sorgenti artificiali di luce

SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Caratteristiche principali di una sorgente luminosa
La scelta di una sorgente di luce è motivata da esigenze funzionali,
impiantistiche, estetiche e di costo; spesso è necessario eseguire confronti fra
sorgenti diverse: così, anche al fine di razionalizzare il confronto, possono
essere introdotti dei parametri di valutazione della qualità di una lampada
Flusso luminoso emesso
Il flusso è la grandezza fotometrica più significativa per caratterizzare una
lampada, dato che, per come è stato definito, esprime proprio la potenza
luminosa utile ai fini della illuminazione. Spesso, per una informazione più
completa, si fornisce il solido fotometrico, che consente di conoscere la
distribuzione spaziale del flusso: in presenza di simmetria assiale, il solido
fotometrico può essere sostituito dalla curva fotometrica.
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Caratteristiche principali di una sorgente luminosa
Efficienza specifica
Si definisce efficienza specifica s il rapporto fra il flusso luminoso
emesso dalla sorgente e la potenza elettrica assorbita.
La s si misura in lumen/Watt. Il massimo teorico dell'efficienza
specifica di una lampada è di 683 lumen/Watt, corrispondente ad
una radiazione monocromatica di 0,555 mm, per la quale si
raggiunge il valore massimo del coefficiente di visibilità.
I massimi valori di s si raggiungono con le lampade al sodio a
bassa pressione e sono dell'ordine dei 200 lumen/Watt.
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Caratteristiche principali di una sorgente luminosa
Temperatura di colore
Il colore di una luce può essere stabilito
associandolo al colore della radiazione emessa
dal corpo nero. Questa varia di colore al variare
della temperatura di emissione seguendo una
curva caratteristica che può essere riportata sul
diagramma normalizzato CIE dei colori
curva del corpo nero
S
Ad ogni sorgente luminosa si può associare un
punto rappresentativo del colore giacente su
detta curva; è così attribuita la temperatura di
colore della sorgente. Se il punto di colore della
radiazione della sorgente non giace sulla curva
del corpo nero, si considera la temperatura
isoprossimale di colore, che rappresenta la
temperatura alla quale il corpo nero emette una
radiazione il cui colore è quanto più vicino a
quello della radiazione in esame.
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Resa cromatica
1
1
2 2
3 3
4 4
Esprime l'attitudine di una
sorgente luminosa a rendere i
colori degli oggetti che
illumina.
5 5
6 6
7
8
9
7
8
9
10
10
11
11
12
1213
1314
La determinazione di questo
parametro avviene illuminando
piastrine di colori campione
prima con una sorgente di
riferimento, poi con la sorgente
da testare. La sorgente di
riferimento è scelta con
temperatura di colore prossima
alla sorgente in esame.
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Resa cromatica
Convenzionalmente alla sorgente campione è assegnato il valore 100;
diminuendo Ra, aumenta l'alterazione dei colori indotta dalla sorgente.
Trattandosi di una media complessiva, effettuata su tutte le piastrine, sorgenti
luminose che hanno uno stesso valore di Ra possono comportarsi in maniera
diversa rispetto alle singole piastrine. Inoltre due sorgenti con uguali
temperature di colore possono avere rese cromatiche molto diverse, se hanno
composizioni spettrali differenti.
In base ai valori di Ra la resa dei colori delle lampade può essere:
- ottima
Ra = 100  90
- buona
- moderata
Ra =90  70
Ra =70  50
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Caratteristiche elettriche e Tempo di accensione
Le Caratteristiche elettriche sono costituite dalla potenza di alimentazione:
P = V i cos
Dove:
-cos fattore di potenza, è pari ad 1 per le lampade ad incandescenza e pari a
0,3  0,5 per le lampade a scarica di gas, le quali perciò richiedono la presenza
sul circuito di un condensatore di rifasamento.
-Inoltre, nella lampade a scarica, dato che la corrente i tende ad aumentare
dopo che si è innescato l'arco, è necessario inserire un limitatore di corrente
(impedenza zavorra di tipo induttivo).
Tempo Di Accensione
È uguale a zero per la lampade ad incandescenza e può variare da zero ad
alcuni minuti per le altre lampade.
