Como funcionam as luzes fluorescentes e por que elas são às vezes barulhentas

Como funcionam as luzes fluorescentes e por que elas são às vezes barulhentas

Composto por um tubo selado revestido no interior com um pó de fósforo e preenchido com (geralmente) argônio e um pouquinho de mercúrio, a maneira pela qual os bulbos fluorescentes produzem luz é extremamente fascinante.

Embora os mecanismos físicos subjacentes no dispositivo elétrico e no bulbo possam variar um pouco no projeto, em poucas palavras, uma luz fluorescente funciona através de dois eletrodos em cada extremidade do tubo emitindo elétrons à medida que eles se aquecem. Eventualmente, um arco é criado (através de mecanismos variados, dependendo do design do dispositivo elétrico e do bulbo), com os elétrons disparando através do bulbo através do gás ionizado de um eletrodo para o outro; enquanto se movem através do tubo, o minúsculo pedaço de mercúrio no bulbo é vaporizado e, à medida que os elétrons colidem com seus átomos, ele excita os elétrons nos átomos para níveis mais altos de energia. No entanto, esse nível de energia mais alto é instável e pós-colisão, à medida que os elétrons retornam rapidamente ao seu nível de energia original, eles liberam fótons, embora a luz ultravioleta (UV) na maioria das vezes que os seres humanos não podem ver. Não é uma fonte de luz muito útil neste momento!

Os fótons na luz UV, por sua vez, excitam os elétrons no fósforo que está cobrindo o bulbo, fazendo com que eles se afastem de seus núcleos para um estado mais elevado; os elétrons de fósforo retornam rapidamente ao seu estado original, quando liberam energia na forma de fótons, mas desta vez principalmente no espectro visível humano, criando a maior parte da luz visível que torna essas lâmpadas úteis em edifícios de escritórios. mundo todo.

Agora, para o zumbido - Ausentes medidas preventivas, a corrente no tubo fluorescente subiria para níveis perigosos devido ao fato de que a resistência elétrica do gás ionizado no tubo cai progressivamente à medida que se aquece. Então, sem algo posto em prática para impedir que a corrente suba muito, isso seria um problema em cascata. Eventualmente, pode virar o seu disjuntor ou a lâmpada pode explodir. Seja qual for o caso, suas luzes parariam de funcionar rapidamente.

Para gerenciar isso, lâmpadas fluorescentes são equipadas com um lastro de algum tipo. Este lastro classicamente vem na forma de um núcleo de ferro envolto em fio de cobre. O resultado é um dispositivo que retarda o crescimento da corrente, mantendo-a a um nível seguro para que a lâmpada funcione eficientemente. Importante para a discussão do zumbido é que a eletricidade energiza o lastro para produzir um campo magnético. Isto é, na verdade, como este tipo de lastro funciona em primeiro lugar - à medida que mais corrente é passada, o campo magnético fica maior, opondo-se à mudança no fluxo de corrente e assim retardando seu crescimento o suficiente para a corrente alternada (CA) para mudar de direção, com ela caindo para zero e voltando na direção oposta no processo.

Taxas de corrente alternada padrão são geralmente de 60 Hz a.k.a. 60 ciclos por segundo (como nos Estados Unidos) ou 50 Hz (como no Reino Unido). Apropriadamente nomeado, para metade de um ciclo de CA, a carga da corrente se move em uma direção e, na segunda metade, a carga se move na outra direção.

Toda essa alternância afeta o campo eletromagnético do lastro, já que a cada vez que a corrente muda de direção (a cada meio ciclo), a polaridade do ímã também muda; então, como o eletroímã flutua com o dobro da frequência da corrente alternada, sua taxa de oscilação é de 100 Hz ou 120 Hz, dependendo do país em que você está.

Durante essas flutuações no campo magnético, o núcleo do lastro é espremido fisicamente e liberado em um processo chamado magnetostrição que, a uma freqüência de 100 Hz ou 120 Hz, produz o zumbido infame.

É claro que nem todos os aparelhos de lâmpadas fluorescentes são iguais, e isso se deve a diferenças no tipo de lastro do aparelho, tamanho, como o lastro é montado, projeto de fixação e o grau em que os tetos, paredes, chapas metálicas, etc. abafar ou amplificar o som.

Como um incômodo comum, a indústria publica "classificações de som" para reatores e até mesmo recomenda em quais configurações diferentes classificações são apropriadas. Por exemplo, os reatores com classificação “A” são os mais silenciosos (20 a 24 decibéis) e são recomendados para bibliotecas, igrejas, áreas de recepção e estações de TV e rádio, enquanto apenas um nível “C” (31-36). decibéis) é recomendado para uma "área geral de escritório", e as lojas de varejo podem obter classificações "D" (37-42 decibéis).

Para aqueles que odeiam o zumbido (ou talvez tenham problemas com a enxaqueca induzida pelas lâmpadas fluorescentes e sua luz bruxuleante), o lastro eletrônico (ao contrário dos magnéticos da velha escola) está disponível e é até bastante comum hoje, como em geral encontrado em lâmpadas fluorescentes compactas (CFLs). Estes balastros operam tipicamente a uma taxa drasticamente superior a 100 Hz ou 120 Hz, geralmente acima de 20.000 Hz. Deve-se notar, no entanto, que se você mudar para um desses reatores eletrônicos em sua luminária antiga (algo que é surpreendentemente barato de se fazer), você precisa trocar suas lâmpadas fluorescentes por uma variedade que é classificada para funcionar com o seu novo lastro.

Fatos do bônus:

  • Peter Cooper Hewitt é creditado com o arranque da lâmpada fluorescente.Embora Thomas Edison e Nikola Tesla tenham brincado com lâmpadas fluorescentes no final do século 19, foi Hewitt quem criou a primeira lâmpada que agitava o vapor de mercúrio com uma corrente elétrica em um tubo regulado por um reator. Lançando uma estranha luz azul-esverdeada, ela não pegou. No entanto, no final da década de 1930, as empresas de iluminação nos EUA haviam produzido opções comercialmente viáveis ​​e, na década de 1950, as lâmpadas fluorescentes em operações maiores tornaram-se comuns.
  • Fluorescente mudou-se para a casa em meados da década de 1980 com o advento das lâmpadas fluorescentes compactas (CFL), embora a 25-35 dólares por lâmpada e uma incapacidade de se encaixar bem nos equipamentos existentes, eles não se tornaram populares até os últimos anos. Hoje, com o design melhorado e a um custo abaixo de US $ 2 por bulbo, as lâmpadas fluorescentes compactas se tornaram muito mais comuns, embora os balastros eletrônicos integrados percebam que essas lâmpadas têm um tempo de vida drasticamente menor do que as estimativas nos rótulos.
  • Considerado o bulbo do futuro, os diodos emissores de luz (LEDs) também estão se tornando mais populares. Somente em 2012, quase 50 milhões de substituições de lâmpadas LED produziram uma economia anual de energia de cerca de US $ 675 milhões e esse número continua aumentando e aumentando a cada ano.

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