História da Lâmpadas Elétricas e Eletrônicas.

Lâmpada Edison.
Uma Réplica da Primeira Lâmpada de Edison. 1878.

Autor: Alberto Federman Neto, AFNTECH, 2019.

Escrito em 11 de Março de 2019 e revisto,  atualizado, em 3 de Maio  de 2019.

A imagem que ilustra o Artigo é uma réplica da primeira lâmpada incandescente d Edison, 1878. ALVA EDISON, T. Patente Americana, US223898A, 1880.

1. Cronologia das Lâmpadas:

Inicialmente, uma Sinopse sobre as datas de invenção das principais lâmpadas elétricas e eletrônicas:


1809. Humphry Davy. Primeira lâmpada elétrica, Lâmpada de arco de carvão.
1835. James Bowman Lindsey. Primeira lâmpada incandescente, experimental.
1857. Johann Heinrich Wilhelm Geissler . Primeira lâmpada de arco metálico no vácuo.
1870. William Crookes. Lâmpadas de Raios-X. Na época, Crookes não sabia a natureza das radiações emitidas. Raios Catódicos (Karl Ferdinand Braun. 1897). Os Raios-X foram descobertos em 1895 por Wilhelm Conrad Röntgen, na radiação emitida pelas lâmpadas de Crookes.
1878. Thomas Alva Edison. Primeira lâmpada incandescente patenteada, e produzida em escala comercial.
1882. E. A. Scribner. Primeira lâmpada halógena. Modernas: Elmer Fridrich e Emmett Wiley, 1959.

1897. Walther Hermann Nernst. Lâmpada Nernst . Foi a primeira lâmpada infravermelha e de calor.
1900. Daniel McFarlan Moore . Lâmpada Neon. Melhorada por Georges Claude, entre 1902 -1910.
1901. Peter Cooper-Hewitt. Lâmpada de Vapor de Mercúrio. Ele também descobriu, em 1903, que elas produziam UV. Primeiras lâmpadas de ultravioleta.
1926. Edmund Germer Primeira Lâmpada fluorescente. Modernizadas em 1927 por Albert W. Hull,
1935-1937. William H. Byler, Lâmpada de Luz Negra.
1938. George E. Inman, e colaboradores: Richard N. Tayer, Eugene Lammers e Williard A. Roberts . Fluorescentes tubulares modernas.
1941. Daniel S. Gustin. Lâmpada de Vapor e Sódio.
1949. J. N. Aldington. Lâmpada de xenônio. Lâmpada Xenon.
1961-1966. Gary Pitman e J. R. Biard. o primeiro LED.
1976. Edward E. Hammer, lâmpada fluorescente compacta, (outro Link)
1985-1990 e 2001-2005. Pesquisas de Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura, Japão, levaram ao LED azul, que possibilitou, combinando com os LEDs verdes e vermelhos, criar a primeira lâmpada branca de LED, em I995, mas difundida após , 2001, patenteada em 2005.

2. Introdução:

Este Artigo trata da História completa das lâmpadas elétricas e eletrônicas, mas não aborda os métodos de iluminação anteriores, como tochas, velas, lâmpadas a óleo, lamparinas de querosene etc…

Em 1747, o Filósofo Natural, Físico e Químico Inglês (nacionalidade Britânica, mas nasceu em Nice, França) Sir Henry Cavendish, havia medido a condutividade elétrica (que implica na resistência à passagem da corrente elétrica) de vários materiais (REIF-ACKERMAN, S. Rev. Bras. Ens. Fis, 33, 4602, 2011).

3. Complemento. Observações Importantes sobre Cavendish:

Outras descobertas importantes de Cavendish: Ele descobriu o gás Hidrogênio, estabeleceu com precisão a composição do ar:

By careful measurements he was led to conclude that “common air consists of one part of dephlogisticated air [oxygen], mixed with four of phlogisticated [nitrogen]”

Referências Originais Primárias. Artigo: CAVENDISH, H. “Experiments on Air”, Trans. Roy. Soc. 75, 372, 1785 (Links: 1, 2, 3, 4).( Veja The Full Wiki, Henry Cavendish Wikis)
No que concerne à composição do ar (MARQUES, A.J. FILGUEIRAS, C.A.J. Quim Nova, 33, 1512, 2010).

Cavendish unifica e corrige algumas observações dos Pioneiros: Priestly (BLUMENTHAL, G. Found. Chem., 10, 2018) (descobridor do Oxigênio) , Lavoisier (Link 2) (TOSI, L. Quim. Nova, 12, 33, 1989) (Descobridor da natureza do Oxigênio), Scheele (SCHEELE, K.W. “Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer “, “Tratado Químico Sobre o Ar e o Fogo“, 1777. Online, Biblioteca Nacional da França, BNF, Gallica, Tradução Francesa de DRIETRICH, P.F.D., 1781) ( Scheele havia observado o Oxigênio, mesmo antes de Lavoisier e de Priestly).

Cavendish estabelece que o ar é composto de Oxigênio e Nitrogênio e um “resíduo” onde, cerca de 100 anos depois os escocêses Raleigh e Ramsay irão descobrir o Argônio, e os outros gases nobres.

Também Cavendish e Priestly investigaram a natureza do calor. Cavendish opõem-se à Hipótese do Calórico (dos Aristotélicos, Pitagóricos, de Democrito e do Químico Escocês Joseph Black), defendida por Lavoisier.(LA SOUCHÈRE, M.C. “Le Calorique, ou L’Erreur de Lavoisier.”, La Recherche, França, 2013).

Este havia derrubado de vez o Flogisto (CARVALHO, R.S. Sci, Stud.; 10, 2012), mas em 1777, defendia o Calórico em sua publicação, posterior (LAVOISIER, A. “Réflexions sur le Phlogistique” Mem. Acad. Royal. Scienc. 1783) citado na Wikipedia e em ENDRIZZI, F. “História do Conceito Calor”, 2016). Veja também SOUSA E BRITO, A.A; Ciênc. Technol. Mat. 20, 51, 2008.

Curiosamente, o Flogisto, derrubado por Lavoisier,em 1777, ainda era ardorosamente defendido por outro famoso Químico, o Francês Marcellin Pierre Eugène Berthelot, em 1890. (BERTHELOT, M. “La Révolution Chimique de Lavoisier”, 1890).

Cavendish também havia investigado a natureza da Eletricidade. Foi ele que descobriu que fios metálicos conduziam a eletricidade. (MAXWELL, J.C. CAVENDISH, H. “Electrical Experiments of Henry Cavendish.” Experimentos feitos entre 1731-1810, coletados pela Cambridge University, Cambridge, Inglaterra. Cambridge University Press, em 2010 e postado no Research Gate).

Feitas estas importantes observações sobre o bonito trabalho desses pioneiros, voltemos às lâmpadas.

4. Efeito Joule:

Muitos Físicos e Filósofos Naturais, que estudaram a Eletricidade Dinâmica, até por volta de 1800 (tais como Volta, Ampere, Galvani e ∅rsted (SABATTINI, R.M.E., “The Discovery of Bioelectricity.” Brain and Mind Magazine, 2, 1998) (RAFAEL, P.; “Luigi Galvani, Física e Cidadania”, 2014) já haviam observado que fios finos esquentavam e derretiam com a corrente elétrica.

Mas foi o Físico Inglês James Prescott Joule, em 1840, quem estudou o fenômeno a fundo. (JOULE, J.P.; “On the Heat Evolved by Metallic Conductors of Electricity, and in the Cells of a Battery During Electrolysis.”, Phil. Mag. 19, 260, 1841)

Fios metálicos finos se aqueciam quando percorridos por corrente elétrica. O efeito Joule não foi bem aceito no início, mas foi confirmado pelo Físico Estoniano Heinrich Friedrich Emil Lenz, em 1842.

Isso posto, fios elétricos se aqueciam, mas, e a luz? Você sabe, empíricamente, e esses pioneiros observaram, que as resistências elétricas ligadas, se aquecem e ficam vermelhas! Desse modo (WITTMANN, A. “Lâmpada Incandescente já é um Fato Histórico”, 2013) (CAVALIÉRE, I, Fundação Fiocruz, InVivo Ciência, Lâmpada Incandescente) , trabalhando a resistência e o bulbo, pode-se fazer uma lâmpada.

