LUCE NECESSITA e RISORSA

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1 LUCE NECESSITA e RISORSA liceo scientifico Giordano Bruno Mestre - Venezia 11 febbraio 2010

2 LUCE ARTIFICIALE Nel 1876 Edison e Swan inventano la lampadina. A partire dalla seconda metà del 900, grazie alla diffusione della distribuzione dell energia elettrica su larga scala e a basso costo, l illuminazione artificiale su quella naturale.

3 Nel 1835 James Bowman Lindsay mostra un sistema di illuminazione con lampada ad incandescenza. Il funzionamento di una lampada ad incandescenza si fonda sul principio dell'irraggiamento di fotoni generato dal surriscaldamento di un elemento metallico. Era costituita da un bulbo di vetro in cui era stato praticato il vuoto, al cui interno era contenuto un filo di cotone carbonizzato attraversato da corrente elettrica. Il problema dei primi modelli era la rapida distruzione del filamento. Nel 1878 Thomas Alva Edison riuscì a costruirne un modello sufficientemente durevole. 1) Bulbo di vetro 2) Gas inerte 3) Filamento di tungsteno 4) Filo di andata 5) Filo di ritorno 6) Supporto del filamento 7) Supporto della lampada 8) Contatto con la base 9) Base a vite 10) Isolante 11) Contatto sulla base

4 L illuminazione artificiale consente una progettazione più libera, svincolata da orientamento e dimensioni delle aperture. garantendo una costanza di livello. A differenza della naturale la luce artificiale non è gratuita. La crisi energetica degli anni 70 ha determinato un ritorno all illuminazione naturale o se vogliamo in generale ha determinato uno sviluppo dell attenzione verso gli sudi di contenimento energetici anche per quanto riguarda l illuminazione.

5 SORGENTI ATIFICIALI Le sorgenti di luce artificiale sono generalmente apparecchiature elettriche ma non solo

6 LAMPADE Le lampade costituiscono le sorgenti primarie di luce artificiale. Sono alimentate da energia elettrica e generalmente inserite in dispositivi realizzati con materiali riflettenti e/o rifrangenti con lo scopo ad effettuare il controllo in intensità (attenuazione) e direzionalità del flusso luminoso che emettono. L insieme della lampada e del dispositivo di controllo è detto apparecchio illuminante. Gli apparecchi illuminanti svolgono un ruolo fondamentale nella progettazione illuminotecnica. LED basa sul fenomeno detto "elettroluminescenza", dovuto alla emissione di fotoni nella banda del visibile o dell'infrarosso

7 Parametri caratteristici delle lampade sono: Tensione di alimentazione: indica la tensione, in Volt, di alimentazione elettrica Potenza elettrica: rappresenta, in watt, la potenza necessaria al funzionamento della lampada; Flusso luminoso: rappresenta la quantità di luce emessa dalla lampada per unità di tempo, ed è espressa in lumen; Efficienza luminosa η: è espressa dal rapporto tra il flusso luminoso emesso dalla lampada e a potenza elettrica necessaria al funzionamento della stessa [lm/w]; Dimensioni fisica e forma: per alcune applicazioni e tipologie di apparecchi; Tempo di accensione: nelle lampade a scarica, in alcuni casi può anche essere di molti minuti; Temperatura di colore e resa cromatica; Durata: valutata in condizioni di riferimento per la prova e su lotti omogenei di produzione in termini di vita media, vita economica, curva di mortalità.

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11 QUALE TEMPERATURA DI COLORE SCEGLIERE? Diagramma di Kruithof Indice di resa cromatica

12 Il colore percepito dall'occhio umano dipende, oltre che dal colore effettivo dell' oggetto osservato dalla composizione della luce che lo illumina. Ad esempio la luce del sole al crepuscolo o le luci artificiali modificano significativamente la percezione del colore. Per questa ragione la misura del colore viene effettuata con una luce bianca di riferimento che riproduce il più fedelmente possibile la luce solare. Il fenomeno chiamato METAMERISMO si ha quando colori che appaiono all'occhio identici sotto una certa luce mostrano tonalità differenti se illuminati con una luce diversa. Così ad esempio due oggetti possono apparire uguali se osservati a mezzogiorno e diversi se osservati al tramonto, quando la luce del sole assume una diversa composizione. Il fenomeno ha origine quando la curva spettrale che indica il grado di assorbimento della luce alle diverse lunghezze d'onda presenta una forma diversa in colori apparentemente uguali. In pratica il fenomeno si verifica quando le curve spettrali non si sovrappongono ma si "incrociano" in uno o più punti.