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Durata delle lampade
La vita di una lampada o di un gruppo di lampade può essere definita nei
seguenti modi:
vita tecnica individuale: numero delle ore di accensione dopo le quali una
lampada va fuori servizio o non risponde più a determinate specifiche;
vita minima: numero minimo di ore di vita della lampada garantita dal
costruttore;
vita economica: numero di ore dopo il quale il livello di illuminamento della
lampada decade di oltre il 30 %;
vita media: numero di ore dopo il quale il 50 % di un lotto significativo di
lampade va fuori servizio.
La durata di una lampada dipende dai seguenti fattori: scostamento dal valore
nominale della tensione di alimentazione; cicli di accensione; temperatura
ambiente; posizione di funzionamento; urti e vibrazioni; shock termici.
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Decadimento del flusso luminoso
Il valore iniziale del flusso luminoso viene misurato dopo 10 ore di accensione
per le lampade ad incandescenza e dopo 100 ore per le lampade a scarica. Il
deposito sulla parete interna del bulbo di materiale opaco proveniente dal
filamento o dagli elettrodi, l'azione corrosiva degli alogenuri metallici sul bulbo,
l'esaurimento delle polveri fluorescenti, producono un decadimento del flusso
luminoso, al quale si associa un cambiamento della temperatura di colore e
dell'indice di resa cromatica. In fig. 5.1 è riportata la curva di decadimento del
flusso per una lampada ad incandescenza.
variazione percentuale del flusso
luminoso emesso da una lampada
ad incandescenza in funzione delle
ore di funzionamento
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Regolazione del flusso luminoso
Regolazione del flusso luminoso
La parzializzazione del flusso luminoso, a gradini o continua, avviene
regolando la corrente elettrica. Nelle lampade ad incandescenza si praticano
delle interruzioni di durata variabile della corrente, senza variare la frequenza
(circuiti chopper), mentre nelle lampade a scarica si preferisce diminuire la
tensione agli estremi della lampada, aumentando però la frequenza della
tensione stessa. Nelle lampade a scarica il flusso luminoso può essere ridotto
fino al 50 %. Contemporaneamente però si alterano significativamente i
parametri colorimetrici della lampada.
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Temperatura e posizione di funzionamento
Temperatura e posizione di funzionamento
La temperatura di funzionamento delle lampade dipende dalle caratteristiche
costruttive e non dalla temperatura dell'ambiente. Solo per i tubi fluorescenti si
verifica un abbassamento del flusso luminoso quando la temperatura ambiente si
discosta dai 20-25 °C
Il posizionamento delle sorgenti
luminose,
infine,
influenza
significativamente la durata delle
lampade: ad esempio, radiatori e
fan-coils originano delle correnti
convettive che sollevano le
polveri, le quali si depositano
sulle
lampade
più
vicine,
determinando
un
rapido
decadimento del flusso luminoso.
variazione percentuale del flusso luminoso emesso da un tubo
fluorescente in funzione della temperatura dell'ambiente
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Classificazione delle sorgenti luminose
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Lampade ad incandescenza
A breve non più in commercio
(Da settembre 2011 non sono in commercio
quelle di potenza uguale o superiore a 60 W)
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Lampade ad incandescenza
1,5
campo del visibile
6
 (10 W/m m)
corpo nero
1
0,5
tungsteno
0
0
1
2
3
4
5
m
Il tungsteno mentre evapora solidifica sulle pareti interne del bulbo
opacizzandolo, con conseguente diminuzione del flusso luminoso emesso
dalla lampada. Se nel bulbo si immettono i cosiddetti fissatori, in genere a
base di fosforo, zirconio, fluoruri, questi si legano agli atomi di tungsteno
formando dei composti che, una volta solidificati sulla parete interna del
bulbo, sono trasparenti alla radiazione luminosa visibile, con conseguente
allungamento della vita media delle lampade ad incandescenza.
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Lampade ad incandescenza: GLS
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Lampade ad incandescenza: Reflector
paraboloide
zona trasparente o satinata
lente
zona opacizzata o satinata
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Lampade ad incandescenza: Alogene
Ciclo rigenerativo del tungsteno può essere schematizzato dalle seguenti
reazioni chimiche:
I2 
 2I
2000 K
W  2I 
 WI 2
2800 K
WI 2 
 W  2I
SORGENTI ARTIFICIALI DI LUCE
Lampade ad incandescenza: Alogene
LAMPADE A SCARICA
Principio di funzionamento
Una lampada a scarica in gas è costituita da un tubo di vetro o quarzo
ermeticamente chiuso.