5. História das Lâmpadas. (Outro Link)  Lâmpada a Arco de Carvão:

Existem lâmpadas de vários tipos. LUZ, J.M. “Curso de Luminotécnica.” UNICAMP.

Com o intuito de obter luz, cumpre citar os iniciais e complexos experimentos (1801 e 1802) de Humphry Davy, aquecendo ou fazendo arcos voltaicos entre fios de platina ou bastões de carvão, com um arranjo feito com muitas pilhas Volta (em 1809) mas seus aparelhos, lâmpadas elétricas, não eram nada práticos, nem baratos e permaneceram como curiosidades de laboratório.

Após 1809, a partir dos primeiros estudos de H. Davy , culminaram nas lâmpadas de arco de carvão, o primeiro tipo de lâmpada elétrica para iluminação. Nelas, um arco voltaico gera luz, quando ocorre entre eletrodos de grafite ou de carvão de retorta (é o mesmo carvão usado nos eletrodos das pilhas comuns) (BAIO, J.A.F; RAMOS, L.A.; CAVALHEIRO, E.T.G “Construção de Eletrodo de Grafite Retirado de Pilhas Comuns.” Quim. Nova, 37, 1078, 2014) Veja também: “Early Light Bulbs“.

Em 1815, ele já as tinha aperfeiçoado, e já havia inventado a lâmpada de segurança para os mineiros de carvão. Mas as lâmpadas de arco foram muito melhoradas em 1876-1878, pelo engenheiro Russo Pavel Nikolayevich Yablochkov. Passaram a ser fabricadas.

As lâmpadas a arco de carvão foram usadas para iluminação pública até a década de 20 (usando modernizações de design técnico, tipo Siemens ou Brush) (Exemplo, em Paris, 1878) (Londres, 1881) (Chicago, 1893) (Wabash, Indiana, EUA, 1880).

Mas no Brasil e outros países: antigamente iluminados por lampiões a óleo e depois lampiões de gás . A luz elétrica pública só chegaria em São Paulo, S.P. em 1905, mas antes já existia em Campos dos Goitacazes, R.J. (1883); Rio Claro, S.P (1890) e Rio de Janeiro R.J (1904). Detalhes da iluminação pública em São Paulo.

As lâmpadas a arco continuaram a ser usadas , mas apenas em Fotografia, filmagem e projeção de cinema, (Link 2) até os anos 40 ou 50 do século XX.

Eu mesmo, menino, ví algumas, funcionando! Não se deve olhar direto para elas, pois a luz tem muito UV.

Atualmente, lâmpadas de arco são feitas apenas como recreação, brincadeira científica: Vídeos (1, 2, 3 , 4 e 5) .

6. Lâmpadas Incandescentes:

O primeiro tipo de lâmpada incandescente prática e “usável”, baseada no futuro “Efeito Joule” (publicado alguns anos depois), se deve ao Inventor Escocês James Bowman Lindsay, em 1835. Este pode ser considerado o “inventor”.

Vários inventores trabalharam  (exemplo o Russo Alexander Lodygin) nas lâmpadas incandescentes, até antes do Inventor e Empresário Americano Thomas Alva Edison. Destacam-se alguns, dentre eles, os Inglêses Warren de La Rue, e Sir Joseph Swann, por sua brigas com Edison. Também Tesla havia investigado a luz incandescente.

Vocês diriam: “Então, Thomas Edison não inventou a lâmpada Elétrica?”. Sim, de uma certa forma, ele não a inventou, e sim, Lindsay… Mas as lâmpadas desses primeiros inventores queimavam muito rápido e eram instáveis, e pouco práticas, não industrializáveis etc…

Mas Edison passou à história como o “Pai da Lâmpada Incandescente“, pois foi com ele, a partir de 1879, que se conseguiu fazer lâmpadas incandescentes de boa durabilidade e em escala comercial,  Início, só existiam nos EUA. A Phillips da Holanda as industrializou a partir de 1891 e distribuiu na Europa.

Evolução da Lâmpada Edison
Modificações de Edison, de sua Lâmpada Original.

Fonte da Imagem: AleeLee, 13’s.”The Invention and Innovation of the Light Bulb.Timetoast, 2015.

E elas se espalharam pelo mundo, nas fábricas, nas casas e nas ruas das cidades (Veja: CARVALHO, L.“História da Iluminação Pública no Brasil”, 2019).

Aqui, cabe uma ressalva. Claro está, que para ter luz elétrica nas cidades e nas casas é preciso ter energia elétrica nas ruas. Houve uma grande controvérsia, briga mesmo, entre Tomas Alva Edison e o genial, pioneiro mas de temperamento complicado, Engenheiro Servo-Croata Nikola Tesla. (Link 2). Sobre Tesla, recomendo, assistam “O Mestre dos Raios“.

Edison fazia suas linhas elétricas de transmissão em baixa “voltagem” e corrente contínua. Veja: School of Arts and Sciences, Rutgers University, New Jersey, EUA: Edison Papers, New York Electric Lines, 1884 e Electric Light and Power Patents. Isso exigia fiação grossa e havia muita perda (WIRFS-BROCK, J. 2015) em distâncias grandes, linhas elétricas grandes. Disso discordava Tesla, que preconizava elevação de tensão elétrica e transmissão em corrente alternada.

O tempo provou que Tesla estava certo! As linhas de transmissão atuais (NUNES, E.J., “Linhas de Transmissão de Energia Elétrica.” ) (MENESES, V.P.; SIQUEIRA DE LIMA, A.C., Universidade Federal do Rio de Janeiro, Engenharia Politécnica, Projeto de Graduação, 2015) derivam das de Tesla, são em alta tensão e corrente alternada.

Nos postes e torres, transformadores fazem a redução da tensão aos níveis utilizáveis nas casas e nas ruas.

Entretanto, o sonho de Tesla (BECCA, M. “Tesla’s Dream” , 2013) era fazer transmissão de energia sem fio, baseado em circuitos modificados de sua “Bobina de Tesla” (Links: 1, 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8 , 9)

Bobina Tesla.
Centelhas de uma Grande Bobina de Tesla.

Fonte da Imagem: Galeria da Tesla Systems Research. EUA.
Veja: (WILSON, K. “The Tesla Coil, Design, Construction and Operation Guide.” 2018) e (BADUR, L.B.; BARRETO, G., MANERA, L.T.;ATTUX, R. “Bobina de Tesla, História e Construção Didática.” XLIV Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia, 2016).

Isso nunca foi conseguido em escala grande, apenas em pequenas distâncias (Links: 1, 2, 3, 4) (HAUTSCH, O. “Energia Elétrica sem Fio.“, 2009) (FREITAS, F. “Transmissão de Energia sem Fio.” 2012) (SHIBUKAWA, G.D.; GOVEIA, E.D.; ANDREOLA, R.; SILVA, E.C.M. “Transmissão de Energia sem Fio: Estudo por Indução Eletromagnética e Acoplamento Magnético Ressonante.” 2016), pois há problemas: perda de energia, formação de muita luz ultravioleta e ozônio, o que prejudicaria os seres vivos, e ainda formação de fortes campos eletromagnéticos e ondas de rádio, que interferem e podem fazer mal, e ainda o perigo de pessoas ou objetos aterrados atraírem os raios.

Voltando a Edison e às lâmpadas, ele pode ser considerado “O Cara” que inventou a lâmpada incandescente barata, prática e que funciona bem, possibilitando que fossem usadas em todo Mundo.

As primeiras lâmpadas de Edison usavam filamento de papel queimado, ou tecido de algodão queimado. Depois passou a usar o carbono obtido pela queima de filamentos de bambú, á vácuo, e mais tarde metais, platina, ósmioo tântalo e o tungstênio, (uma imagem de lâmpada de tântalo) com o qual se obtém maior durabilidade, eficiência luminosa, e maior corrente, “amperagem”, devido à menor resistência interna.

As lâmpadas de tântalo surgiram no início do século XX (1902), inventadas pela Siemens, Alemanha.  Mas foram totalmente substituídas pelas de tungstênio, mais barato e melhor. Em 1910, já não existiam mais Lâmpadas de tântalo.

Primeira lâmpada  de filamento metálico de tungstênio: Do Inventor Croata  Franjo Hanaman, 1904. BROOKES, K. “Tungsten Shone Light, on the Way to a Very Prosperous Future.” Met. Powder Rep. 63, 10m 2008.  Industrializadas sob a marca Húngara “Tungsram“.