13 Generalmente la LAMPADA AD INCANDESCENZA TRADIZIONALE viene descritta/commercializzata attraverso due parametri: Tensione di alimentazione (V = Volt); Potenza (W=Watt),la potenza della lampadina elettromagnetica; Non sono però un indice diretto del flusso luminoso prodotto da essa (lumen), poiché quest'ultimo è determinato anche dall'efficienza luminosa dell'apparato stesso, ovvero dal rapporto tra l'energia tecnicamente luminosa visibile emessa e l'energia elettrica assorbita. L'energia perduta è pertanto quella parte di energia consumata che non serve alla funzione per cui è stata creata la lampadina. Nella maggioranza dei casi questa energia perduta è dissipata sotto forma di calore oppure, in misura meno significativa, sotto forma di luce emessa in zone dello spettro elettromagnetico che non sono percepibili dall'occhio umano: infrarosso e ultravioletto.

14 L elemento incandescente è un sottilissimo filamento, nella maggior parte dei casi metallico, solitamente si tratta di tungsteno, contenuto in un ampolla (bulbo), attraversato da corrente elettrica, continua o alternata, che ne provoca, per effetto Joule, il surriscaldamento fino a circa 2800 K e la conseguente emissione di radiazioni visibili per incandescenza. Efficienza luminosa lm / W Temperatura di colore: K Ra = 100 Vita media 1000 h

15 Nelle lampadine a incandescenza, solo il 5% dell'energia che le alimenta viene convertita in luce, il rimanente 95% viene sprecato in calore. L'8 dicembre 2008, la Commissione Europea per l'energia ha approvato la messa al bando delle lampade ad incandescenza, a partire dal 2009 e con scadenza nel 2012, in tutti gli Stati membri con la seguente gradualità: da settembre 2009 è vietata la produzione e la vendita di lampadine ad incandescenza da 80 W e di tutte quelle a bulbo smerigliato; da settembre 2010 di quelle da 65 W; da settembre 2011 di quelle da 45 W; da settembre 2012 con potenza superiore ai 7W; Da settembre 2013 innalzamento dei requisiti di qualità.

16 Le LAMPADE AD INCANDESCENZA ALOGENE sono costituite da un sottile tubo di quarzo a riempimento di iodio, o di altri alogeni (cromo, contenente un filamento di tungsteno a spirale. Il tungsteno, sublimato dal filamento, reagisce con l alogeno dando luogo ad un particolare ciclo che si rideposita sul filamento evitando l annerimento del tubo. Efficienza luminosa lm / W Temperatura di colore: K Ra = 100 Vita media 2000 h I limiti di questi dispositivi sono riconducibili all'emissione di raggi ultravioletti, dannosi per l'occhio umano che possono provocare degenerazioni della pelle e sbiadimento degli oggetti illuminati.

17 La LAMPADA FLUORESCENTE è un particolare tipo di lampada a scarica in cui l'emissione luminosa visibile è indiretta, ovvero non è emessa direttamente dal gas ionizzato, ma da un materiale fluorescente secondo il fenomeno della luminescenza. Questo tipo di lampade sono erroneamente chiamate lampade al neon o tubi al neon, ma non sempre contengono neon e in realtà il loro funzionamento è dovuto principalmente alla presenza di vapori di mercurio e di materiali fluorescenti, e non al neon. L emissione del vapore di mercurio a bassa pressione è costituita prevalentemente da radiazioni visibili ed UV. I fosfori convertono le UV in radiazioni visibili. Efficienza luminosa lm / W Temperatura di colore: dipende dai fosfori Ra = Vita media h