All'interno del tubo, in corrispondenza delle estremità, sono posizionati due
elettrodi, l'anodo (positivo) e il catodo (negativo). Il tubo contiene un gas
oppure una piccola quantità di metallo che vaporizza quando fra gli elettrodi
si innesca il passaggio di corrente, che in un gas prende il nome di scarica.
LAMPADE A SCARICA
anodo
catodo
funzionamento
d
Non appena si applica agli estremi degli elettrodi una differenza di potenziale,
gli elettroni liberi presenti nel gas non si muovono più caoticamente, ma
migrano verso l'anodo instaurando una corrente elettrica.
Durante il loro movimento, gli elettroni urtano gli atomi del gas, cedendogli
una parte dell'energia cinetica che possiedono, la cui entità dipende dalla
velocità alla quale avviene l'urto. A bassa velocità l'elettrone devia dalla sua
traiettoria, mentre l'atomo si riscalda. Ad alta velocità l'atomo diventa eccitato:
l'energia che ha ricevuto viene utilizzata dagli elettroni più esterni per passare
su orbitali a cui competono livelli energetici più elevati. Dopo un tempo molto
breve, dell'ordine di 10-910-8 secondi, l'elettrone ritorna nell'orbitale che
occupava inizialmente, emettendo sotto forma di radiazione la differenza di
energia esistente tra i due livelli. :
LAMPADE A SCARICA
La frequenza n della radiazione emessa è legata alla differenza
di energia tra i due orbitali E2 – E1 tramite l'equazione
E2 – E1 = hn
dove h è la costante di Planck che vale 6,63 10-34 Js. Quando l'urto avviene ad
altissima velocità, l'elettrone più esterno abbandona l'atomo, che si trasforma in
uno ione. Questo si può legare ad un elettrone libero, emettendo luce, oppure
può urtare contro la parete del bulbo, producendo calore. Sotto l'azione del
campo elettrico interno al bulbo, gli elettroni strappati agli atomi si comportano
come elettroni liberi. Applicando una tensione opportuna, detta tensione
d'innesco, la velocità degli elettroni è tale da dar luogo a urti ad altissima
velocità. Il fenomeno della ionizzazione del gas si accresce rapidamente
(valanga elettronica), con gli ioni che si spostano verso il catodo, mentre gli
elettroni, molto più velocemente, migrano verso l'anodo
LAMPADE A SCARICA
Temperatura e posizione di funzionamento
V (V)
regione di
transizione
scarica
anormale
300
scarica di
Townsend
scarica
normale
arco
regione di
transizione
innesco
200
100
tensione d'innesco
10
-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
1
10
10 2
i (A)
A causa dell'urto con gli ioni, il catodo
si riscalda favorendo ulteriormente la
ionizzazione e quindi la formazione di
nuovi elettroni. Lo svilupparsi di
questo secondo processo di
ionizzazione accelera il raggiungimento
delle condizioni di regime, in cui il
numero degli elettroni è sufficiente a
mantenere la scarica tra i due
elettrodi. Per il mantenimento della
scarica è sufficiente una tensione
minore detta tensione d'arco.
LAMPADE A SCARICA
Temperatura e posizione di funzionamento
Nonostante la diminuzione della tensione applicata agli elettrodi, la
ionizzazione si accrescerebbe all'infinito, facendo diminuire la resistenza
elettrica della colonna di gas frapposta tra i due elettrodi, fino a portare alla
distruzione della lampada. Per rendere possibile il funzionamento della
lampada a scarica va quindi inserito in serie un reattore o alimentatore che
limita la corrente che circola nel circuito.
Gli atomi, potendo subire diversi stati di eccitazione, emettono radiazioni
aventi diversa lunghezza d'onda. Vi sono radiazioni che ricadono
direttamente nel campo del visibile, altre nell'infrarosso e nell'ultravioletto.
Per aumentare l'efficienza specifica della
lampada, la parete interna del tubo è
rivestita con polveri fluorescenti, che sono
eccitate dalla radiazione ultravioletta
incidente e, quando ritornano allo stato di
equilibrio iniziale, emettono energia
luminosa.