Depois foram industrializadas por Thomas Edison, em 1909, sob a marca “Mazda” da GE. General Electric. Aqui, temos a foto de uma antiga lâmpada de tungstênio marca Mazda, Esta é uma Tungsram de fabricação Austríaca. Aqui, temos uma GE-Mazda Americana dos anos 60. Eis uma Tungsram refletora, da Estônia.

As antigas lâmpadas (até os anos 60) eram com ampôla a vácuo (eu vi algumas funcionando nos anos 60), mas as modernas, atuais, usam gás inerte na ampôla (argônio ou nitrogênio.

Em geral elas usam, no Brasil e Europa, soquetes de padrão E27, 27 mm.  Americanos de origem, 26 mm,  mas hoje conhecidos porpadrão Europeu” (“European Screw Base“). E27 é o mais comum, embora existam outros tamanhos.

Esses soquetes são padronizados internacionalmente: IEEE , IEC e ABNT.  Veja “Edison Screw“. Os soquetes modernos tem como base oParafuso de Edison” (antigo padrão Americano E26, agora Europeu E27, 27 mm). Foram desenvolvidos por Thomas Edison em 1890, e aplicados, licenciados em 1909, nas lâmpadas da marca “Mazda, da GE, General Electric. Uma Figura de antigas lâmpadas Edison, marca Mazda, soquete E26 de latão, fabricadas antes de 1922. Uma lâmpada tipo Mazda, de filamento de tungstênio, soquete E26, mas fabricada em Ohio, EUA, em 1910.

Patente Original : EDISON. T.A. Patente Americana, US438310A ,1890. Modernização de Parafuso de Edison: PAGNUTTI, B.; DI, L. Patente Européia, Italiana, EP20020425031, 2008. SHTEYN, E. Blog Pessoal, 2013.

Eu tenho um abajur, com luz de três níveis, de 1980, réplica de estilo Art-Nouveau, com Lâmpadas incandescentes miniatura, de soquete  pequeno, tipo Edison E12.

Lâmpadas Miniatura.
Lâmpadas do Abajur: Incandescente, Miniatura, Vela, Soquete E12.

Abajur Estilo Antigo.

As lâmpadas incandescentes, por seu consumo alto de energia e baixa eficiência luminosa, estão caindo em desuso, e estão até proibidas no Brasil e em muitos países. O fato é que mesmo as halógenas (Veja Item 7), já estão proibidas na Europa.

Mas pela moda “Retrô ou Vintage”, no mundo, as Lâmpadas “tipo Edison” de filamento de carbono, voltaram a ser fabricadas (mas modernizadas e mais duradouras) e são usadas como elemento decorativo.

7. Variantes das Lâmpadas Incandescentes. Nernst, Halógenas, Infravermelhas, Fotográficas etc… :

Como uma variante da lâmpada incandescente, se pode citar a lâmpada do Físico e Químico Alemão Walther Hermann Nernst. Lâmpada Nernst ( inventada em 1897).
Invés do filamento de tungstênio, usava-se um bastão de cerâmica, que ficava incandescente com a passagem da corrente elétrica. Nas primeiras versões, a cerâmica só se tornava condutora após aquecimento, o que exigia uma resistência elétrica acoplada.

Lâmpadas Nernst foram usadas em iluminação (ex: Madison, Wisconsin, EUA, 1900), mas gastavam muita energia elétrica e quando a “voltagem” diminuía, o espectro da luz se deslocava da luz visível branca, para o infravermelho, aí produzindo muito calor.

Contudo, foi muito usada para produzir luz infravermelha nos velhos, antigos espectrofotômetros de infravermelho (VINHAS, D. “Espectrometria no Infravermelho“, 2014) (lâmpada “Globar”). (BENTLAGE, M. “Sources of Infrared Radiation”, 2008)

Outra variante da lâmpada incandescente é a lâmpada halógenaNela, o filamento de tungstênio, invés de estar na ampôla principal, o bulbo, este tem, dentro, um segundo bulbo, em alto vácuo , feito de quartzo ou de vidro aluminosilicato. Nele, está o filamento. No bulbo, introduz-se uma pequena quantidade de halogênio, iodo, ou às vezes, bromo.

Para que você entenda, veja como ela é. Note a segunda ampôla. Às vezes, invés de alto vácuo, enche-se o segundo bulbo com argônio ou xenônio (são gases nobres inertes).

Halogena de 500 W.
Lâmpada Halógena Moderna de 500 Watts, para Refletores. Fonte da Imagem: Alibaba e XINDA, China.
Halogena 70 W
Lâmpada Halógena de 70 W. Para uso Doméstico. Fonte da Imagem: Eletrônica Castro.

As lâmpadas de halogênio foram inventadas a muito tempo, 1882, mas eram experimentais e não eram industrializadas.
Houve as primeiras modificações comerciais, como a da Phillips, 1955, (Emmett Wiley e Elmer Fridich, 1955. “The Lightning Resource. History of the Light Bulb”, 2017). Só se tornariam práticas e produzidas em escala comercial, após 1959, patenteadas pela GE, General Electric. (STANDLER, R.G. “History of Electric Lamps in the USA.” 2011).

Esta é uma lâmpada halógena minha. Uma halógena refletora (para quadros ou vitrines), azul, marca Sylvania, de 50 W. (Existem também as de 80 W ou mais):

Lâmpada Halógena.
Lâmpada Halógena de 50 W, Refletora, Marca Sylvania. 2012. Foto: AFNTECH, 2019.

Como funcionam? (MARCOS, A. “Como Funciona uma Lâmpada Halógena de Tungstênio.” 2017).

Nas incandescentes convencionais, o tungstênio do filamento vai evaporando e o bulbo vai escurecendo, e o filamento, com o uso, acaba por se romper ou queimar.

Nas halógenas, como o vácuo é mais perfeito ou existe o gás inerte, e existe o halogênio, o tungstênio se combina com o iodo (ROHRIG, B. Chem Matters, “Chemistry of the Light Bulb.” 11, 2003) e o iodeto de tungstênio formado se dissocia (WHITE, J.E. Surf. Chem., 7, 93, 1967) regenerando o metal do filamento e o iodo. (MAYER, D.W. Patente Americana, US3416022A, 1965).

Até recentemente, lâmpadas halógenas não eram muito usadas em iluminação doméstica ou das ruas. Eram muito usadas em farois de carros. No Brasil, também. Ví várias, nos anos 60, 70 e 80. Veja estas antigas patentes, de 1970 a 1983. Exemplo, um par de faróis de halogênio, Inglêses, marca “Land Rover“:

Faróis Halógenos.
Faróis com Lâmpadas Halógenas, para Carros. Marca “Land Rover”, Inglaterra. 1965.

Fonte da Imagem:  “Vintage Warehouse” e “Ebay“. EUA.

Mas a ineficiência luminosa das incandescentes e o alto consumo de energia, fez com que isso mudasse e trouxe as halógenas para as casas . As halógenas passaram a ser usadas como proposta de substituição às incandescentes.

De início, eram apenas  as dicróicas. Veja esta patente de 2006. Elas eram de baixa voltagem, 12, 24 Volts, e necessitavam de transformadores abaixadores de tensão. Depois, vieram outros formatos, veja este Artigo de 2013.

Para média e alta tensão (127 ou 220 V) e com soquete universal, soquete comum, E27 (são as halógenas parecidas com as incandescentes comuns). Elas surgiram em 1997, após a Patente Alemã (de Thomas Noll e Roland Stark. Treuhand Gesselschaft fur Elektrische Gluhlampen MbH. Subsidiária da Siemens.

Elas apareceram e no Brasil, começaram a ser facilmente encontradas no comércio após 2013.

Há outras modificações das incandescentes.

Lembre o fato de que numa lâmpada incandescente, se você diminuir a corrente elétrica, a “amperagem”, pode regular a intensidade luminosa, com dimmers ou com luz de dois níveis. Mas ao variarmos a tensão, e não a corrente, ocorre algo diferente. O espectro da luz (temperatura de cor) se desloca para o vermelho, ao reduzirmos a tensão, e se desloca para o azul, ao aumentarmos a tensão.

