Utilizarea Energiei Electrice

1. Probleme generale

Sursele moderne de lumină sunt dispozitive de utilizare ce convertesc energia electrică în radiaţii electromagnetice cu diverse lungimi de undă. Conversia energetică se realizează prin fenomenele de incandescenţă şi luminiscenţă.

Incandescenţa constă în emisia de radiaţii vizibile ca urmare a creşterii temperaturii unui corp numit radiator termic. Luminiscenţa este proprietatea materiei de a emite lumină atunci când particulele componente, atomi sau molecule, sunt excitate prin alte procedee decât cele termice. În ambele situaţii radiaţiile luminoase, caracterizate prin - [380, 760]nm, sunt generate ca urmare a trecerii electronilor din stări energetice superioare în stări energetice scăzute. Diferenţa dintre cele două fenomene constă în modul de excitare al substanţei şi, implicit, în distribuţia spectrală e- = f(- ) a fluxului energetic e. Astfel, corpurile solide incandescente – categorie în care se includ şi lămpile incandescente – au spectru de radiaţii continuu, în timp ce substanţele fluorescente prezintă un spectru de linii sau de benzi.

Spectrele de radiaţie, în special cele continue (fig.1.1), permit evaluarea următorilor indicatori ai surselor de lumină:

- randamentul optic

[W/W]

- efectul vizual util

[Wl/W]

- eficacitatea luminoasă a sursei

[lm/W]

- eficacitatea luminoasă a montajului

[lm/W]

în care: e- - densitatea spectrală de flux energetic, W/m;

V- - eficacitatea luminoasă spectrală relativă;

- 1 = 380 nm, - 2 = 760 nm – limitele domeniului vizibil al spectrului;

STAS, PSTAS – fluxul luminos şi puterea electrică standardizate ale sursei de lumină, în lm şi respectiv W;

Pb – pierderi de putere pe elementele auxiliare de circuit necesare corectei funcţionări a sursei de lumină, W.

Din punct de vedere al compoziţiei spectrale a luminii emise, sursele de lumină se caracterizează prin:

- temperatura de culoare Tc reprezintă temperatura radiatorului integral la care se obţine o culoare asemănătoare cu cea a sursei examinate;

- temperatura de culoare corelată Tcc reprezintă acea temperatură a radiatorului integral la care culoarea acestuia se apropie cel mai mult de cea a sursei studiate.

Sub aspect energetic, sursele de lumină se caracterizează prin durata de funcţionare D definită ca timpul după care fluxul luminos scade la 80% din valoarea iniţială. După depăşirea acestui timp, funcţionarea lămpii devine neeconomică din punct de vedere energetic.

2. Lămpi cu incandescenţă

Lampa cu incandescenţă este un transformator de energie electrică în energie luminoasă. Conversia energetică se realizează pe baza efectului Joule-Lenz al curentului electric ce aduce la incandescenţă un filament metalic ce va emite atât căldură cât şi lumină. Ca element de circuit, lampa cu incandescenţă este un rezistor neliniar, inerţial, cu o caracteristică volt-amper simetrică (fig.1.2).

Spectrul de radiaţie al lămpii este continuu, extinzându-se asupra domeniilor vizibil şi infraroşu. Mărirea temperaturii filamentului conduce la sporirea eficacităţii luminoase a sursei (legea Stefan-Boltzmann), care are valoarea maximă de 98 lm/W pentru radiatorul integral aflat la temperatura de 6500K. La temperaturi mai mari eficacitatea luminoasă scade (legea deplasării maximului) deoarece este imposibil de a obţine un izvor de lumină care să emită numai în domeniul vizibil al spectrului.

Lămpile cu incandescenţă, deşi prezintă o mare varietate de tipuri constructive, pot fi grupate în:

- lămpi cu incandescenţă clasice

- lămpi cu incandescenţă cu halogeni

2.1. Lămpile cu incandescenţă clasice

Principalele elemente constructive sunt balonul din sticlă, filamentul metalic şi soclul (fig.1.3).

Balonul sau anvelopa lămpii are rolul de a evita contactul dintre aerul atmosferic şi filament. El are forme diferite (standard, sferic, lumânare, pătrat) în funcţie de destinaţia izvorului de lumină, dar în toate situaţiile corespunde unei suprafeţe izoterme de cel mult 150C a filamentului lămpii.

Baloanele din sticlă clară transmit în totalitate lumina, dar prezintă o luminozitate ridicată, jenantă. Din acest motiv se preferă baloanele din:

- sticlă mată cu asperităţi obţinută pe cale chimică sau mecanică;

- sticlă lăptoasă ce are în compoziţie oxizi de thoriu sau fosfor;

- sticlă opală (opalină) obţinută prin acoperirea sticlei clare cu un strat de sili-caţi, sau prin includerea în masa sticlei a unor suspensii de ipsos, talc, oxizi de plumb etc.