LAMPADE A SCARICA
Le sorgenti luminose gassose, operanti a
bassa pressione, emettono in genere
radiazioni secondo uno spettro a righe;
talvolta emettono anche secondo uno
spettro continuo, a cui competono però
emissioni specifiche minori. Il numero
delle linee spettrali dipende dalla natura
del gas, mentre l'emissione specifica e
l'ampiezza dell'intervallo di lunghezze
d'onda è funzione della pressione e dalla
temperatura del gas. A bassa pressione
le linee sono più strette e l'emissione
specifica della sorgente risulta minore;
al crescere della pressione aumenta non
solo l'emissione specifica, ma anche
l'ampiezza delle righe, fino a che si
sovrappongono e compare uno spettro
continuo.
LAMPADE A SCARICA
Tensione d'innesco
A parità di diametro del tubo, per
un dato gas, si è osservato
sperimentalmente che la tensione
d'innesco è funzione della pressione
del gas e della distanza tra gli
elettrodi.
Fissata la distanza d tra gli elettrodi
della lampada, si osserva che la
tensione d'innesco cresce sia per
pressioni del gas molto basse che
per tensioni molto elevate.
P
d
V (V)
V (V)
d1
d2
d3
P1
d1
d2
d3
P (Pa)
P2
P3
P1
P2
P3
P (Pa)
andamento della tensione di
innesco V in funzione della
pressione del gas all'interno del
bulbo P e della distanza tra gli
elettrodi d; d1 <d2 <d3 e
P1 <P2 <P3.
Definendo il tempo libero medio come il tempo che intercorre tra due
urti, questo fenomeno può essere spiegato nel seguente modo
LAMPADE A SCARICA
Temperatura e posizione di funzionamento
A) Alta pressione
Il tempo libero medio delle particelle è breve, per cui esse non
riescono ad acquistare una energia cinetica sufficiente alla
ionizzazione degli atomi. Aumentando la tensione, le particelle
subiscono una accelerazione tale che le collisioni portano alla
ionizzazione del gas.
B) Bassa pressione
Il tempo libero medio delle particelle è molto elevato, ma il gas
è così rarefatto che il numero delle collisioni è modesto; per
questa ragione, aumentando la tensione, le particelle subiscono
una accelerazione e quindi aumenta la frequenza delle collisioni
LAMPADE A SCARICA
Temperatura e posizione di funzionamento
V (V)
P
d
Vi,min
Pd i,min
Pd (N/m)
Allo stesso modo si può dimostrare che, fissando la
pressione del gas, la tensione d'innesco sale per
elettrodi molto vicini, ma anche per elettrodi posti a
distanza rilevante.
Per elettrodi piani e paralleli, la tensione d'innesco
dipende dal prodotto tra la pressione del gas nel
bulbo e la distanza tra gli elettrodi, secondo la
cosiddetta legge sperimentale di Paschen. È
conveniente perciò realizzare lampade per le quali al
prodotto Pd corrisponda la tensione di innesco
minima. Questo si può ottenere ricorrendo a lampade
con:
bassa pressione del gas ed elevata distanza tra gli
elettrodi;
elevata pressione del gas e ridotta distanza tra gli
elettrodi.
Può accadere però che la tensione d'innesco continui
ad essere troppo elevata. In questo caso si ricorre ad
un gas ausiliario, ad elettrodi speciali o particolari
accorgimenti tecnici, detti accenditori, che facilitano
l'innesco della lampada.
LAMPADE A SCARICA
Gas ausiliari
In molte lampade inizialmente le sostanze che emettono luce si trovano allo
stato liquido o solido e quindi la pressione del vapore è insufficiente per il
funzionamento della lampada. Per questa ragione viene immesso nel bulbo un
gas ausiliario, costituito da un gas raro o miscele di gas rari (argon, xenon,
ecc.) che, possedendo una tensione di eccitazione prossima alla tensione di
ionizzazione, facilitano l'instaurarsi della scarica. Una volta che si è instaurata la
scarica nel gas ausiliario, il calore generato dalla scarica fa vaporizzare la
sostanza solida o liquida, rendendo possibile il trasferimento della scarica al gas
emittente
Elettrodi speciali
Il catodo, realizzato in genere in tungsteno, può essere ricoperto con ossidi
dei metalli alcalino terrosi (BaO, SrO, CaO), che facilitano la ionizzazione del
gas.