Fazendo uma lâmpada incandescente com um filamento mais grosso e maior (equivale a fazer uma lâmpada com uma resistência elétrica e não com um filamento). Ela vai emitir principalmente vermelho e infravermelho. Quanto menor a temperatura do filamento, mais vermelho (Link). O visível é cortado, usando um bulbo de vidro vermelho que absorve o espectro na faixa do vermelho, deixando passar apenas o infravermelho e o calor.

Desta forma foram feitas as lâmpadas infravermelhas, ou lâmpadas de calor, usadas em secagem e em terapêutica.

Ao contrário, elevar a tensão de uma lâmpada incandescente, até que o filamento esteja prestes a queimar (filamento “sobrevoltado”) compromete algo da sua vida útil, mas desloca a luz para o azul e o branco, deixando-a bem “brilhante”.

São as lâmpadasPhotofloodusadas em fotografia de estúdio, e as lâmpadas antigas para projetores de cinema, Veja Link

Lâmpada de Projetor.
Lâmpada Incandescente para Projetor. Fonte da Imagem: Mercado Livre.

Bem como as de iluminação de teatros e palcos. Lâmpada com refletor de lentes Fresnel (do Físico Francês Augustin-Jean Fresnel, 1822) (originalmente usava lâmpada a arco). Também as odontológicas e as para foco cirúrgico.

PhotoFlood
Lâmpada Photoflood de 500 W , Branca. Fonte da Imagem: Generalux, Brasil.

Nessas aplicações especiais, teatros e palcos e projeção cinematográfica, Odontologia etc… substituiram as lâmpadas de arco (Item 5) mas tendem a ser substituídas cada vez mais, pelas halógenas e até pelas LED. As lâmpadas de rosca são padronizadas.

8. Lâmpadas Fluorescentes:

Em 1857, o Físico Francês Alexandre Edmond Becquerel descobriu, ou melhor, observou e equacionou, os fenômenos da fluorescência e fosforescência (que é uma fluorescência de tempo de duração longo). (BALARDIN, A.; BOSSARDI,B.; DIAS D. “Fosforescência, Fluorescência e Luminescência.” 2013).(BECQUEREL, A.D. Livro: “La Lumière, Ses Causes e ses Effects.“, 1867. Disponível para baixar em: BNF Bibliotèque Nationale de France, Gallica).

Ele havia usado tubos a vácuo revestidos com substâncias fluorescentes.

Seu filho também foi um Cientista brilhante: Antoine Henri Becquerel, . Estudando a fluorescência e fosforescência dos sais de urânio, ele descobriria a radioatividade. Foi professor da Cientista Polonesa Marie Sklodowska Curie (descobridora dos elementos químicos rádio e polônio). Becquerel e Marie Curie foram prêmios Nobel. (BECQUEREL, M.H. “Sur les Radiations Émises par Phosphorescence.” Compt. Rend. Seanc. Acad. Scienc. , 122, 420, 1896).

Em suas pesquisas, Nikola Tesla havia observado o “acendimento” e a fluorescência em tubos de vidro contendo mercúrio e selados a vácuo e expostos ao forte campo elétrico de sua “Bobina Tesla”, entretanto, seus dispositivos ainda não eram de uso prático e ele não teria sido o inventor da lâmpada fluorescente, como lhe é atribuído.(outro Link).

Em 1857, o Físico e Vidreiro Alemão Johann Heinrich Wilhelm Geissler inventou a primeira lâmpada a arco metálico no vácuo, lâmpada de “descarga gasosa” (veja Item 9). Um tubo (com eletrodos) cheios com um gás ou vácuo e certos metais, é submetido a uma alta tensão. A cor da luz emitida vai variar com o gás ou o metal.

em 1890, Tesla acenderia tubos de Geissler usando um forte campo elétrico sem fio, mas isso ainda não é uma lâmpada fluorescente!

São modernizações dos tubos de Geissler, as Lámpadas de Neon , inventadas por (Daniel McFarlan Moore, 1900). Eram muito usadas em Elétrica e Eletrônica, mas hoje, quase desaparecidas, são usadas apenas em decoração (lâmpada vela, com chama e neon) e em montagens eletrônicas, lâmpadas NE-2 . Também com soquete E10 miniatura, baioneta (Neon Baioneta NB-90) ou rosca.

Também aqueles antigos tubos de vidro luminosos, alimentados por um transformador de alta tensão. Eram muito comuns nas grandes cidades, entre os anos 50 e 80 do século XX. Eu mesmo ví muitos!

Foram inventados pelo Químico e Físico Francês Georges Claude em 1910. Também foi Claude que conseguir fabricar gás neon em quantidades industriais.

Também derivam dos tubos de Geissler, contendo aperfeiçoamentos e modificações, como a deflexão e a máscara de sombra: Os tubos de raios catódicos (um tubo Geissler modificado e com pressão mais reduzida), do Físico Alemão Karl Ferdinand Braun. 1897.

Os tubos de raios catódicos deram origem aos cinescópios das TVs de tubo e dos monitores CRT.

Diminuindo a pressão do interior dos tubos (em outras palavras, melhorando o vácuo), os tubos passam a emitir Raios-X. São as “Ampôlas de Crookes“, tubos de Raios-X, 1870. do Químico e Físico Inglês William Crookes. Inicialmente, Crookes não sabia dos Raios-X produzidos. Foi o Físico Alemão Wilhelm Conrad Rontgen quem os descobriu, na radiação emitida pelos tubos Crookes, em 1895. (RONTGEN, W.K. “Ueber Eine Neue Art von Strahlen – Sobre uma nova espécie de Raios” Sitz. Phys. Med. Gesell. 1896).

Para obter Raios-X mais eficientemente, os tubos de Crookes foram modificados por vários pesquisadores. Exemplo são os tubos de Raios-X de William Coolidge, 1913.

Disso resultou toda uma família de dispositivos que incluem os modernos tubos Geissler, Crookes, neon, válvulas NIXIE etc… São as lâmpadas de catodo frio, cuja idéia daria origem às lâmpadas fluorescentes. O catodo é o terminal negativo, quando se usa corrente contínua.

Portanto, é importante salientar que as lâmpadas fluorescentes originais (as antigas) pouco tinham a ver com os cinescópios e os tubos de raios catódicos, pois não há um filamento ou canhão de elétrons aquecido na sua excitação.

Para obter luz mais clara ou branca, Geissler, Crookes, depois Tesla e muitos outros, usavam uma pequena quantidade de mercúrio nos tubos. Havia sido observado que a luz podia ser melhorada revestindo o tubo internamente com compostos fluorescentes, os hoje chamados “fósforos“.

Os primeiros a serem usados tanto como “fósforos” como para telas fluorescentes externas, foram o platinicianeto de bário (outro Link), químicamente, o tetracianoplatinato de bário, Ba[Pt(CN)4]. Também o sulfeto de zinco etc…

Assim, a “luz Fluorescente” havia sido observada, mas ainda não havia ainda uma “lâmpada fluorescente”.

Edison (1896 e 1907) e Tesla (1890-1899) experimentaram fazer lâmpadas tipo fluorescente, mas elas não chegaram a ser práticas.

Em 1901, o Engenheiro Americano Peter Cooper Hewitt inventou a lâmpada de vapor de mercúrio, (catodo frio). Veja Item 9. Por ser de catodo frio, era necessário se usar fontes de alta tensão ou bobinas de Tesla, para que funcionassem. (COOPER-HEWITT, P. Patente Americana, US682692A, 1901)

Pelo alto brilho branco azulado e grande capacidade actínica, as lâmpadas Cooper-Hewitt foram muito utilizadas para iluminar cenários de filmagem cinematográfica. Aqui, usadas no Estúdio da Universal, 1915.

Como as làmpadas Cooper-Hewitt também não tinham “fósforo” no revestimento da ampôla, produziam muito UV.

Em 1926, o Engenheiro Alemão Edmund Germer modificou a lâmpada de Cooper-Hewitt e colocou fósforo no revestimento interno, criando a primeira lâmpada fluorescente (MEYER, F.; SPANNER, H,; GERMER, E. Patente Americana US2182732A , 1927). Mas há reportos de que a lâmpada fluorescente teria sido inventada pelo Engenheiro Filipino Agapito Flores.

