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Lampada - LAMPADE A OLIO

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                                               Lampada

La lampada è un dispositivo usato per l'illuminazione artificiale. Esempi antichi di  lampada possono essere considerate le torce a lunga durata, costituite da fasci di rami resinosi, legati insieme e intrisi di grasso o di olio.

                LAMPADE A OLIO  
Non è nota l'origine delle lampade a olio, già di uso comune in Grecia intorno al IV secolo a.C.: erano recipienti aperti di pietra, argilla, osso o conchiglia, in cui veniva bruciato grasso animale o vegetale. In seguito si passò a contenitori parzialmente chiusi, con un foro di uscita per lo stoppino di lino o di cotone: il combustibile raggiungeva per capillarità l'estremità dello stoppino, dove bruciava. Le grandi lampade dell'epoca greca e romana erano dotate di un gran numero di stoppini per produrre una luce più intensa. Nell'Europa del Nord la più comune forma di lampada era un vaso aperto di pietra contenente grasso animale, in cui veniva infilato lo stoppino. Lampade di questo tipo sono tuttora in uso presso gli eschimesi. Intorno al XVIII secolo fu conseguito un importante miglioramento nella tecnologia delle lampade a olio, grazie all'introduzione di stoppini piatti, capaci di produrre fiamme più larghe di quelle ottenute con i tradizionali stoppini cilindrici. Il chimico svizzero Aimé Argand inventò lo stoppino tubolare, inserito tra due cilindri cavi concentrici di metallo, di cui quello interno, che si estendeva fino al fondo del serbatoio di combustibile, garantiva l'alimentazione della lampada. Argand introdusse anche il caratteristico tubo di vetro che, oltre a proteggere la fiamma dal vento, induceva un tiraggio che migliorava l'alimentazione della lampada, e quindi la sua efficienza, evitando la produzione di fumo. Il principio dell'alimentazione a cilindri di Argand venne in seguito adattato alle lampade a gas.



                LAMPADE A GAS
All'inizio del XIX secolo, il gas illuminante divenne di uso comune per l'illuminazione delle città. Le lampade a gas erano di tre tipi: con bruciatore di Argand; con bruciatore a coda di pesce o ad ala di pipistrello, in cui il gas scaturiva da una fessura o da una coppia di fori, generando una fiamma sottile; e a gas a incandescenza, in cui la fiamma di gas riscaldava al calor bianco una cappa di rete di ossido di torio. Nei luoghi in cui non era possibile l'approvvigionamento di gas, si continuò a utilizzare le lampade a stoppino con serbatoio d'olio. Il combustibile più diffuso per queste lampade, fino a circa la metà del XIX secolo, fu l'olio ottenuto dal grasso di balena, soppiantato in seguito dal petrolio illuminante (Cherosene), più pulito, economico e sicuro. Una lampada a gas piuttosto comune, specialmente nelle zone agricole, era la lampada portatile ad acetilene, costituita da due serbatoi sovrapposti, contenenti acqua (quello superiore) e carburo di calcio (quello inferiore): dalla reazione chimica, che si innescava a mano a mano che l'acqua, cadendo a gocce, veniva in contatto con il carburo, si sviluppava il gas, che usciva da un beccuccio e produceva una fiamma bianca e brillante. Il flusso di acetilene si controllava semplicemente regolando il gocciolamento dell'acqua.

                LAMPADE ELETTRICHE  
Sul finire del secolo XIX tutte le forme di illuminazione a combustibile lasciarono spazio alle lampade elettriche a incandescenza e a fluorescenza. Tuttavia in alcune zone rurali, non ancora raggiunte dalla rete di distribuzione dell'energia elettrica, si usano ancora lampade e lanterne (ossia lampade protette, e quindi trasportabili) a petrolio o a cappa incandescente. Tali lanterne sono state anche di uso comune nei campeggi, fino all'avvento dei GPL (gas di petrolio liquefatti) in bombolette portatili.