LAMPADE A SCARICA
Starter
a
b
starter
c
reattore
Si tratta di un dispositivo usato principalmente nelle lampade
fluorescenti, che inserisce e disinserisce il circuito di
preriscaldamento degli elettrodi. Esistono vari tipi di starter:
ad effluvio, per adescamento a caldo, termici, accomunati
dalla presenza di un dispositivo mobile bimetallico. Lo starter
ad effluvio è costituito da due elettrodi, uno fisso e l'altro
dotato di una lamina bimetallica ripiegata, inseriti in un bulbo
di vetro, all'interno del quale è immesso un gas nobile (neon
o miscela di elio e idrogeno). All'atto della chiusura del
circuito si produce una scarica tra gli elettrodi che, per
effetto Joule, si riscaldano. A causa del diverso valore del
coefficiente di dilatazione dei due metalli, la lamina viene a
contatto con l'elettrodo fisso: il circuito si chiude ed inizia il
preriscaldamento degli elettrodi della lampada. L'inizio del
processo di ionizzazione del gas nel tubo della lampada
riduce la corrente che circola nello starter, con la
conseguente diminuzione della temperatura della lamina
bimetallica che in breve tempo ritorna nella posizione
iniziale, aprendo il circuito di preriscaldamento. Il
disinserimento di questo circuito genera una tensione
induttiva che, sommata a quella di rete, consente l'innesco
della lampada.
LAMPADE A SCARICA
Elettrodi ausiliari
Si tratta di un dispositivo utilizzato nelle
lampade ad alta pressione al mercurio e
nelle lampade ad alogenuri. Ai due elettrodi
principali ne è aggiunto un terzo, detto
ausiliario, disposto come in fig. Questo
elettrodo è collegato a quello principale più
lontano per mezzo di un resistore che limita
la corrente. Alla chiusura del circuito, si
genera un campo elettrico tra l'elettrodo
ausiliario e l'elettrodo principale adiacente.
La scarica che si instaura tra questi due
elettrodi comporta la ionizzazione del gas
ausiliario e quindi l'instaurarsi della scarica
tra i due elettrodi principali.
Successivamente la scarica passa al gas
emittente.
elettrodo ausiliario
resistore
reattore
LAMPADE A SCARICA
Accenditori elettronici
Per le lampade al sodio ad alta pressione si utilizza un accenditore elettronico
(tiristore). Questo genera impulsi ad alto voltaggio (2,5-4,5 kV) e alta
frequenza, per una durata superiore a 2 sec, che ionizzano il gas ausiliario. I
tiristori di nuova generazione si disinseriscono automaticamente nel caso di
mancato innesco della lampada
Reattore
Con l'instaurarsi della scarica, diminuisce la resistenza della colonna di gas
frapposta tra i due elettrodi, con conseguente aumento della corrente che
circola nel circuito. Per limitarla si inserisce un reattore in ferro, che crea una
resistenza zavorra di tipo induttivo. In genere, per non dissipare troppa
energia, si usano delle impedenze, che essendo dotate di una propria
induttanza, operano uno sfasamento tra corrente e tensione, rendendo
necessario l'inserimento di un condensatore che attui il rifasamento.
LAMPADE
Lampade al sodio a bassa pressione
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Nelle lampade al sodio a bassa pressione la scarica
avviene in un tubo di vetro ripiegato ad U, ai cui estremi
sono posti i due elettrodi
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
gruppo di sostegno;
pellicola di ossido di indio;
rivestimento interno riflettente il calore;
tubo ad arco a due strati, lo strato interno è
resistente al sodio ed ha uno spessore di 50 mm;
tubo di scarica con gas di innesco;
catodi speciali al tungsteno a triplice bobina;
perline di ceramica per protezione delle giunzioni
dai vapori di sodio;
anello di bario per mantenimento del vuoto;
base a baionetta.
LAMPADE
Lampade al sodio a bassa pressione
La tensione di innesco è superiore alla tensione di rete,
perciò inizialmente la scarica viene innescata nel gas
ausiliario (neon o argon), grazie alla presenza di un elettrodo
ausiliario oppure di un accenditore elettronico.
Quando viene raggiunta la temperatura di 200°C, il sodio
evapora e la scarica passa dal gas ausiliario al vapore
emittente. Dopo 5-8 minuti si raggiungono le condizioni di
regime, in cui temperatura e pressione sono tali da garantire
il mantenimento della scarica.
Per limitare la corrente che circola nel circuito è necessario
l'inserimento di un reattore.