Entre 1927 e 1933, o Engenheiro Americano Albert W. Hull, desenvolve melhores eletrodos e cria as lâmpadas de catodo quente (mais práticas e eficientes), e já parecidas com as fluorescentes atuais (WAYMOUTH, J.F. “History of Light Sources”, Handbook of Lighting Technology. 1-31, 2014) (HULL, A.W. Patente Americana US1790153A, 1931) e (HULL, A.W., Patente Americana US1929143A, 1933).

Também foi ele quem desenvolveu o formato tubular típico das fluorescentes modernas, embora isso tenha sido herdado das lâmpadas Cooper-Hewitt (que já havia feito lâmpadas tubulares).

Entre 1934 e 1936, dois Engenheiros da GE, General Electric, George E. Inman e Richard N. Tayer, e seus assistentes Eugene Lammers e Williard A. Roberts desenvolveram a lâmpada fluorescente tubular, de catodo quente, comercializadas a partir de 1938. (INMAN, G.E. Patente Americana, US2259040A, 1938).

Houve depois, melhorias nos “fósforos”, na tecnologia construtiva etc… mas elas são a base das atuais lâmpadas fluorescentes de soquete padronizado tipo T5, T8, T10 e T12. Mais comum é T10, aquelas tubulares de 20 W e 40 W.

Normas Internacionais. (ANSI, outro Link , Link2) No Brasil, também seguem as normas Brasileiras (ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBRIEC60081 ).

Mas, e para acender as lâmpadas fluorescentes?

Elas necessitam de aquecimento dos filamentos (lembrem, é catodo quente!) ou de um pulso de energia de alta voltagem, para darem partida. Também precisam de Reator. Há três tipos de reatores. “Convencionais”, “Partida Rápida” e “Partida Instantânea ou Eletrônico”.

Os reatores convencionais existem desde os anos 40, os de partida rápida desde 1956 e os eletrônicos, desde 1978. BASTIAN, A.L. Patente Americana, US2930998A 1956, e ANDERSON, J.E. Patente Americana, US4127798A, 1977.

As primeiras lâmpadas usavam reatores “convencionais“, usados até os anos 70. Eles tem dentro, um núcleo feito de lâminas de ferro, envolvidas por uma bobina de cobre. Precisa ser ferro doce, de baixo teor de carbono ou ferro silício.

Nas lâmpadas mais antigas, até os anos 40, mesmo com reator, era necessário “chacoalhar” a lâmpada, para o mercúrio dentro delas, fizesse o contato elétrico. A primeira solução foi usar uma bobina de indução, inventada em 1890. Outra solução, usar  transformadores de pulso, um para cada lâmpada , 1932. INMAN, G.E. “Characteristics of Fluorescent Lamps.” Brikbase.org, 65, 1939.

Depois surgiram os primeiros reatores convencionais comerciais, baseados em um prottipo de reator  magnético de 1931. (PORTER, H.F. Patente Americana, US1803868A, 1931): 

KEISER, R.W. BOUCHER, C.P. Patente Americana, US2382638A, 1945. RANEY Jr., B, Patente Americana, US2330312A, 1943. GATES, J.E. Patente Americana, US230424A, 1943BOUCHER, C.P. Patente Americana, US2289175A, 1942.

Nos reatores convencionais, se passou a usar um “Starter”, para fechar o circuito e aquecer os filamentos. Aquecidos, eles liberam elétrons, que ionizam o mercúrio ou o gás inerte, e a Lãmpada conduz. O Starter para de atuar e o reator modera a corrente.

Os Primeiros Starters: GREF, W.C. Patente Americana, US35361140A , 1942HODGKINS, C.H. Patente Americana, US2295657A, 1942. HALL Jr., J.W.C.; LE, G.E.L. Patente Americana, US2317802A, 1943. (DAVIES, L.J.; RUFF, H.R.; SCOTT, W.J. “Fluorescent Lamps.” J. Inst. Elec. Eng. 89, 1942). BRADLEY, S.S. Patente Americana, US2299499A, 1942.

Mas existem numerosas modificações do “Starter”, até recentes.

Depois surgiram os reatores chamados de “partida rápida” (1956). Várias patentes, principalmente de HAMILTON, W.S.H

Eles nunca precisam de Starter. Há dois subtipos: Em um, um segundo enrolamento de baixa tensão, mantém o filamento pré aquecido. Outros são pequenos transformadores de pulso, que enviam à lâmpada um pulso inicial de alta corrente, que a faz conduzir sem precisar acender os filamentos. Se chamam respectivamente, reatores com enrolamento para filamento, e com pulso de alta tensão: “Reatores de Prova” e “Reatores de Pulso“.

Após 1978, surgiram os reatores eletrônicos ( KNOLL, W.C. Patente Americana,  US4127795A, 1978 ) (LALA. S. “What is a Electronic Ballast?” 2015) (RIBARICH, T.”Simple Control Circuits for Electronic Ballast Design.” 2012) .

Existem muitos tipos de circuitos (PERSSON, E. “Design of Electronic Ballasts.“. 2009). (VITANZA, A.; SCOLLO, R.;HAYES, A. “Electronic Fluorescent Lamp Ballast.“, 1999). Mas existe normatização (ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Norma NBR 14417 e NBR 14418)

Básicamente, são osciladores ou inversores, que injetam na lâmpada um pulso para ela conduzir, acender. Podem ou não ter circuitos para preaquecer os filamentos. (THANKUR, A. “What is a Electronic Ballast?” 2012) (SWAGATAM INNOVATIONS. “40 Watts Electronic Ballast Circuit.” 2018).

Eles também aumentam a frequência, de igual a da rede, 60 Hz, para 25000 Hz, eliminando a cintilação e melhorando a luz emitida pela lâmpada.

Ao tempo que este Artigo está sendo escrito, as fluorescentes podem ser consideradas obsoletas, substituíveis pelas LED. Mas as fluorescentes compactas, e mesmo as tubulares, ainda tem muitos fãs porque são estáveis, dão luz boa e consomem relativamente pouca energia.

A prova disso é que ainda são fabricadas e vendidas, tanto as lâmpadas como os reatores eletrônicos e mesmo os de partida rápida e até convencionais, assim como os Starters. Taschibra (Link 2), Foxlux, Phillips, GE, Margirius, FLC, Osram, (Outro Link), Kanlux, Sylvania, Lumer, Hidrowats. Elas levarão um tempo para acabar.Também luminárias para fluorescentes tem sido fabricadas e vendidas.

Na Figura Abaixo, uma luminária fluorescente minha, que restaurei (gosto de fluorescentes):

Fluorescentes de 20 W.
Luminária, Calha para Duas Lâmpadas Fluorescentes. Restaurada. 2018. Fonte da Imagem: AFNTECH, 2019. Todas as Imagens AFNTECH, são Fotos Capturadas com câmera digital Kodak, Easyshare C195.

 A calha já tem uns 32 anos. Troquei os 4 soquetes (Veja T4 a T10) G13, para lâmpada T10, antivibratórios, laterais. Troquei a porca central de fixação, por uma porca borboleta, mais fácil de trabalhar. Usei dois reatores eletrônicos, um para cada lâmpada (e não duplo) (Marca Margirius) e fixei os reatores no interior da calha, com parafusos. As lâmpadas, usei duas, tubulares de 20W, T10, marca Phillips, modelo TL10 Plus. Elas tem alta eficiência luminosa  e alto fator de potência.

Outras lâmpadas fluorescentes minhas: Uma lâmpada fluorescente circular, o reator é eletrônico e incorporado nela. Marca Empalux, modelo CI12246. tenho desde 2012.

Lâmpada Fluorescente Circular.
Lâmpada Fluorescente Circular, Empalux, 20W, com Reator Eletrônico Integrado. 2012.  Foto: AFNTECH, 2019.

Esta é uma lâmpada interessante, minha. é uma Taschibra, circular, 22 W, T9. de 2002! Embora tenha sido fabricada em 2002, ela tem reator convencional, com starter, incorporado na luminária. A Lâmpada pode ser substituida, porque tem Refil.

Taschibra, 22 W.
Luminária Taschibra, Vintage, Fluorescente Circular, 22 W, com Reator Convencional, Embutido no Corpo da Luminária. Note o Starter. 2002. Foto>: AFT

9. Relacionadas à Lâmpada Fluorescente. Lâmpadas Fluorescentes Compactas , Descarga Gasosa, Vapor de Mercúrio ou Sódio etc…

Aqui neste ponto, não iremos usar um critério cronológico, e sim técnico. Vimos no Item 8 que as lâmpadas fluorescentes vieram de modificações das lâmpadas de descarga gasosa, de vapor de mercúrio e de ultravioleta. Seriam então, descobertas posteriores.

