Transcript Lâmpada incandescente

Diretoria de Ensino de Votorantim
Oficina Pedagógica
Adriana Ribeiro - PCOP de Física
4° Encontro IFUSP/Escola
Curso: Energia – Prof. Cláudio Furukawa
Usos finais de energia
Iluminação
Cláudio Furukawa
IFUSP
ASPECTOS GERAIS DA
ILUMINAÇÃO
• Funções: tráfego noturno, segurança contra
criminalidade, atividades noturnas de lazer e
trabalho.
• Exemplos da importância da iluminação: Em
1973/74, durante a crise energética na
Inglaterra, a iluminação pública das ruas foi
reduzida em 50%. Essa redução causou um
aumento no número de acidentes noturnos,
fatais, da ordem de 12%, com um custo adicional
de 8 milhões de dólares. Nesse mesmo período, a
economia de energia elétrica foi de apenas 150
mil dólares.
A Iluminação no Brasil
• O consumo total de eletricidade no país se
•
•
divide da seguinte forma: setor de comércio e
serviços – 13%, setor residencial – 25% e setor
industrial – 46%.
Na cidade de São Paulo, a participação da
iluminação no consumo de eletricidade no setor
residencial chega a 12%, enquanto chega a
60% no setor de comércio e serviços e, no setor
industrial, é de apenas 3,3%.
Portanto, cerca de 12 a 17% da energia elétrica
consumida no Brasil é destinada à iluminação,
adicionando-se 3,3% da eletricidade, somente
para a iluminação pública.
TIPOS DE LÂMPADAS
• LÂMPADA INCANDESCENTE
• LÂMPADA DE DESCARGA GASOSA
Lâmpada incandescente
• A lâmpada incandescente produz luz pelo
aquecimento (Efeito Joule) de um
filamento devido à passagem de corrente
elétrica. Este aumento de temperatura é
capaz de produzir radiação no espectro
visível.
• Embora estas lâmpadas sejam as mais
comuns, são também as menos eficientes.
Lâmpada incandescente de
100W
• Características:
• Bulbo de vidro
• Filamento de tungstênio (temperatura aproximada de
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2500 oC)
Baixa eficiência
Entra 100 W
5W
Visível
61W
Infravermelho
34W
Condução + Convecção
22W
Condução
12W
Convecção
Lâmpada de descarga
• A luz é produzida pela passagem de corrente
•
elétrica (descarga elétrica num gás ou vapor
ionizado), o que permite que os elétrons das
camadas superiores dos átomos do gás
absorvam energia passando a níveis de energia
mais elevados.
Entretanto, estes níveis de energia estão em
configurações não estáveis e os elétrons tendem
a voltar à configuração original nos níveis de
energia. Neste retorno, os elétrons emitem
radiação visível e ultravioleta invisível, sendo
esta última absorvida pelo pó fluorescente do
tubo e re-emitida na faixa do visível.
Lâmpada de descarga de 36W
(fluorescente comum)
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•
•
Características:
Tubo cheio de gás, com eletrodos
Após a ionização do gás – Descarga – Corrente elétrica
Cor / espectro – depende do gás (desexcitam emitindo luz em freqüência
definida
• Os átomos excitados se desexcitam através da emissão de fótons
• Entra 36W
• 1,2W
Visível
• 22,2W
Ultravioleta (UV)
• 5,9W
• 6,5W
• 0,2W
8,8W
Visível (Fluorescente)
Perdas térmicas nos eletrodos
Perdas térmicas na coluna de descarga
Ultravioleta (UV)
Tipos de lâmpadas
Lâmpada
Potência Eficácia
Vida média
Incandescente 100 W
15 lm/W
1000 h
Fluorescente
30 W
69 lm/W
7500 h
Fluorescente
compacta
11 W
82 lm/W
5000 h
Vapor de Hg
250 W
50 lm/W
15000 h
Vapor de Na
250 W
104 lm/W 18000 h
Níveis de iluminação
Tipo de atividade
Iluminância
(lux)
Áreas públicas, locais de curta
permanência, depósitos
20 a 200
Auditórios, trabalhos brutos de
maquinaria
200 a 500
Escritórios, salas de aula, trabalhos
médios de maquinaria
500 a 1.000
Tarefas visuais exatas, eletrônica
1.000 a 10.000
10.000 a 20.000
Tarefas visuais muito especiais,
cirurgia
Índice de reprodução de cores (IRC)
• As cores dos objetos que vemos, depende da natureza da
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•
•
luz que os ilumina.
A luz produzida por algumas lâmpadas é semelhante à luz
do Sol, cuja reprodução de cor é considerada “verdadeira”
(alto IRC).
Outras lâmpadas, podem produzir luz que torna difícil a
distinção de cores (baixo IRC).
Há casos em que é necessário se ter uma boa reprodução de
cor, tal qual à luz do dia, por exemplo, em hospitais,
trabalhos de impressão, floriculturas, lojas de roupas,
museus, estádios, açougues, etc.
Na indústria, bastará , muitas vezes, poder discriminar as
cores entre si, ou no caso de iluminação pública e
iluminação de segurança, em que não há grande
necessidade de reconhecer-se as cores. Nestes casos, é
mais importante, reconhecer os detalhes dos objetos
iluminados.
A reprodução de cores também é importante para a criação
de um ambiente agradável, por exemplo, em locais de
encontro e diversão, tais como restaurantes.
IRC - Foto iluminada com lâmpadas
diferentes
Lâmpada
incandescente
Lâmpada
fluorescente
Lâmpada de vapor
de sódio
Radiações ultravioleta e
infravermelha
• Radiações eletromagnéticas com
comprimentos de onda além do violeta e
abaixo do vermelho do espectro visível.
