Illuminazione elettrica

Illuminazione elettrica Illuminazione ottenuta attraverso diversi dispositivi che convertono l'energia elettrica in luce. Tra le sorgenti luminose più comuni vi sono le lampade a incandescenza e a fluorescenza e i vari tipi di lampade ad arco.

Se una corrente elettrica attraversa un conduttore non perfetto, una parte dell'energia viene dissipata sotto forma di calore. Poiché a temperature maggiori di circa 500 °C ogni corpo diviene incandescente ed emette luce, un conduttore riscaldato da una corrente elettrica oltre tale temperatura funziona da sorgente luminosa. La lampada a incandescenza è costituita da un filamento di materiale ad alto punto di fusione racchiuso in un bulbo di vetro in cui è stato praticato il vuoto, o che è stato riempito con un gas inerte. È necessario usare filamenti ad alto punto di fusione perché il rapporto fra la quantità di luce emessa dal filamento e il calore prodotto è tanto maggiore quanto più alta è la temperatura; le lampade più efficienti sono quindi quelle in cui il filamento raggiunge temperature molto elevate. Nelle prime lampade commerciali venivano utilizzati filamenti di carbone, ma nei dispositivi moderni si impiegano sottili filamenti di tungsteno. Il filamento deve essere posto nel vuoto o in atmosfera inerte, altrimenti reagirebbe con l'ossigeno atmosferico, bruciando. L'uso di un gas inerte permette di rallentare la volatilizzazione del filamento, prolungando così la durata della lampada. Molte delle moderne lampade a incandescenza sono riempite con un miscuglio di argo o cripto e di alogeni gassosi o di piccole quantità di azoto. Un radicale mutamento costruttivo si è ottenuto sostituendo al classico bulbo di vetro un più resistente tubetto di quarzo.

Il funzionamento delle lampade a scarica è dovuto alla ionizzazione e alla conseguente scarica elettrica che si producono in gas o vapori metallici a bassa pressione quando sono attraversati da corrente elettrica. Tipici esempi sono le lampade a vapori di mercurio, che forniscono una intensa luce blu-verde e sono usate in fotografia e nell'illuminazione stradale, e le lampade al neon usate nelle insegne luminose. Nelle più recenti lampade a scarica si aggiungono altri metalli al mercurio e al fosforo per migliorarne il colore e l'efficienza. Una potenza luminosa senza precedenti si è ottenuta con le lampade a vapori di sodio ad alta pressione racchiusi in tubi di materiale ceramico translucido e trasparente.

Le lampade fluorescenti sono un altro tipo di lampade a scarica usate per la normale illuminazione. Si tratta di lampade a vapori di mercurio a bassa pressione racchiusi in un tubo di vetro ricoperto internamente da uno strato sottile di materiale fluorescente detto scintillatore. La radiazione emessa dalla scarica nei vapori di mercurio è costituita principalmente da radiazione ultravioletta, che è di per sé invisibile ma ha la capacità di eccitare lo scintillatore, provocando l'emissione di luce visibile. Le lampade a fluorescenza hanno numerosi e importanti pregi. Con una scelta opportuna della composizione dello scintillatore è possibile produrre una luce qualitativamente molto simile a quella del giorno. L'efficienza di queste lampade è molto alta (per cui sono anche dette 'a risparmio energetico'): un dispositivo da 40 watt produce luce equivalente a quella di una lampada a incandescenza da 150 watt. Inoltre, a parità di potenza luminosa, queste sorgenti luminose producono meno calore delle lampade a incandescenza.

Un progresso nel campo dell'illuminazione elettrica è costituito dai cosiddetti pannelli luminosi, basati sul fenomeno dell'elettroluminescenza. In questi pannelli il materiale fluorescente è suddiviso in granuli (fosfòri) che vengono incorporati in un sottile strato di materiale non conduttore, come plastica, posto tra due piastre conduttrici, una delle quali è di materiale translucido, come ad esempio vetro ricoperto da un sottilissimo strato di ossido di stagno. Applicando una tensione alternata alle piastre conduttrici (elettrodi), le particelle dello scintillatore risultano sottoposte a un campo elettrico alternato che ne eccita la luminescenza. I pannelli luminosi possono servire a molti scopi, ad esempio per illuminare i quadranti di orologi e di apparecchi radio, per rendere visibili i contorni dei gradini delle scale o per realizzare pareti luminescenti. Tuttavia il loro uso è limitato dall'eccessivo consumo di corrente richiesto per l'alimentazione di impianti di grandi dimensioni.

Si producono diversi tipi di lampade elettriche per usi speciali come per la fotografia o nell'illuminazione a giorno. In genere sono lampade a bulbo di forma tale da agire come riflettori, con un rivestimento interno di alluminio che funziona da specchio (vedi Ottica). I proiettori usati negli studi di ripresa cinematografica o televisiva sono lampade a incandescenza che funzionano a temperatura superiore a quella consueta, per ottenere una emissione di luce più intensa e colori più netti e definiti. La durata di queste lampade è di sole due o tre ore mentre quella delle lampade normali varia da 750 a 1000 ore. Le lampade lampo (flash), usate in fotografia quando la luce ambiente è insufficiente, producono un singolo intenso lampo di luce che dura pochi centesimi di secondo: funzionano per combustione di un sottilissimo filo o foglio di alluminio, aggrovigliato all'interno di un bulbo di vetro riempito di ossigeno. La combustione è innescata dal riscaldamento di un piccolo filamento interno al bulbo. Sempre più diffuso è tuttavia il flash elettronico, costituito da una lampada stroboscopica a scarica in gas, caratterizzata da alta velocità di scarica.

I primissimi esperimenti di illuminazione elettrica furono condotti dal chimico britannico Humphry Davy, che realizzò archi elettrici e che portò a incandescenza mediante corrente elettrica sottili fili di platino in aria. A partire dal 1840 circa furono brevettate diverse lampade a incandescenza, ma nessuna di esse ebbe successo commerciale fino a quando, nel 1879, l'inventore statunitense Thomas Alva Edison produsse la sua lampada a filamento di carbone. Durante lo stesso periodo, furono sviluppate numerose lampade ad arco. Il primo dispositivo di questo tipo d'uso pratico fu installato nel faro di Dungeness, in Inghilterra, nel 1862. Lo statunitense Charles Francis Brush produsse la prima lampada ad arco commercialmente valida nel 1878. Intorno al 1907 si sostituì il filamento di carbone col filamento di tungsteno nelle lampade a incandescenza, e pochi anni dopo si introdusse l'uso del gas inerte. Le lampade fluorescenti furono introdotte nel 1938.