Mas para efeito didático e técnico, podemos considerá-las relacionadas às fluorescentes.
Comecemos com as fluorescentes compactas. No Brasil, recentemente, as chamamos de “lâmpadas eletrônicas” ou “lâmpadas econômicas”.

Elas , agora, existem em vários formatos, longas, tubulares, compactas curtas e longas, tubular dupla, tripla ou cruzada, espirais curtas e longas, circulares, alto fator de potencia, PL longas e curtas de 2 ou 4 terminais etc… Até decorativas. (TIMÓTEO, L.F.M. “Lâmpadas de Descarga, Lâmpadas Fluorescentes.” 2011).

Embora Inman (Veja Item 8) já tivesse patenteado uma fluorescente de dimensões reduzidas, em 1941 (INMAN, G.E. Patente Americana US2341990A, 1941), foi um Engenheiro da General Electric, GE, Edward E. Hammer, quem inventou a primeira verdadeira lâmpada fluorescente compacta, em 1976.

Era uma lâmpada espiral. Ele se baseou na idéia de uma lâmpada espiral encaixada em um soquete comum E27, do Inventor Americano Thomas Lo Giudice, do mesmo ano. GIUDICE, T.L., Patente Americana, US3953761A, 1976.

Nessa época porém elas precisavam de reator separado, e eram difíceis de conectar nos reatores para fluorescentes comuns, além de muito caras para serem produzidas.
Por essa razão, entre 1981 e 1985, a Phillips, emprêsa holândesa mas a filial dos EUA, pesquisou e inventou o seu soquete PL, a lâmpada PL, o primeiro tipo de lâmpada fluorescente compacta barata o suficiente para ser produzida em larga escala e comercializada (OESTERHELD, K.; FRANOVIC, M.; MARTINEZ C., Patente Americana, US4596433A, 1985). Os soquetes tinham 2 pinos e eram encaixados um reator tipo partida rápida.

Também foi a Phillips que desenvolveu as fluorescentes compactas tubulares com reator integrado (1981-1985) e as primeiras compactas espirais, com reator integrado, em escala comercial (2003).

Após a Phillips, outras empresas e países passaram a fabricar e vender as lâmpadas PL e desenvolvendo outros formatos e outras làmpadas eletrônicas : Sylvania, Osram (lâmpadas Dulux)(Link 2) etc… inclusive emprêsas brasileiras: Sadokin, Golden, Neonda, Rayovac, Empalux, Alumbra, Ourolux, FLC etc…

Já são as Lâmpadas com o design, o “jeitão” das atuais fluorescentes compactas. Isso também foi melhorado por Hammer, em 1996 (HAMMER, E.D.; ARSENA, V.J.; LANTOS, F.; CSERTEG, E. Patente Americana, US5505474A, 1996).

Existem também vários tipos de bases e soquetes. Os soquetes e lâmpadas PL foram melhorados em 1987 (GAYNOR, E.; DISNDALE, J.C. Patente Americana, US4799896A).

Até hoje, ainda são fabricadas e vendidas as lâmpadas PL e existem em uma variedade de subtipos de soquete PL, com 2 ou 4 pinos.

Geralmente elas usam um reator tipo partida rápida, com um adaptador para soquete comum E27 ou um reator eletrônico externo.

As primeiras fluorescentes compactas que surgiram no mercado brasileiro, foram justamente, as lâmpadas PL da Phillips, bem antes das outras.

Eu tenho uma luminária PL, de 1989, mas com lâmpada Osram Dulux PL 9W. O reator é de  partida rápida, com enrolamento de baixa tensão (para aquecer os filamentos),  embutido na luminária.

Luminária de Mesa.
Abajur de Mesa, Luminária, com Lâmpada PL. 1989.
Lâmpada PL.
Lâmpada da Luminária, Osram Dulux, PL, de 9 Watts. 1989. Fotos AFNTECH, 2019.

Os outros tipos de lâmpadas fluorescentes compactas, as com o reator integrado, f oram entrando no Brasil após 1995, mas se tornaram importantes pela necessidade de economia de energia, em 2001, após o “apagão e o racionamento de energia.

SOLON, B.;MACHADO, F.; BRANCO, F.C.; RIBEIRO, P.;MEDEIROS, F. “Crise do Apagão de Energia.”2011) (SANTOS, E.A; PICOLI, R.C.F.; CALHEIRO, D.; MARQUES, A.C, “Caracterização de Soquetes de Lâmpadas Fluorescentes Compactas.” Quarto Forum Internacional de Resíduos Sólidos.” Porto Alegre, R.S. , 2013) (FERREIRA, J.Z.; CERRI, J.A. “Estudo Comparativo entre Lâmpadas Fluorescente Tubulares T8 e Tubulares de LED.” Monografia para Obtenção de Título de Especialista no Curso de Pós-Graduação em Construções Sustentáveis. Departamento de Construção Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, UTFPR. 2014.

As fluorescentes  ainda conviverão com os Brasileiros por um bom tempo. (PRADO FILHO, H.R., “Lâmpadas Fluorescentes Compactas, os Prós e os Contras de seu Uso.” . 2013).

Lâmpadas de Ultravioleta, Germicidas e de Luz Negra.

Como vimos no Item 6, a Lâmpada fluorescente propriamente dita, é posterior à primeira lâmpada de descarga gasosa, a “Lâmpada de Vapor de Mercúrio” de Cooper-Hewitt (1901-1903).

Na prática, Lâmpadas de ultravioleta são lâmpadas de vapor de mercúrio sem revestimento fluorescente na ampôla, sem nada que absorva o ultravioleta. A Radiação ultravioleta havia sido descoberta, em 1801, pelo Físico Alemão (mas nasceu na Silésia, que pertenceu à Polônia), Johann Wilhelm Ritter.

A luz solar tem UV e por isso é bactericida. (DOWNES e BLUNT, 1877) (DOWNES, A.; BLUNT, T. Proc. Royal Soc, Phil. Trans. 26, 488, 1877). Luz ultravioleta foi usada pela primeira vez para tratar doenças de pele e seu efeito germicida confirmado pelo Médico Dinamarquês Niels Ryberg Finsen em 1880.

Ele usou uma Lâmpada de UV tipo “Tubo de Geissler”,com o intuito de produzir luz solar artificial. (Carrier Corporation, Copyright. página 8, 1999). (REED,N.G. “The History of Ultraviolet Germicidal Irradiation for Air Desinfection.” Public Health Rep. 125, 15, 2010).

Mas a primeira Lâmpada germicida e de UV especial para uso médico, foi inventada pelos Físicos Alemães R. Kuch and T. Retschinsky, em 1906. (KUCH, R.;RETSCHINSKY, T. “Photometrische und Spectralmetrische Messungen…”. Ann. Phys. 325, 563, 1906).
A Westinghouse. nos anos 30, começou a fabricar e vender as lâmpada UV e germicida para a Medicina. Se tornaram comuns em hospitais nos anos 50, mas usar as Lâmpadas Ultravioleta para tratar a pele, bronzear e como germicida, rotineiramente, em Medicina só se tornaria importante após 1963.

A radiação das lâmpadas germicidas é particularmente perigosa para os olhos, porque elas emitem pouca UVA e UVB mas sim , principalmente UVC.

A lâmpada de “Luz Negra” é uma lâmpada UV onde o ultravioleta foi filtrado usando um bulbo de vidro de cores azul ou violeta, escuras. A primeira versão comercial foi inventada em 1937 por Willian H. Byler, da General Electric, GE.

Trata-se de lâmpadas de UVA filtrado para não fazer mal aos olhos. Os filtros azuis ou violetas utilizados haviam sido inventados pelo Físico Americano Robert Williams Wood, em 1915, para estudar fluorescência de minerais. “Lâmpadas de Wood“.

Lâmpadas de Vapor Metálico, Descarga Gasosa, Metal Haleto, Vapor de Mercúrio e de Sódio.

Vimos que as fluorescentes e as lâmpadas ultravioleta , de vapor de mercúrio e de vapor de sódio, são tipos de lâmpadas do grupo de descarga gasosa.