Radiação ultravioleta
• Os limites da faixa espectral da radiação
ultravioleta não são bem definidos
• São geralmente considerados como sendo
entre 100 e 400 nm, subdivididos em 3
faixas:
Faixas da radiação UV
• UV–A (Ultraviolet A) de 315 a 400 nm : Atravessa a
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maioria dos vidros e praticamente não produz eritema
ou bronzeamento na pele. Causa fluorescência em
alguns materiais e reação fotoquímica em outros.Usado
em diversos processos industriais.
UV–B (Ultraviolet B) de 280 a 315 nm: Tem efeito
de eritema e pigmentação (bronzeamento) sobre a pele.
Forma vitamina D no corpo.Usada para fins terapêuticos.
UV–C (Ultraviolet C) de 100 a 280 nm: Tem forte
efeito germicida matando bactérias, fungos no ar ou em
superfícies expostas. Não penetra na maioria das
substâncias. Em comprimentos de onda inferiores a 200
nm, é absorvida pelo ar e forma ozônio que tem
propriedades desodorizantes, mas também danifica o
organismo em certas concentrações.
Cuidados com a radiação UV
• UV–B e UV–C necessitam de certos cuidados na
•
•
sua aplicação. Exposições prolongadas a estas
radiações, provocam eritema e irritações nos
olhos (conjuntivite).
A luz solar tem muita UV–A, pouca UV–B e
nenhuma radiação UV–C.
As principais fontes de radiação de UV são
lâmpadas de descarga, como as de vapor de
mercúrio de baixa pressão.
Radiação infravermelha (IR)
• Considera-se a radiação infravermelha
numa faixa entre 780 nanômetros e
1milímetro.
• Para finalidades práticas, esta radiação é
subdividida em 3 faixas:
Faixas da radiação IR
• IR–A (Infrared A) de 780 a 1400 nm
• IR–B (Infrared B) de 1400 a 3000 nm
• IR–C (Infrared C) de 3000 a 1mm
Aplicações da radiação IR
• Toda radiação poderá ser absorvida e
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transformada em calor, porém, a região IR–A
tem efeito mais forte de aquecimento dentre
todos os tipos de radiação.
A radiação infravermelha (IR–A) é invisível, mas
pode ser sentida como calor, sendo usada em
aplicações tais como na indústria, agricultura,
uso terapêutico como massagem e para
amenizar dores musculares, etc.
Percepção de movimentos e a luminosidade
• Uma demonstração simples de ser realizada para demonstrar o efeito que
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o nível de iluminação inadequada pode causar na percepção de
movimentos, é o descrito inicialmente em 1922, pelo físico alemão Carl
Pulfrich.
Um pêndulo simples de aproximadamente 60 cm oscilando a uns 3 metros
do observador. O plano de oscilação do pêndulo deve ficar perpendicular à
linha de visão do observador.
Coloca-se um filtro escuro (que pode ser uma lente de vidro escura de
óculos de sol ou um papel celofane) na frente de um dos olhos.
A impressão que se tem é que o pêndulo passa a girar em um círculo
enquanto oscila.
Repetindo-se o procedimento, colocando-se o filtro escuro na frente do
outro olho, o pêndulo parece girar em um sentido contrário ao anterior.
A explicação para este efeito: a imagem menos luminosa que se forma na
retina chega ao cérebro com um pouquinho de atraso com relação a
imagem mais brilhante. Este atraso causa uma defasagem nos estímulos
elétricos que chegam ao cérebro, que passa a interpretar como um
deslocamento do objeto para frente ou para trás, dependendo da direção
do movimento do pêndulo.
Portanto, um nível de iluminação inadequado para uma determinada tarefa,
pode causar ilusão de ótica que pode dificultar a realização da mesma ou,
em certas situações, até ocasionar acidentes.
Cones e bastonetes
• Na retina existem cerca de 7 milhões de cones e 120 milhões de
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bastonetes.
Os cones são sensíveis às cores, só detectam luz de intensidade
relativamente alta e se localizam numa região mais central da
retina chamada de fóvea.
Os bastonetes se localizam na região periférica da fóvea, não
permitem a percepção das cores.São muito mais sensíveis à luz.
Ficam desativados para altos níveis de iluminação como na luz
do dia (visão diurna), sendo ativados em níveis de iluminação
mais baixa (visão noturna).
Na fóvea, praticamente não existem bastonetes, que são
fotorreceptores de alta sensibilidade. Como os cones são pouco
sensíveis e não funcionam em níveis de iluminação muito
baixos, resulta que a fóvea é um ponto cego nesta situação.
Em ambientes com pouca luminosidade, a melhor imagem não
é obtida olhando-se diretamente para o objeto, mas deslocando
o eixo visual cerca de 20 graus, a fim de sensibilizar mais os
bastonetes.
Pêndulo de pulfrich
Efeito estroboscópico das lâmpadas de descarga
gasosa
• Uma das desvantagens das lâmpadas de descarga gasosa é o
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efeito estroboscópico que produzem, ao contrário das
lâmpadas de filamento, que praticamente não possuem este
efeito.
Como a tensão de alimentação é do tipo alternada, as
lâmpadas de descarga piscam de acordo com as oscilações
dessa tensão.
Um motor cujo eixo gire em alta rotação, numa freqüência
igual ou próxima da freqüência em que a lâmpada pisca, pode
parecer estar parado ou girando em baixa rotação, podendo
causar acidente de trabalho.
Por este motivo, em locais onde haja possibilidade de ocorrer
este problema, é recomendado o uso de pelo menos duas
lâmpadas ligadas em circuitos diferentes (fases diferentes),
que farão com que as "piscadas" estejam defasadas, evitando
o efeito estroboscópico..