmo (do grego dichroos, bicolor). Propriedade, que alguns materiais têm, de dividir um feixe de luz em dois feixes de comprimentos de onda (cores) diferentes.

Uma lâmpada dicróica comum é uma lâmpada halógena com um refletor de algum material dicróico, que reflete a parte visível da radiação e absorve a parte infravermelha.

Aparência de cor (ou temperatura da cor):

Ao meio-dia, a luz solar tem tonalidade branca (temperatura do Sol é torno de 5 mil kelvins); no final da tarde, quando é hora de relaxar, a luz natural apresenta nuances amareladas.

Lâmpadas de 2 800 a 3 mil kelvins: têm tonalidade branco-amarelada, morna, que dá a sensação de aconchego aos espaços.

Usadas em: residências, restaurantes sofisticados e em qualquer outro lugar onde é desejável uma atmosfera confortável e tranqüila. Nunca em locais de trabalho.

Lâmpadas na faixa de 4 mil a 5 mil kelvin: proporcionam luz de tonalidade branco-azulada.

Luz estimulante ideal para ambientes onde o ser humano deve estar ativo ou produtivo, tais como escritórios, indústrias ou academias de ginástica.

Índice de Reprodução de Cores (IRC): indica a capacidade que uma fonte luminosa tem de reproduzir fielmente a cor do objeto por ela iluminado.

O IRC varia de zero a 100: quanto maior esse índice, maior será a fidelidade das cores.

•fluorescentes compactas têm IRC de 85;•fluorescentes de última geração com cor e IRC de 90;•Incandescentes e halógenas dicróicas têm IRC de 100;

•Fluxo luminoso (lúmens)

•Intensidade luminosa (candela):

•Iluminâncias

lux, que equivale a um lúmen por metro quadrado.O olho humano adapta-se a grandes variações de iluminância, como apenas três lux em noites de lua cheia, 5 mil lux em dias nublados ou cem mil lux ao meio-dia de um dia claro de verão.

•luminância: é que enxergamos da luz (candelas por metro quadrado).

Como se mede a eficiência de uma lâmpada?

• Halógenas bipino de 50 watts - 930 lumens

• Fluorescentes compactas de 18 watts - 1 200 lumens

• Fluorescentes T8 trifósforo de 32 watts - 2 700 lumens

• Fluorescentes T5 de 28 watts - 2 900 lumens

• Vapor metálico de 400 watts - 36 mil lumens

• Vapor de sódio de alta pressão de 400 watts - 47 mil lumens outras

•Os antigos reatores eletromagnéticos grandes e pesados, que funcionam em 60 hertz.

•Os reatores eletrônicos trabalham em 35 kilohertz, economizam energia e evitam a intermitência conhecida como cintilação e o efeito estroboscópico, ambos responsáveis pelo cansaço visual.

Reatores

Endura - Fluorescente com bobina eletromagnética no lugar do filamento para fazer a indução do mercúrio (vida útil para aproximadamente 60 mil horas).

Vapor de mercúrio de alta pressão - Já foi muito usada na iluminação pública seu princípio de funcionamento é exatamente igual ao das fluorescentes.

Sódio - Atualmente usada na iluminação pública, a lâmpada de sódio oferece luz amarela e monocromática o que distorce as cores - seu IRC é de no máximo 30.

A partida requer reator específico e ignitor (espécie de starter que eleva a tensão na hora da partida para 4 500 volts).

•Tipo de lâmpada também conhecida como metálica, contém iodetos metálicos. Seu funcionamento é similar ao da lâmpada de sódio - requer reator e ignitor para elevar a tensão de partida.

•Tem grande iluminância, IRC de 90 e é indicada para locais onde é necessário haver iluminação profissional, como quadras de tênis, grandes eventos, jogos de futebol etc.

Multivapores metálicos

Acendimento automático das luzes nas cidades

RDL

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Física, Tecnologia e SociedadeIluminação nas cidades: onde chegamos?

Revelar completamente o ambiente e desvelar sinceramente a ciência.Ivan do Amaral Amorosino