L'illuminazione elettrica è ottenuta attraverso diversi dispositivi che convertono l'energia elettrica in luce. I primissimi esperimenti di illuminazione elettrica furono condotti dal chimico britannico Humphry Davy, che realizzò archi elettrici e che portò a incandescenza mediante corrente elettrica sottili fili di platino in aria. A partire dal 1840 circa furono brevettate diverse lampade a incandescenza, ma nessuna di esse ebbe successo commerciale fino a quando, nel 1879, l'inventore statunitense Thomas Alva Edison produsse la sua lampada a filamento di carbone. Durante lo stesso periodo, furono sviluppate numerose lampade ad arco. Il primo dispositivo di questo tipo d'uso pratico fu installato nel faro di Dungeness, in Inghilterra, nel 1862. Lo statunitense Charles Francis Brush produsse la prima lampada ad arco commercialmente valida nel 1878. Intorno al 1907 si sostituì il filamento di carbone col filamento di tungsteno (caratterizzato da alta temperatura di fusione e da particolare resistenza a sbalzi termici) nelle lampade a incandescenza, e pochi anni dopo si introdusse l'uso del gas inerte. Le lampade fluorescenti furono introdotte nel 1938.

                TECNOLOGIA  
Se una corrente elettrica attraversa un conduttore non perfetto, una parte dell'energia viene dissipata sotto forma di calore. Poiché a temperature maggiori di circa 500 °C ogni corpo diviene incandescente ed emette luce, un conduttore riscaldato da una corrente elettrica oltre tale temperatura funziona da sorgente luminosa. La lampada a incandescenza è costituita da un filamento di materiale ad alto punto di fusione racchiuso in un bulbo di vetro in cui è stato praticato il vuoto, o che è stato riempito con un gas inerte. È necessario usare filamenti ad alto punto di fusione perché il rapporto fra la quantità di luce emessa dal filamento e il calore prodotto è tanto maggiore quanto più alta è la temperatura; le lampade più efficienti sono quindi quelle in cui il filamento raggiunge temperature molto elevate. Nelle prime lampade commerciali venivano utilizzati filamenti di carbone, ma nei dispositivi moderni si impiegano sottili filamenti di tungsteno. Il filamento deve essere posto nel vuoto o in atmosfera inerte, altrimenti reagirebbe con l'ossigeno atmosferico, bruciando. L'uso di un gas inerte inoltre permette di rallentare la volatilizzazione del filamento, prolungando così la durata della lampada. Molte delle moderne lampade a incandescenza sono riempite con un miscuglio di argo o cripto e di alogeni gassosi o di piccole quantità di azoto. Un radicale mutamento costruttivo si è ottenuto sostituendo al classico bulbo di vetro un più resistente tubetto di quarzo.

In una lampada a incandescenza la luce è prodotta da una corrente elettrica che, fluendo attraverso un sottile filo di tungsteno (filamento) lo riscalda per effetto joule fino a circa 3000 °C. Per evitare la combustione del filamento, la lampadina viene riempita di un gas inerte (una miscela di azoto e argon o, preferibilmente, di kripton) che permette di raggiungere temperature più elevate, e quindi di ottenere una luce più intensa.