Além das lâmpadas ultravioleta, existem muitas outras lâmpadas de descarga gasosa . Vapor de Mercúrio modernas (anos 30), vapor de sódio (Phillips Holandêsa, 1932).

Se tornaram bastante comuns em iluminação pública, nos anos 60 a 80, e tiveram melhoramentos, 1977 após a patente da Phillips dos EUA (JACK, A.G.; BAETEN, F.N.C.; VAN DER BILT, J. Patente Americana, US4209726A, 1977, publicada em 1980) e outras patentes da Phillips Holandêsa (VAN BENTHERN, W.C.O.; CLEMENS, R.L.; DE VAN, C.O. Patente Holandêsa, EP0011346A1, 1978, publicada em 1980).

Lâmpadas de vapor de potássio, emitem luz roxa (Osram, 1966). Cada metal, vaporizado e tendo seus elétrons excitados, produzirá cores diferentes, características do metal. Esse fenômeno é usado em Espectroscopia (lâmpadas de catodo oco).

Atualmente existem muitas lâmpadas de descarga gasosa , de mercúrio ou de sódio. As de sódio são usadas quando se quer alta potência e fluxo luminoso, com consumo de energia menor que as lâmpadas de vapor de mercúrio. Isso porque elas são mais condutivas e tem menor resistência interna.

Existem também variantes, modernizações, “Lâmpadas de Metal Haleto“, ou de “Vapor Metálico”.

São lâmpadas de vapor de mercúrio, com ampôla de quartzo (arco de mercúrio 254-436 nm) e na ampôla, se adicionam haletos, iodetos de metal. A cor da luz varia com o haleto introduzido. Pode-se obter toda uma gama de cores. FELICISSIMO, A. “Lâmpadas de Multivapores Metálicos.” 2018.

A primeira lâmpada desse tipo, foi inventada em 1912 ( modificações comerciais após 1960), pelo engenheiro elétrico Alemão, naturalizado Americano, Charles Proteus Steinmetz, nascido Karl August Rudolph Steinmetz (provavelmente, mudou de nome devido à Guerra Mundial).

Foram depois investigadas, modificadas e modernizadas por vários pesquisadores. Mas só se tornaram comuns após os anos 80.

São usadas para iluminar grandes espaços, como estádios de futebol e estradas. ABDALLA, A.A. “Arquitetura de Iluminação.”, 2010.

As atuais lâmpadas de vapor de mercúrio e de vapor de sódio que iluminam as ruas das cidades, são agora, principalmente, lâmpadas de metal haleto. Vapor de sódio é mais usada , pois gasta menos energia, não precisa de ignitor e produz luz muito brilhante, embora amarela. Mas tem sido substituidas pelas LED.

Outra importante variante (até uma simplificação) das lâmpadas de descarga gasosa são as lâmpadas de excitação térmica, ou “Lâmpadas de Luz Mista”. Ao mesmo tempo que são lâmpadas de vapor de mercúrio ou de sódio, são lâmpadas incandescentes, por isso, são chamadas “Luz Mista”.

Foram inventadas em 1933, na GE, General Electric (PIRANI, M.; RUTTENAUER, A. Patente Americana, US 2020737A, 1933).

Nelas, invés de um pulso de alta corrente, eletrodos ou filamento emissor de elétrons direto no gás (como as fluorescentes), a excitação, para vaporizar e ionizar o metal e a lâmpada acender, é feita por aquecimento com um filamento de tungstênio.

O filamento esquenta o bulbo interno, forma o vapor de mercúrio e ela conduz, portanto acende, e o filamento limita a corrente, como se fosse um reator. Além disso, o filamento introduz um pouco de vermelho, melhorando a qualidade da luz branca produzida.

Por sua praticidade, facilidade de instalação e não usarem reator, lâmpadas de luz mista ainda existem (Link 2) (mas são proibidas na Europa, pelo alto consumo de energia) e foram muito usadas para iluminar postos de gasolina, quintais, comércios, mas nessas aplicações tem sido muito substituídas pelas fluorescentes compactas e as LED.

Embora muito práticas, não são tão eficientes quanto as de vapor metálico.

Existem ainda, Lâmpadas tipo fluorescente ou ultravioleta, modificadas e especiais, tais como para armadilhas de insetos, para máquinas de xerox, bronzeamento artificial, gráficas, (Outro Link), cura de resinas, crescimento de plantas e para aquários (1, 2, 3, 4, 5, 6), UV germicidas etc…

10. Lâmpadas de LED:

O que é um LED? “Light Emiting Diode“, diodo emissor de luz. Antes de estudarmos a História delas, uma breve História dos Diodos!

História dos Diodos. Veja por exemplo: Diodos Zener, Schottky, diodos detectores etc… (WINFIELD, H. “Radio Detector Development.” Elect. Exp., 652, 1917)

Diodos são componentes eletrônicos de estado sólido, que deixam passar a corrente elétrica em um só sentido. Por isso, são “retificadores”, podem transformar corrente alternada em corrente contínua.

Quando Tesla descobriu a corrente alternada, em 1884, havia necessidade, em certas aplicações, como a Galvanoplastia, de “retificar” a corrente alternada, transformá-la em contínua.

O primeiro tipo de retificador, foi o Retificador Eletrolítico, um vaso de ferro, tântalo ou alumínio, com uma solução eletrolítica dentro (fosfato ou ácido sulfúrico) e um eletrodo de chumbo. Há variantes. onde o vaso é de vidro e há dois eletrodos metálicos. Foi inventado no século XIX, mas foi usado até os anos 20. Até foi usado em rádio, pelo Canadense Reginald Aubrey Fessenden, em 1903.

Voltemos à lâmpada de Vapor de mercúrio, Item 9. O mesmo inventor, Cooper-Hewitt, em 1902, modificou a sua lâmpada e criou o “Retificador de Arco de Mercúrio”.

Na era do rádio, os retificadores haviam ganho grande importância porque eram usados para detectar o sinal de rádio, são os detectores.

O primeiro tipo, foi o “Detector de Branly“, ou “Coherer” 1890. Do Físico Francês Édouard Eugène Désiré Branly.

Um tubo de vidro, com dois eletrodos e pó de ferro. níquel ou prata. As partículas de metal se polarizavam e a corrente só passava em um sentido, possibilitando que o sinal de rádio se transformasse em eletricidade. Não eram usados como retificadores, mas eram!

O detector de Branly funcionava (foi usado por Marconi), mas era instável e difícil de ser regulado.

Foi substituído pelo detector de Galena, após 1904. Mas o fenômeno da retificação na Galena existia desde 1874, descoberto pelo Alemão Karl Ferdinand Braun. (Outro Link) O detector de galena havia sido inventado pelo Indiano Jagadish Chandra Bose, em 1894.
Um cristal de Galena (sulfêto de chumbo) ou Blenda (sulfêto de zinco), minerais semicondutores, que tinha nele, encostado, um fino fio, o “bigode de gato”.

O Detector de Galena já pode ser considerado um diodo. (chamado diodo pelo Inglẽs William Henry Eccles, em 1919) (Outro Link). O engenheiro Americano Greenleaf W. Pickard substituiria a Galena pelo Silício, em 1906.

Os detectores tipo galena foram substituídos pelos diodos e triodos a vácuo, as populares “Válvulas Eletrônicas”. Os primeiros experimentos foram feitos por Edison, modificando sua lâmpada incandescente. A primeira válvula diodo é devida ao Inglês John Ambrose Fleming, 1904. e a triodo, Audion, ao Americano Lee de Forest, 1906.

No Rádio, para detecção e amplificação, as válvulas substituiram os outros retificadores, mas não totalmente em aplicações de potência.

De fato, a primeira “junção diodo” conhecida foi o diodo de carbeto de silício do Físico Suiço (naturalizado Alemão) Walter Hermann Schottky, 1923. O carbeto de silício, volta a ser investigado como material semicondutor, recentemente, 2017.

Na retificação em fontes de alimentação, foram usados os primeiros dispositivos comerciais, diodos, de “estado sólido”: Diodos de Selènio (E. Presser, 1925 a 1933) (Outro Link ) (Outro Link) retificadores de óxido de cobre (STAFEEV, V.I. “Initial Stages in the Development of Semicondutor Electronics in the Soviet Union.” Semiconductors, 44, 551, 2010) (CUFF, T.M. “The Copper Oxide Rectifier”, 1993).