LAMPADE
Lampade al sodio a bassa pressione
La massima efficienza delle lampade si ottiene per temperature del vapore di sodio dell'ordine dei 270
°C e per una pressione di 0,5 Pa. Per raggiungere questa temperatura si debbono limitare le
dispersioni di calore per convezione verso l'ambiente, racchiudendo il tubo in un involucro di vetro e
praticando nell'intercapedine il vuoto. Inoltre la superficie interna del secondo tubo è rivestita di uno
strato di ossido di indio che, per quei valori di temperatura, lascia passare il 91% delle radiazioni
luminose, e riflette verso il tubo interno il 90 % delle radiazioni infrarosse. Per evitare che il sodio
attacchi i silicati del tubo di vetro interno, questo viene protetto da un sottile strato di vetro al borace.
L'elevata efficienza delle lampade al sodio a bassa pressione è dovuta al fatto che l'emissione
avviene quasi esclusivamente in corrispondenza dell'intervallo di lunghezze d'onda 589589,6
mm, in prossimità quindi del massimo della sensibilità dell'occhio umano. La luce prodotta ha un
colore giallo-verde.
La luce monocromatica emessa dalle lampade altera sensibilmente il colore degli oggetti che
illumina; d'altro canto però, in ambienti con bassi valori di illuminamento, consente una
percezione più nitida e rapida degli oggetti. Queste lampade sono applicate quindi
nell'illuminazione stradale, di gallerie e piazzali.
LAMPADE
Lampade al mercurio a bassa pressione.
In queste lampade, comunemente chiamate fluorescenti, la scarica avviene
in un tubo, ripiegato o lineare, contenente vapori di mercurio a bassa
pressione e ai cui estremi sono posti gli elettrodi.
Questi sono costituiti da un filamento in tungsteno avvolto in spirale multipla
e rivestito di ossidi di metalli alcalino  terrosi, in modo da facilitare la
ionizzazione del gas ausiliario, che può essere neon, argon, Krypton o xenon.
La superficie interna del tubo è rivestita con polveri fluorescenti che
assorbono la radiazione ultravioletta e la riemettono in parte nel visibile.
Perciò l'indice di resa cromatica dipende dalla composizione delle polveri del
rivestimento. Inoltre, variando le percentuali dei fosfori, si ottengono
temperature di colore superiori a 2500 K.
LAMPADE
Lampade fluorescenti lineari
Queste lampade sono costituite da un tubo rettilineo o forgiato ad U o a
cerchio. La massima efficienza specifica viene raggiunta in corrispondenza di
un indice di resa cromatica pari a 85. Il diagramma mostra come è convertita
la potenza di alimentazione in una lampada fluorescente lineare da 40 W.
P O T E N Z A D I A L IM E N T A Z IO N E 4 0 W
P E R D IT E
N O N R A D IA T IV E
R A D I A Z IO N E
U L T R A V IO L E T T A
FLUORESCENZA
24 W
R A D I A Z IO N E
V IS IB IL E
1 W
R A D I A Z IO N E
V IS IB IL E
9 W
R A D I A Z IO N E
T E R M IC A
15 W
15 W
R A D I A Z IO N E
V IS IB IL E
R A D IA Z IO N E
T E R M IC A
C O N D U Z IO N E E
C O N V E Z IO N E
10 W
12 W
18 W
LAMPADE
Lampade fluorescenti compatte
Si tratta delle lampade dell'ultima generazione. Il tubo è ripiegato su se stesso
due o più volte e presenta diametri ridotti (10-15 mm), allo scopo di
miniaturizzare la sorgente e renderla utilizzabile in tutti quegli apparecchi che
utilizzano ancora lampade ad incandescenza. In alcuni formati le lampade
fluorescenti compatte incorporano anche i dispositivi ausiliari e, in questo caso,
le apparecchiature sono generalmente elettroniche, al fine di ridurre peso e
ingombro. L'efficienza del sistema lampada-reattore è di circa 50 lm/W nel caso
di reattore ferromagnetico e di 60 lm/W per un reattore elettronico. Rispetto
alle migliori lampade ad incandescenza alogene, presentano una efficienza
specifica doppia, una vita di 6000 ore (contro le 2000 ore delle alogene), un
indice di resa cromatica leggermente più basso, ma il costo notevolmente
superiore ne limita ancora la diffusione in ambito domestico.
LAMPADE FLUORESCENTI COMPATTE
LAMPADE
Lampade al sodio ad alta pressione
Nelle lampade al sodio ad alta pressione la
scarica è innescata fra due elettrodi posti alle
estremità di un tubo contenente una lega di
sodio e mercurio e un gas ausiliario, xenon o
argon. Il tubo è realizzato in allumina
sinterizzata, un materiale ceramico che
coniuga una elevata resistenza all'attacco del
vapore di sodio ad alta temperatura con una
buona trasparenza alla radiazione visibile.