                ALTRI TIPI DI LAMPADE  
Il funzionamento delle lampade a scarica è dovuto alla ionizzazione e alla conseguente scarica elettrica che si producono in gas o vapori metallici a bassa pressione quando sono attraversati da corrente elettrica. Tipici esempi sono le lampade a vapori di mercurio, che forniscono una intensa luce blu-verde e sono usate in fotografia e nell'illuminazione stradale, e le lampade al neon usate nelle insegne luminose. Nelle più recenti lampade a scarica si aggiungono altri metalli al mercurio e al fosforo per migliorarne il colore e l'efficienza. Una potenza luminosa senza precedenti si è ottenuta con le lampade a vapori di sodio ad alta pressione racchiusi in tubi di materiale ceramico translucido e trasparente.
Le lampade fluorescenti sono un altro tipo di lampade a scarica usate per la normale illuminazione. Si tratta di lampade a vapori di mercurio a bassa pressione racchiusi in un tubo di vetro ricoperto internamente da uno strato sottile di materiale fluorescente detto scintillatore. La radiazione emessa dalla scarica nei vapori di mercurio è costituita principalmente da radiazione ultravioletta, che è di per sé invisibile ma ha la capacità di eccitare lo scintillatore, provocando l'emissione di luce visibile. Le lampade a fluorescenza hanno numerosi e importanti pregi. Con una scelta opportuna della composizione dello scintillatore è possibile produrre una luce qualitativamente molto simile a quella del giorno. L'efficienza di queste lampade è molto alta (per cui sono anche dette "a risparmio energetico"): un dispositivo da 40 watt produce luce equivalente a quella di una lampada a incandescenza da 150 watt. Inoltre, a parità di potenza luminosa, queste sorgenti luminose producono meno calore delle lampade a incandescenza.

La luce al neon, che viene largamente impiegata nelle insegne pubblicitarie, ma anche nei sistemi di segnalazioni aeree, si ottiene facendo passare della corrente elettrica tra gli elettrodi di un tubo a scarica contenente neon a bassa pressione. La corrente eccita gli atomi di neon, che emettono l'energia ricevuta sotto forma di luce visibile.

 
Un progresso nel campo dell'illuminazione elettrica è costituito dai cosiddetti pannelli luminosi, basati sul fenomeno dell'elettroluminescenza. In questi pannelli il materiale fluorescente è suddiviso in granuli (fosfòri) che vengono incorporati in un sottile strato di materiale non conduttore, come plastica, posto tra due piastre conduttrici, una delle quali è di materiale translucido, come ad esempio vetro ricoperto da un sottilissimo strato di ossido di stagno. Applicando una tensione alternata alle piastre conduttrici (elettrodi), le particelle dello scintillatore risultano sottoposte a un campo elettrico alternato che ne eccita la luminescenza. I pannelli luminosi possono servire a molti scopi, ad esempio per illuminare i quadranti di orologi e di apparecchi radio, per rendere visibili i contorni dei gradini delle scale o per realizzare pareti luminescenti. Tuttavia il loro uso è limitato dall'eccessivo consumo di corrente richiesto per l'alimentazione di impianti di grandi dimensioni.



Quando si accende una lampada a fluorescenza, uno starter fornisce energia agli elettrodi di un tubo elettronico; questi emettono elettroni che ionizzano il gas inerte (argon) contenuto nel tubo stesso. Nel plasma così generato si crea un flusso di elettroni che eccita gli atomi di mercurio, pure presenti nel tubo, i quali, diseccitandosi, emettono luce ultravioletta. Quest'ultima viene convertita in luce visibile di un colore prescelto dalla sostanza (generalmente fosforo) di cui è rivestito internamente il tubo.

Si producono diversi tipi di lampade elettriche per usi speciali come per la fotografia o nell'illuminazione a giorno. In genere sono lampade a bulbo di forma tale da agire come riflettori, con un rivestimento interno di alluminio che funziona da specchio. I proiettori usati negli studi di ripresa cinematografica o televisiva sono lampade a incandescenza che funzionano a temperatura superiore a quella consueta, per ottenere una emissione di luce più intensa e colori più netti e definiti. La durata di queste lampade è di sole due o tre ore mentre quella delle lampade normali varia da 750 a 1000 ore. Le lampade lampo (flash), usate in fotografia quando la luce ambiente è insufficiente, producono un singolo intenso lampo di luce che dura pochi centesimi di secondo: funzionano per combustione di un sottilissimo filo o foglio di alluminio, aggrovigliato all'interno di un bulbo di vetro riempito di ossigeno. La combustione è innescata dal riscaldamento di un piccolo filamento interno al bulbo. Sempre più diffuso è tuttavia il flash elettronico, costituito da una lampada stroboscopica a scarica in gas, caratterizzata da alta velocità di scarica.