Os volumosos (exigiam grandes dissipadores de calor) diodos de selênio e de óxido de cobre seriam substituídos pelos de germânio, após 1946, uma patente da Sylvania (CORNELIUS, E.C. “Germanium Diodes” Electronics, 118, 1946). (Outro Link) (PRIMER, V.H.F. “Part 8. The Crystal Diode” The Aerovox Research Worker. 18, 1, 1946.

O germânio ainda é usado como diodo detector, em rádio (silício não funciona, nessa aplicação). Após a Segunda Grande Guerra, muitos pesquisadores e empresas buscavam usar os detectores de germânio para o radar.

Após os anos 50, substituir o germânio pelo silício, mais barato e mais eficiente. Disso resultaria o moderno diodo de silício (1946 a 1955) , tornado barato e disponível em 1959, pela Semikron. PEARSON, G.L.; SAWYER, B. “Silicon P-N Junction Alloy Diodes. ” Proc. I.R.E., 1348, 1952

As pesquisas também dariam origem ao transistor de germânio (BARDEEN, BRATTAIN e SHOCKLEY, 1947) e depois, de silício (BARDEEN, J.; BRATTAIN, W.H. “The Transistor, a Semiconductor Triode.” Phys. Rev. 74, 230, 1948). (ZAMORA, A.M.H. “History of Silicon Diode”). O Primeiro transistor de silício, surgiria em 1954.

Vista a História do Diodo, voltemos aos LEDs.

O efeito de emitir luz, de uma junção diodo, foi observado pela primeira vez pelo Inglês Henry Joseph Round, do Laboratório de Marconi, num diodo experimental de carbeto de silício, em 1907 O dispositivo foi aperfeiçoado pelo Russo Oleg Losev, em 1927.

Embora a emissão de luz fraca nas junções de diodos comuns, de silício ou germânio, tivesse sido observada em 1955, por Rubin Braunstein, (BRAUSTEIN, R. “Radiative Transitions in Semiconductors.” Phys. Rev. 99, 1892, 1955), foi só em 1961 que Gary Pittman e Bob Biard da Texas Instruments, substituindo o silício pelo arseneto de gálio, obteriam luz infravermelha mais forte.

Estava inventado o primeiro verdadeiro LED, infravermelho (1961) (patenteado em 1966) (OKON, T.M.; BIARD, J.R. “The First Practical LED”, 2015) (BIARD, J.R.; PITTMAN, G.E. Patente Americana, US3293513A, 1966)

Outros LEDs vieram depois: vermelho (Nick Holonyak, da GE, 1962); amarelo (M. George Craford, 1972); azul (LED de nitreto de gálio); verde, branco (LED de YAG, compósito de Ítrio e Alumínio).(Outro Link). Ex. Verde: LORIMOR, O.G.; WEINER, M.E. J. Electrochem. Soc. 119, 1576, 1972.

Os LEDs modernos de luz branca, usados nas lâmpadas LED, são modificações dos LEDs azuis de nitreto de gálio e dos, dos LEDs vermelhos e verdes de fosfeto de gálio. (NORTEL NETWORKS LTD. Patente Inglêsa, GB1423011A, 1976). Mas também existem os de combinação tricrômica RGB, com LEDs vermelhos, verdes e azuis combinados.

As primeiras lâmpadas de LED, não brancas, coloridas, são dos anos 80, mas elas não eram ainda feitas em grande escala. (RAY, S.W.; Patente Americana, US4211955A, 1980) , (OKUNO, Y. Patente Americana, US4298869A, 1981) (UCHIDA, A. Patente Americana, US4727289A, 1988). (FUJITA, T. Patente Americana, US4630183A, 1986).

As lâmpadas de LED brancas modernas, foram pesquisadas nos anos 80-90. Por esse desenvolvimento, os LEDs azuis, e seu uso produção de lâmpadas LED, os Japonêses Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura receberam o Prêmio Nobel de Física, em 2014.

Os dispositivos que lhes deram origem foram patenteados a partir de 1986.(LIU, J.C; AHLGREN, W. “Learning About LED Lightning Technology Through Patents” Tese de Mestrado em Ciências. Tecnologia de Engenharia Elétrica. Universidade Politécnica da Califórnia. 2014).

A partir dos LEDs azuis, verdes e vermelhos, por composição RGB a primeira lâmpada de LED de luz branca, foi inventada por Shuji Nakamura, do Japão (mas naturalizado Americano) em 1995, mas só se tornaram comuns  em 2001, e patenteadas em 2005. Veja também outras patentes: DEENBARS, S.P.;NAKAMURA, S.; SPECK, J.S. Patente Americana, US7956371B2, 2007 e  SANROMA, J,; FREEMAN, G.; CLOBURN, R.; BITCHELL, P. Patente Americana, 2007004725A1, 2007.

Haviam pesquisas preliminares, para LEDs brancos, mas dispositivos mais complicados. (CHEN, H. Patente Americana, US20040000867A1 e patentes citadas.

Não confundir os LEDs azuis com os “displays” azuis, como este, de um carregador universal de baterias, Boyu.

Carregador Universal
Carregador Universal para Baterias de Celular Marca Boyu. China. Note o Display de Cristal Líquido. Foto: AFNTECH, 2019.

Nesses carregadores, não há LED Azul, e sim um display” de cristal líquido, LCDde fase azul.

Agora, as lâmpadas LED estão muito aperfeiçoadas e são vendidas em larga escala. Exemplos: SIMON, D.L.; IVEY, J.; LAVERING, G. Patente Americana, WIPO Patentscope, 2012. Filamento LED; Patent Landscape; LED Technology in Lightning. Em geral, elas já vem com a fonte, driver, mas as fontes podem ser montadas separadamente.

No Brasil, os LEDs só vieram em grande escala após 1970. Eram pouco luminosos e só existiam os de cor vermelha, verde e amarela. Hoje, existem outras cores. (Link 2). (Link 3) Outros tamanhos e formatos.

Eram usados apenas em aparelhos eletrônicos, no lugar de làmpadas piloto etc… Mas ainda não havia os LEDs brancos, úteis para as lâmpadas.

Desde 2013, as lâmpadas de LED baseadas em LEDs brancos, tem sido muito usadas no Brasil. O preço tem caído, mas nem todas as marcas são boas. Existem em um grande variedade de formatos e potências. (Outro Link). (Outros Links: ( 2 , 3. 4. 5, 6, 7, 8)). Existem até em filamentos, que simulam as incandescentes tipo Edison. Vários Formatos.

Os diodos de luz branca ou suave, luz amarela, estão hoje, em todos os tipos de lâmpadas e fitas LED. (BORILLE, R.; GARCIA, R.G; ROYER, A.F.B; SANTANA, M.R.; COLET, S.; NAAS, I.A.;CALDARA, F.R.; ALMEIDA PAZ, I.C.R.; ROSA, E.S.; CASTILHO, V.A.R “The Use of Light-Emmiting Diodes, LED, in Commercial Layer Production.” Rev. Bras. Cienc. Avic. 15, 135, 2013).

As lâmpadas LED tendem a substituir todos os outros tipos de lâmpadas, devido a seu baixo consumo de energia e longa durabilidade, além de não conterem metais pesados.

Em meu apartamento, tenho em uma sanca de gesso, iluminação LED usando 4 Lâmpadas T5, com luminária e calha integradas:

Calha T8.
Sanca de Gesso, Iluminada com 4 Lâmpadas LED T5, Calha/Luminária Integradas. Foto: AFNTECH, 2018.

Na Foto, no lustre da esquerda, são três lâmpadas vela, incandescentes de 25 W, soquete E14. e na direita, duas lâmpadas vela LED, 5 W, de soquete E27.

10. Observações e Conclusão:

O presente Artigo é uma revisão Histórica e completa, de todos os tipos de lâmpadas de iluminação, elétricas e eletrônicas.

Foi totalmente escrito em Software Livre (CAMPOS, A. 2008). Sistema Operacional Sabayon GNU/Linux atualizado ao 18.12, usando o editor do WordPress, e navegador Mozilla Firefox, experimental, Nightly, atualizado até a última versão: 67, Alfa 1.

 

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