Lumina artificiala
Din cele mai vechi timpuri oamenii au inventat diverse lucruri pentru a-si face viata mai usoara. Descoperirea focului a reprezentat un pas colosal in evolutia omenirii. Focul dadea nu numai caldura dar si lumina. Nimeni nu stie cata vreme s-a scurs de cand omul a folosit pentru prima oara un fitil intr-un vas cu grasime animala dar cert este ca s-au gasit lampi primitive scobite in roci calcaroase sau gresie ,datand din jurul anului 80 000 i.e.n. In Iran, s-au gasit lampi cu ceramica vechi de cateva mii de ani.
Dupa relatarile biblice in templul lui Solomon , in sec. X i.e.n., existau lumanari facute din grasimi animale. Acestea se mai folosesc si astazi in temple dar ele au aparut in locuinte abia in Evul Mediu.
Perioada moderna a luminatiei a inceput insa cu inventarea lampii cu petrol. De la acest prim pas in crearea luminii artificiale au trecut mai bine de 200 de ani. Sa urmarim succint evolutia luminatiei.
Prima lampa cu petrol a parut in 1784 , invenata de catre elvetianul Ami Argand. Lampile lui aveau fitil cu tub; aerul intra printr-o gaura laterala si iesea prin interiorul fitilului. Flacara dadea o lumina puternica si rezulta o cantitate mica de funingine. Mai tarziu lampile Argand au folosit parafina ceea ce imbunatatea calitatea flacarii. Parafina se foloseste si azi in lampile Tilley moderne.
Urmatorulpas in crearea luminii artificiale a fost folosirea gazului iluminator. Astfel in 1798 William Murdor a iluminta o pestera din apropierea casei lui din Cornwall prin arderea unui astfel de gaz luminator , apoi dupa 12 ani a folosit acelasi procedeu pentru iluminarea casei din Redruth, dupa care a incercat iluminarea unei fabrici din apropierea Birmingham-ului. Prima strada iluminata cu gaz a fost strada Pall Mall din Londra , in 1807. Iluminarea cu gaz s-a raspandit pana in 1830 in aproape toata Europa si in principale orase ale Americii de Nord. Folosirea gazului pentru iluminat a facut un mare pas inainte prin folosirea lampii cu plasa incandescenta. Aceasta a fost prezentata pentru prima oara in 1885 de catre baronul von Welsbach. El a fixat o plasa incandescenta de un tub care facea amestecul gaz-aer. Daca amestecul era aprins plasa lumina cu o lumina stralucitoare, alba si calda. Aceasta metoda care era foarte eficienta a concurat electricitatea - urmatorul pas in iluminatul artificial - pana in anii treizeci.
Deci urmatorul pas in producerea luminii artificiale este folosirea curentului electric.
Primele lampi cu curent au fost elaborate in 1809 de Sir Humphrey Davy . Aceste lampi erau lampi cu arc carbonic : la cei doi poli ai unei baterii era fixata o bagheta de carbon acestea atingandu-se la locul contactului, producand o luminp alba , incandescenta ; daca acestea erau indepartate la aproximativ 10 cm distanta , se obtine un arc luminos alb , puternic. Pana in 1850 lampile cu arc electric au luminat temorar strazile oraselor Paris, Londra, New-Yorrk, Berlin. Prima lampa cu arc electric permanenta a fost instalata in 1862 in farul Dungeuness.
Desi lumina lampilor cu arc carbonic era foarte puternica , dezavantajele - si anume sunt mari, greoiae, produc multa murdarie, necesita reglaj permanent - a dus la cautarea altor solutii. Astfel cercetatorii au experimentat trecera unui curent elctric printr-un filamnet subtire , bun conducator de curent ; filamnetul se incalzeste pana la incandescenta , emitand lumina.
Primul bec incandescent numit apoi simplu "bec" a fost inventat de Sir Joseph Swan in 1878, care a introdus o bucata subtire de celuloza intr-un glob de sticla care apoi a fost inchis ermetic. El a incalzit apoi filamentul, a aspirat gazele obtinand vid in interiorul globului.
La un an dupa aceasta Thomas Edison - si de numele acestuia este legata invenatrea becului si nu de a predecesorului sau - a elaborat un bec in care filamentul era un fir subtire ,carbonizat de bambus, iar in 1882 a construit prima centrala electrica la New-York, centrala care producea curent suficient pentru 10 000 de becuri.
Incepea era electricitatii.
Astazi filamentul incandescent al becului este reprezentat dintr-o spirala de wolfram . Curentul electric il incalzeste pana la 2700 grade Celsius. La aceasta temperatura emite o lumina alba, puternica.
Intensitatea luminii se masoara in lumeni iar randamentul se obtine prin raportarea luminii produse la curentul consumat.
Un inconvenient al becului cu wolfarm este ca atomii de wolfram se evapora de pe suprafata filamentului si se condenseaza pe suprafata interioara a invelisului de sticla. Astfel, invelisul se intuneca si filamentul se evapora treptat, se subtiaza si se rupe iar becul se arde.
Pentru reducerea evaporarii filamentului becrile se umplu cu argon sau nitrogen gazos, dar evaporarea nu poate fi oprita complet. Cresterea temperaturii face ca evaporarea sa fie mai rapida dar lumina este mai alba, mai naturala si mai stralucitoare. S-a ales o solutie de compromids: becurile au o durata de 1000 de ore dar lumina este mai galbena decat cea naturala.
