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Iluminação: Lâmpada Fluorescente – funcionamento

LÂMPADA FLUORESCENTE

lampada fluorescente - gif animado

Lâmpada FluorescenteLâmpada Incandescente

figura 1 – Lâmpada Fluorescente figura 2Lâmpada incandescente

Para além da aparência, há mais diferenças entre as lâmpadas incandescentes (lâmpadas “normais”) e as fluorescentes.

As incandescentes produzem luz através do calor/aquecimento: quando uma corrente eléctrica atravessa o seu filamento, que é feito de tungsténio, essa corrente aquece os pontos por onde vai passando, incluindo o filamento, o que produz uma luz amarelada-avermelhada, que todos conhecemos.

Para que o filamento não queime/funda de imediato, na ampola de vidro (“lâmpada”) que contém o filamento é feito o vácuo. Mesmo assim, este tipo de lâmpadas incandescentes com filamento têm uma vida de relativa curta duração, devido, precisamente, à intensidade do calor, atingindo o filamento uma temperatura muito elevada.

Uma lâmpada fluorescente, por seu lado, não possui filamento no seu interior.

Possui sim eléctrodos/cátodos (que são filamentos de tungsténio enrolados em bobina e envolvidos numa substância emissora de electrões) em cada uma das suas extremidades (ver figura 3 abaixo).

Estes cátodos enviam uma corrente de electrões através do vapor de mercúrio existente no interior do tubo.

Isso consegue-se fazendo os electrões libertados (por aquecimento, como veremos) dos cátodos produzir radiação ultravioleta por colisão com os electrões do mercúrio excitando-os (fornecendo-lhes energia) e assim conseguindo que eles saltem das órbitas dos átomos em que se encontram.

Alguns desses electrões voltam para as suas órbitas, libertando o excesso de energia anteriormente absorvida na colisão. Esta libertação é feita na forma de radiação ultravioleta.

Para tornar ersta radiação em luz visível, o interior do tubo é coberto por uma substância fosforescente (o “pó” branco que envolve o interior do tubo de vidro).

O fósforo tem a capacidade de transformar comprimentos de onda dos Ultra-Violetas num comprimento de onda visível. Dito de outra forma, a substância fosforescente (com fósforo na sua composição) é excitada até à fluorescência devido à absorção da radiação ultravioleta, que já vimos como se produzia.

Observe-se a figura seguinte, que torna mais claro aquilo que dissemos até aqui:

Lâmpada Fluorescente: detalhe

figura 3 – Lâmpada Fluorexccente: Detalhe

ESTRUTURAS DE PRÉAQUECIMENTO

Esta estrutura é necessária porque o processo que descrevemos acima, ao contrário do que acontece com as incandescentes, não consegue iniciar-se aplicando apenas a tensão da rede (230 V) à lâmpada fluorescente, e, assim a lâmpada não acenderia.

Temos então de usar outros dispositivos auxiliares que vão dar início ao acendimento da lâmpada, e que constituem a designada estrutura de préaquecimento.

O circuito de préaquecimento usa um dispositivo chamado arrancador.

Quando o seu “interruptor” (que não é mais que uma bilâmina metálica que se deforma quando fechamos o circuito, o que provoca o aquecimento do gás dentro do arrancador, aquecimento esse que vai deformar a lâmina que, assim, fecha o circuito no arrancador – ver filme Flash abaixo) está fechado a corrente flui e aquece os eléctrodos/cátodos. Quando o arco electrónico se estabelece através do tubo, o dito “interruptor” do arrancador arrefece e abre.

O coração da lâmpada fluorescente é o balastro. O balastro consiste num fio enrolado, na forma de bobina, à volta de um núcleo de ferro, e serve para reduzir a corrente que flui através dele. A corrente eléctrica entra na estrutura da lâmpada através do balastro. Daí, segue pelos fios eléctricos até aos suportes da lâmpada e, finalmente, chega aos cátodos dentro do tubo.

Contudo, é precisa muito mais potência para a lâmpada poder arrancar do que depois para mantê-la acesa. A estrutura de préaquecimento obteve o seu nome de um circuito arrancador que envia uma corrente muito elevada através dos cátodos para aquecer os seus filamentos. Estes enviam um impulso de alta-voltagem ao longo do tubo que cria um arco através do vapor de mercúrio. À medida que a atmosfera dentro do tubo aquece, a actividade dos electrões aumenta para o seu nível mais eficiente, sustentado pelo balastro, e o vapor de mercúrio transporta a corrente pelos seus próprios meios. O circuito arrancador é controlado por um “interruptor” arrancador que abre depois de um curto período de préaquecimento (veja o diagrama abaixo, que mostra o diagrama do circuito de préaquecimento do arrancador):

Lâmpada Fluorescente: Estrutura de Pré-Aquecimento

figura 4 – Circuito de Pré-Aquecimento

EM RESUMO:

1. Ligar o Interruptor

2. Com a aplicação de tensão da rede, o gás do arrancador aquece

3. Com o aquecimento desse gás a bilâmina do arrancador deforma-se e fecha o circuito

4. Então, a corrente flui pelo arrancador e pelos eléctrodos/cátodos da lâmpada, pre-aquecendo-os

5. O arrancador arrefece e a sua lâmina volta à forma inical abrindo o circuito no arrancador

6. Quando o circuito é interrompido, o balastro (é uma bobina) provoca uma sobretensão momentânea nos eléctrodos da lâmpada

7. Esses eléctrodos, porque já préaquecidos, sujeitos agora a uma sobretensão, começa a emitir electrões para o interior do tubo

8. A corrente passa então a circular no interior do tubo de vidro/”lâmpada”, formada por esses electrões, e já não pelo arrancador

6. Esses electrões (emitidos pelos eléctrodos/cátodos da lâmpada) vão excitar, por colisão, os electrões do mercúrio que se encontra no interior do tubo de vidro/”lâmpada”, fazendo-os saltar das suas órbitas nos respectivos átomos

7. Ao regressarem às suas órbitas esses electrões emitem uma energia na forma de radiação ultravioleta

8. Essa energia é transformada em luz visível ao embater na substância fosforescente que envolve o interior do tubo de vidro

(Nesta altura o arrancador já poderá ser retirado que o circuito continua a funcionar e a lâmpada a emitir luz)

O balastro cumpre agora a sua segunda missão: limitar o valor da corrente.

Todos estes passos podem ser melhor visualizados observando-se o filme Flash abaixo. Inicie o filme clicando no botão Ligar/Desligar (canto inferior esquerdo – amarelo).

No final pode repetir a visualização do filme clicando no mesmo botão para Desligar o interruptor e voltando a clicar para reiniciar o filme.

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