La distribuzione spettrale della radiazione
luminosa emessa dipende dalla pressione del
vapore di sodio
1
2
3
4
5
6
7
8
9
LAMPADE
Lampade al mercurio ad alta pressione
1
Nelle lampade al mercurio ad alta pressione i due elettrodi
sono posti alle estremità di un tubo in quarzo; inizialmente
la scarica elettrica si instaura nel gas ausiliario (argon), per
poi passare al vapore di mercurio. Il tubo di scarica è posto
all'interno di un bulbo tubolare privo di aria, che limita le
dispersioni di calore per convezione verso l'ambiente e
assicura una protezione elettrica delle parti in tensione della
lampada. La scarica inizialmente riempie tutto il bulbo e poi
si contrae, fino a quando la pressione del vapore di
mercurio non raggiunge il suo valore di funzionamento. A
causa della sua elevata pressione (100 kPa - 2,5 MPa), il
vapore di mercurio emette direttamente nel campo del
visibile (per le lampade a bassa pressione si tratta di una
frazione trascurabile) con due bande principali centrate nel
blu-azzurro e nel giallo-verde, che conferiscono alla luce un
colore bianco-azzurro. Difettando del rosso, l'indice di resa
cromatica e la temperatura di colore sono molto bassi. Per
sfruttare l'energia raggiante emessa nell'ultravioletto, la
superficie interna del tubo viene rivestita con una miscela di
polveri di fosforo, che assorbono la maggior parte delle
radiazioni ultraviolette per poi riemetterle nel visibile.
2
3
4
5
6
7
8
9
lampada a vapori di mercurio ad alta
pressione.
1) molla di sostegno;
2) bulbo esterno in vetro;
3) rivestimento interno con polveri di
fosforo;
4) filo conduttore/supporto;
5) tubo di scarica in quarzo;
6) elettrodo ausiliario
7) elettrodo principale;
8) resistore d'innesco;
9) attacco a vite.
LAMPADE
Lampade ad Alogenuri
1
Nel tubo di scarica in quarzo delle lampade
ad alogenuri, oltre al mercurio e all'argon, si
immettono ioduri di sodio, tallio e indio.
Quando la lampada raggiunge le condizioni
di regime, gli ioduri non sono completamente
vaporizzati, ma nella zona centrale dell'arco
le molecole cominciano a dissociarsi in
alogeni e metalli che, eccitati dalla scarica,
emettono radiazioni distribuite nel campo del
visibile e vanno a coprire buona parte delle
lacune dello spettro del mercurio, senza che
la superficie interna del tubo debba essere
rivestita con polveri fluorescenti. Sono
disponibili lampade a resa cromatica
migliorata nel cui tubo di scarica sono
aggiunti anche ioduri di disprosio, olmio, tulio
e cesio.
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lampade ad alogenuri con
ampolla
diffondente
e
tubolare trasparente.
1) anello
per
il
mantenimento del vuoto;
2) bulbo esterno in vetro;
3) rivestimento con polveri
di fosforo;
4) tubo di scarica in quarzo;
5) conduttore/supporto;
6) attacco a vite.
LAMPADE
Lampade a Luce Miscelata
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Sono costituite da un bulbo riempito
con un gas inerte, all'interno del
quale è posto un tubo di scarica con
vapore di mercurio ad alta pressione,
collegato in serie con un filamento in
tungsteno. Il filamento sostituisce il
reattore, stabilizzando la corrente che
circola nella lampada, ma soprattutto
conferisce alla luce una tonalità
calda, più piacevole.
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ampada a luce miscelata.
1) bulbo esterno in vetro;
2) filamento incandescente;
3) tubo di scarica in quarzo;
4) supporto;
5) elettrodo principale;
6) rivestimento interno con polveri
di fosforo;
7) filo conduttore,
8) attacco a vite.
LAMPADE
Lampade ad Induzione
La causa principale del deperimento delle lampade a scarica consiste
nel consumo degli elettrodi. Nelle lampade ad induzione la scarica
viene generata nel vapore di mercurio senza il ricorso agli elettrodi,
grazie ad un circuito di eccitazione che crea un campo magnetico. Gli
elementi che costituiscono una lampada ad induzione sono:
- ampolla fluorescente;
- antenna;
- generatore elettronico ad alta frequenza.