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19 Le LAMPADE AI VAPORI DI ALOGENURI simili a quelle al mercurio ma si distinguono da queste soprattutto per la composizione chimica delle sostanze gassose che riempiono il tubo di scarica. I composti usati, denominati alogenuri (o ioduri perché generalmente si sceglie lo iodio tra gli alogeni), sono formati da elementi non metalli (fluoro, cromo, bromo, iodio) detti alogeni, e da elementi metalli (sodio, tallio, indio). Efficienza luminosa 45/90 lm / W Temperatura di colore: dipende dalle sostanze contenute Ra=60/80 Vita media h h

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21 Le LAMPADE A VAPORI DI MERCURIO AD ALTA PRESSIONE sono costituite da un tubo di quarzo contenente vapore di mercurio (Hg) ad alta pressione, nel quale il passaggio di corrente stabilisce un arco tra due elettrodi, che determina l emissione di energia luminosa. I principali pregi delle lampade a mercurio sono la forte efficienza e la lunga durata.

22 Le LAMPADE A VAPORI DI SODIO sono costruttivamente simili a quelle di mercurio. A bassa pressione emettono luce monocromatica gialla alla lunghezza d onda caratteristica di emissione del sodio (589 nm). L efficienza luminosa è molto elevata, ma la pessima resa cromatica ne limita l impiego. Nella lampade a vapori di sodio ad alta pressione lo spettro di emissione comprende più frequenze e la resa cromatica è migliore anche se non ottima.

23 I LED (Light Emitting Diode = diodo ad emissione di luce) sono costituiti da diodi a giunzione p-n, formati da un sottile strato di semiconduttore drogato. Se sottoposti ad una tensione, rilasciano energia sotto forma di fotoni. Sono formati da composti di gallio oppure silicio: arseniuro di gallio, fosfuro di gallio, fosfuro arseniuro di gallio, carburo di silicio, nitruro di gallio ed indio. In base alla loro composizione emettono luce di una particolare lunghezza d onda, quindi sorgenti monocromatiche. I primi led emettevano luce rossa, successivamente gialla e verde. Da quando furono realizzati led blu (anni 90) è possibile ottenere tutte le combinazioni cromatiche. Pregi: elevata affidabilità. lunga durata. elevata efficienza. basso consumo. Applicazioni:segnaletica, retroilluminazione di display, cartelloni, illuminazione. Per quanto riguarda l illuminazione costituiscono sicuramente una promessa per il futuro, ma sono ancora in fase di evoluzione.

24 Un display OLED (Organic LED) sono delle sottili pellicole di materiale organico monopolare che vengono composti in modo da vari strati sovrapposti. A causa della natura monopolare degli strati di materiale organico, i display OLED conducono corrente solo in una direzione, comportandosi in modo analogo a un diodo: di qui il nome di O-LED. Le applicazioni nel settore dell illuminazione sono promettenti, ma non ancora competitive. I costi sono ancora elevati e la durata è limitata. Tecnologia che permette di realizzare display a colori con la capacità di emettere luce propria: a differenza dei display a cristalli liquidi, i display OLED non richiedono componenti aggiuntivi per essere illuminati (i display a cristalli liquidi vengono illuminati da una fonte di luce esterna), ma producono luce propria; questo permette di realizzare display molto più sottili e addirittura pieghevoli e arrotolabili, e che richiedono minori quantità di energia per funzionare.

25 S o r g e n te P o te n z a L u m in o s ità a p p r o s s im a tiv a a p p r o s s im a tiv a in w a tt (W ) in c a n d e le (cd) C a n d e la d i c e r a n o n n o to 1 cd L e d p o c o lu m in o s i d e c in e d i m W d e c in e d i mcd L e d d i p o te n z a q u a lc h e w a tt q u a lc h e cd L a m p a d in a a in c a n d e s c e n z a 40 W 4 0 cd L a m p a d in a a in c a n d e s c e n z a 1 00 W cd L a m p a d a flu o r e s c e n te 4 0 W cd P r o ie tto r e d i a lta p o te n z a m ilio n i d i cd d e c in e d i m ig lia ia d i W

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30 la mente è come un paracadute funziona solo se si apre A. Einstein grazie