Un pas mai inainte a fost utilizarea lampilor cu wolfram-halogn. Evaporaea a fost mult incetinita prin introducerea in interiorul becului o cantitate mica de halogen , iod sau brom. Acesyia formeaza compusi insrtabili cu wolframul , care dupa evaporare se condenseaza pe filament si nu pe suprafata interioara a invelisului de sticla. Dar halogenul reactioneaza si cu sticla asa ca becul trebuie fabricat din cuart, ceea ce creste pretul . Aceste lampi pot functiona la temperaturi mari dand o lumina puternica mai alba fara sa scada durata de functionare.
De la inceputul anilor '30 se folosec lampile cu descarcare electrica in mediu gazos. Din primele modele a fost evacuat aerul , apoi au fost umplute cu cantitati mici de neon. Pe cei doi electrozi aflati la capetele tubului s-a conectat curent de mare tensiune. Intre electrozi se produc descarcari electrice emitand o lumina purpurie. Deoarece din tuburi se puteaiu modela liter acestea au fost repede utilizate pentru panourile publicitare. Astfel s-a nascut iluminarea cu neon , care invadeaza toate marile orase ale lumii.
In afara de neon s-au experimentat si alte gaze. Lampile cu sodiu , de exemplu, functioneaza sub o presiune scazuta de aburi , emit o lumina galbena , monocroma si sunt folosite la iluminarea strazilor, astazi randamnetul unei astfel de lampi find de 200 lumeni/watt.
s-a foosit si mercurul in interiorul lampilor dar lumina era prea verde si oamenii sau obiectele luminate pareau fantomatice. La sfarsitul anilor 1930 aburilor de mercur li s-au adaugat substante fluorescente pentru a suplini lipsa luminii rosii. Asa a inceput iluminarea cu tubi luminosi. Lampile mercurice cu descarcare electrice lumineaza astazi foarte multe birouri moderne. Acestea folosesc alaruri de aburul de mercur cantitati mici de argon . Presiunea aburului e mica, se emit radiatii ultraviolete si nu vizibile. Interiorul este captusit cu substante fluorescente care activeaza sub influenta razelor ultraviolete , pe care le absorb, apoi emit lumina vizibila. Prin amestecarea in proportii diferite a substantelor fluorescente se poate obtine aproape orice culoare.
Urmatorul pas in evolutia lampilor mercurice cu mare presiune a fost amestecarea unui compus de metal rar in aceste lampi, care avea o flouererscenta rosie , ceea ce compensa componenta rosie a luminii. Prin inserarea unui circuit electric adecvat , puteu fiu ineserate in duliile becurilor obisnuite. Avantajele acestor lampi : erau mai mici decat tubul fluorescent , consumau putin de curent electric si produceau putina caldura. In functie de amestecul dintre aburul de mercur aflat sub mare presiune si diverse metale - thaliu, disproziu, indiu, sodiu- componenta culorii se amelioreaza . Randamentul acestor lampi , cu metal halogenid este de 80-85 lumeni/watt iar lumina este aproape naturala. In marile studiouri se folosesc astfel de lampi cu putere de 1000 de wati, inchise in clopot de reflector de sticla presata. Ele au inlocuit si lampile cu arc carbonic folosite in spatiile exterioare de catre televiziune.
O modalitate de creste fidelitatea componentei cromatice este cresterea presiunii aburului in interiorul lampilor dar intervine neajunsul ca la presiuni inalte sticla tubului nu rezista la actiunea chimica a aburului de sodiu ce produce temperaturi de 700 grade Celsius. Pentru rezolvarea acestui luccru s-au invenat diverse metode cum ar fi tuburi din oxid de aluminiu, ceramica sau cuart , sau captusirea tubului de sticla cu pulbere de dufuziune. Savantii experimenteaza acum tuburi cu xenon , care emit o lumina cu co componneta cromatica aprope la fel ca cea naturala. Dar ce ne rezerva viitorul in privinta electroluminescentei - proprietae ce ar face ca peretii si tavanul sa fie fluorescenti - deocamdata nu stim.
Cercetari privind lumina , componentele ei folosirea si producerea ei se intreprind si in alte directii. In industrie se folosesc lampi specilae capabile sa porneasca anumite reactii chimice , razele infrarosii si ultraviolete sunt folosite si in medicina. Astfel se folosec endoscoape cu lampi ce patrund in corpul bolnavului fara a produce rani superficiale si se pot efectua interventii chirurgicale mici ce necesita vizibilitate buna. Prin fibrele optice se pot aborda locuri imposibil de luminat cu lampi traditionale iar laserul - fascicol luminos subtire, intens -situat la capatul fibrei optice in interiorul endoscopului poate fi folosit pentru a rezolva probleme organice interne. Laserul se foloseste in medicina pentru rezolvarea multor probleme dar asta esta ea insasi alta problema. Ca de altfel si folosirea laserului in tehnologiile militare ca de exemplu in bmbele cu ghidare prin laser. Evenimentele din Golful Persic de acum cativa ani au demonstrat importanta acestor arme. Dar toate acestea -laser, fibre optice- sunt lucrurui extrem de complicate care depasesc insa competenta noastra.
De la prima lampa cu seu la prima lampa cu gaz au trecut mii si mii de ani , dar dupa aceasta pasii au fost mult mai rapizi iar rezultateele din ce in ce mai spectaculoase. Iar ceea ce se obtine in prezent , utilizarea laserului, a fibrelor optice si altele reprezinta fiecare in parte, am putea spune, capitole de sine statatoare in istoria omenirii. Depinde numai de aceasta de a sti sa foloseasca in scopul binefacerii si nu al distrugerii toate descoperirile si realizarile.