 

DESCRIZIONE DELLE PRESTAZIONI DI VARIE TIPOLOGIE DI LAMPADA

DEFINIZIONI DI GRANDEZZE

GRANDEZZE FOTOMETRICHE

Flusso luminoso - è la quantità di luce emessa da una lampada in un secondo. Si misura in lumen (lm)

Efficienza luminosa - è il rapporto tra il flusso luminoso e la potenza elettrica assorbita. Si misura in lumen per watt (lm/W). Infatti due lampade di diverso tipo possono assorbire la stessa potenza ma emettere un flusso luminoso diverso. Quella che emette un flusso luminoso maggiore ha una maggiore efficienza luminosa.

Illuminamento - è il flusso luminoso per metro quadro. Si misura in lux (lux = lm/mq).

RESA DEI COLORI

Un oggetto, che non emette luce propria, appare di un certo colore perché riflette quelle determinate radiazioni luminose. Risulta ovvio che tali radiazioni devono essere presenti nell'emissione della lampada per essere riflesse.

In una buona illuminazione devono essere presenti tutte le lunghezze d'onda visibili. Per le lampade esiste l'indice di resa cromatica (IRC) che può assumere un valore massimo di 100. Un IRC=85-100 indica un'ottima resa cromatica. Questa è buona tra i 70 e gli 85 e discreta tra i 50 e i 70.

TEMPERATURA DI COLORE

Nel valutare l'emissione di sorgenti luminose viene presa in considerazione anche la temperatura di colore, misurata in gradi kelvin (K). Bassi valori della temperatura di colore corrispondono a tonalità calde e viceversa alti valori corrispondono a tonalità fredde. Ad esempio una luce bianca calda per interni si aggira sui 3000 K e una luce bianca per grandi magazzini si aggira sui 4000 K. La luce diurna supera i 5000 K.

 

LAMPADE AD INCANDESCENZA

La lampada ad incandescenza è la più comune nelle nostre case. Sfrutta l'effetto Joule in quanto un filamento di tungsteno viene riscaldato dal passaggio della corrente elettrica e diviene incandescente. Il bulbo in vetro permette di creare il vuoto all'interno della lampada in modo che il filamento non possa bruciare.

L'impiego è molto semplice poiché la loro accensione è immediata, non sono richieste apparecchiature ausiliarie e la resa dei colori è ottima (IRC=100). Purtroppo hanno una bassa efficienza luminosa (8-15 lm/W) e una vita limitata (1000 ore), se confrontata con altri tipi di lampade. La temperatura di colore è 2700 K con elevata emissione di calore. Variazioni nella tensione di alimentazione si riflettono sensibilmente sul flusso luminoso.

 

LAMPADE ALOGENE

Sono anch'esse lampade ad incandescenza e quindi sfruttano lo stesso principio. Nel bulbo sono introdotte piccole quantità di gas alogeno che danno luogo a un processo che riporta sul filamento il tungsteno volatilizzato.

Esistono lampade alogene del tipo rappresentato in figura, ma sono in commercio anche lampade con normale attacco a vite o quelle miniaturizzate alimentabili in bassa tensione. Queste ultime possono essere dotate anche di specchio ellittico, parabolico o dicroico.

Anche le lampade alogene hanno accensione immediata, non richiedono apparecchiature ausiliarie e hanno un'ottima resa dei colori (IRC=100). Hanno una efficienza luminosa superiore alle normali lampade ad incandescenza (16-25 lm/W) e una vita doppia (2000 ore), ma hanno un costo decisamente più elevato, una maggiore temperatura di funzionamento e sono più delicate. La temperatura di colore va dai 2900 K ai 3000 K.



Il bulbo non deve essere toccato con mani nude, poiché le tracce lasciate innescano un processo di devetrificazione.

Esistono lampade alogene miniaturizzate, alimentate anche a bassa tensione (6-12V) con e senza specchio.

LAMPADE TUBOLARI FLUORESCENTI

Queste lampade fanno parte della categoria delle lampade a scarica nei gas. Per accendersi hanno bisogno di una tensione di innesco che si crea grazie allo starter e quindi di un dispositivo che limiti la corrente di funzionamento ovvero del reattore.