Ampolla fluorescente
Bobina
H
E
Antenna
Linea di
alimentazione
Generatore
ad alta frequenza
LAMPADE
Lampade ad Induzione
LAMPADE
Lampade a Scarica
LAMPADE
Lampade a LED
Il LED (Light Emitting Diode), sviluppato da Nick Holonyak nel 1962, è un dispositivo che
sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori per emettere energia
luminosa a scapito della ricombinazione di coppie elettrone - lacuna. I LED sono
costituiti da una giunzione P-n generalmente realizzata con arseniuro di gallio o fosfuro di
gallio, entrambi materiali in grado di emettere radiazioni luminose quando attraversati da una
corrente elettrica con valori compresi tra 10 e 30 mA.
I LED più comuni emettono luce rossa, arancio, gialla o verde; in tempi relativamente recenti,
utilizzando il Nitruro di Gallio, si è prodotto un LED caratterizzato dall’emissione di luce blu
chiara. Si può ottenere una luce bianca dalla combinazione di più LED colorati vicini.
LAMPADE
Lampade a LED
La disponibilità di un led a luce blu è molto importante poiché ha consentito
di ricreare una radiazione spettralmente bianca a partire da dispositivi
intrinsecamente monocromatici mediante le seguenti due distinte tecnologie:
• utilizzo della tricromia: ossia di tre singoli led caratterizzati da emissione ad
appropriate lunghezze d’onda (nel rosso, nel verde e nel blu) e fasci
opportunamente collimati. Tale tecnica è utilizzata maggiormente nella riproduzione
digitale del colore;
• utilizzo del principio della conversione: si utilizza un led a luce blu (generalmente
in tecnologia InGaN) la cui radiazione (emissione primaria) stimola un’opportuna
polvere fluorescente (depositata su una superficie interna al componente) la quale
emette nel campo del giallo (emissione secondaria). Dalla miscelazione
dell’emissione primaria con quella secondaria è possibile ottenere una radiazione
spettralmente
uniforme
percepita,
come
“luce
bianca”.
Variando la quantità e la concentrazione della polvere fluorescente, è
possibile ottenere tonalità variabili dal bianco “freddo” (simile a quello emesso dalle
lampade a fluorescenza), ad un più “caldo” bianco-giallognolo (più vicino a quello
che caratterizza l’emissione di lampade ad incandescenza).
LAMPADE
Lampade a LED
• In campo illuminotecnico, al fine di ottenere l’intensità necessaria a garantire il
giusto illuminamento su una assegnata superficie, si ricorre spesso a moduli
preassemblati composti da più led.
• I LED hanno avuto maggiore diffusione nelle applicazioni in cui è necessario
avere elevata affidabilità, lunga durata ed elevata efficienza:
– telecomandi a infrarossi, indicatori di stato (lampade spia),
retroilluminazione di display LCD; semafori e stop delle automobili; cartelloni
a messaggio variabile;
– illuminazione domestica;
– illuminazione di ambienti esterni di interesse storico – artistico o
paesaggistico.
• In generale l’impiego dei LED è consigliabile quando l’impianto di illuminazione
deve essere dotato delle seguenti caratteristiche:
– lunga durata e robustezza;
– valorizzazione di forme e volumi;
– colori saturi ed effetti dinamici (variazione di colore RGB).
LAMPADE
Lampade a LED
• Con l’incremento delle prestazioni dei LED, il campo di impiego è in
continua espansione; le problematiche più comuni da risolvere sono
legate allo smaltimento del calore generato, alla fedeltà dei colori
riprodotti, all’assorbimento energetico complessivo.
• La durata è stimata in 100.000 ore (dispositivi attuali certificati
per durate oltre 50.000 ore), soprattutto grazie all’assenza di
elementi deteriorabili
• L’efficienza è attualmente mediamente dell’ordine di 40-60 lm/W, alcuni
dispositivi dell’ultima generazione sono dichiarati avere efficienze anche
oltre 100 lm/W; alcune aziende dichiarano per alcuni prototipi efficienze
intorno ai 150 lm/W.
• POSSIBILE SVANTAGGIO: elevata direzionalità del fascio luminoso (da
risolvere, se è necessaria l’omnidirezionalità, mediante un disegno
opportuno del corpo illuminante e distribuendovi sopra più LED).
LAMPADE
Lampade a LED
Esempi di Applicazione