La loro efficienza luminosa è più alta di quella delle lampade ad incandescenza (40-90 lm/W) e la durata può arrivare alle 10000 ore. Purtroppo hanno bisogno di apparecchiature ausiliarie (starter e reattore), hanno grandi dimensioni e generalmente non hanno un'accensione immediata e non si possono usare con regolatori di luce. La resa cromatica ha valori che variano, a seconda dei modelli, da IRC=65 a IRC=85. La temperatura di colore può andare dai 1700 K ai 6500 K. La durata risente del numero di accensioni e le basse temperature possono ridurne sensibilmente il flusso.

LAMPADE FLUORESCENTI COMPATTE

Le apparecchiature ausiliarie, di tipo elettronico, fanno parte integrante della lampada stessa, che può essere quindi avvitata a un portalampada come una normale lampada ad incandescenza.

L'efficienza luminosa e la durata sono simili a quelle delle lampade fluorescenti normali, però le dimensioni sono nettamente inferiori, poiché il tubo risulta ripiegato più volte.

Poiché la durata risente del numero di accensioni, sono particolarmente adatte dove la lampada deve rimanere in funzione ininterrottamente per lungo tempo. Non possono essere usate con regolatori di luce.

Altre lampade generalmente non utilizzate in ambito domestico

LAMPADE A VAPORI DI MERCURIO

Utilizzate generalmente per illuminare grandi edifici di tipo industriale hanno bisogno di un apposito alimentatore (Accensione in 4-5 minuti; riaccensione dopo alcuni minuti di raffreddamento). Efficienza luminosa 30-60 lm/W - Temperatura di colore 2900-4200 K - Durata 10000 ore

Lampade a luce miscelata: facili da usare - Efficienza luminosa 11-26 lm/W - Temperatura di colore 3500 K - Durata 3000-4000 ore. Lampade ad alogenuri metallici: hanno bisogno di alimentatore e di accenditore - Efficienza luminosa 67-94 lm/W - Temperatura di colore 4000-4600 K - Durata 5000 ore.

LAMPADE A VAPORI DI SODIO

Ad alta pressione: hanno bisogno di alimentatore e di accenditore, emettono luce "bianco-oro" e l'efficienza luminosa è di 65-125 lm/W. La temperatura di colore è 1900-2100 K. Di durata 10000 ore.

Esistono nuovi tipi che non necessitano di accenditore, per cui possono utilizzare lo stesso alimentatore delle lampade a vapori di mercurio.

A bassa pressione hanno bisogno di alimentatore e di accenditore, emettono luce monocromatica (gialla). Efficienza luminosa 123-179 lm/W con temperatura di colore 1800 K. Durata 10000 ore.

LAMPADE AD INDUZIONE

Realizzazione recente, efficienza luminosa 65 lm/W. Temperatura di colore 3000-4000 K e di Durata 60000 ore.

Nella lampada al plasma, anche detta globo di plasma, c'è una differenza di potenziale tra il centro del globo e la sfera esterna.
La sfera è riempita con un gas inerte, che ha la proprietà di essere più facilmente ionizzato di un gas non-inerte.
La differenza di potenziale (ovvero il campo elettrico) ionizza parzialmente il gas, creando filamenti di plasma (cioè regioni con elevata concentrazione di elettroni ed ioni positivi). Gli ioni positivi si muovono nella direzione del campo elettrico e gli elettroni in direzione opposta (si genera quindi una corrente). Nel loro moto ioni ed elettroni urtano gli atomi del gas e producono emissione di luce e quindi i filamenti di plasma appaiono fortemente luminosi.
Gli elettroni degli atomi urtati possono saltare in stati ad energia più elevata (eccitazione); il loro ritorno allo stato fondamentale avviene con emissione di luce (se l' energia dell'urto è sufficiente a strappare l'elettrone dall'atomo, gli urti possono anche creare altri ioni ed elettroni).







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