Lâmpada incandescente

Uma lâmpada incandescente produz luz fazendo passar corrente por um filamento fino até ele ficar ao rubro branco, dentro de uma ampola de vidro sem ar para que o filamento não arda. Joseph Swan e Thomas Edison tornaram-na prática em 1879, e ela iluminou casas e ruas durante mais de um século.

O que é

A lâmpada incandescente é uma ampola de vidro com um fio muito fino, o filamento, que brilha quando a corrente o atravessa. Antes dela, as casas iluminavam-se com chamas: velas, candeeiros de azeite e bicos de gás, que faziam fumo e causavam muitos incêndios. Já havia lâmpadas de arco elétrico, mas eram fortes demais para uma sala.

A lâmpada da prancha é do tipo que a fábrica de Edison produzia no início da década de 1880. As suas descendentes foram a lâmpada doméstica habitual durante a maior parte do século XX, até serem substituídas pelas fluorescentes compactas e depois pelos LED.

Como funciona

Qualquer material suficientemente aquecido emite luz. A resistência elétrica converte energia elétrica em calor, e um filamento fino passa do vermelho escuro ao laranja e depois ao branco. Quanto mais quente estiver, mais branca e eficiente é a luz, mas mais depressa o filamento se evapora.

Ao ar, um fio de carbono ou de metal ao rubro branco arde em instantes, por isso a ampola é esvaziada ou, mais tarde, cheia de um gás que não reage. A bomba liga-se no topo por um tubo de vidro estreito, que depois se funde para o fechar; é a pequena ponta visível nas lâmpadas antigas.

Na bomba de Sprengel, cada gota de mercúrio que cai aprisiona um pouco de ar e leva-o pelo tubo abaixo.

Os fios que levam a corrente ao filamento têm de atravessar o vidro. O vidro e o metal dilatam de forma diferente com o calor, e uma selagem mal ajustada racha quando a lâmpada aquece. A platina dilata quase ao mesmo ritmo que o vidro usado nas primeiras ampolas, por isso essas lâmpadas tinham fios curtos de platina através de um pé de vidro, unidos dentro do casquilho a cobre, mais barato.

Edison concebeu a lâmpada com a rede que a alimentaria. Um filamento de alta resistência elétrica consome pouca corrente a cerca de 100 volts, e as lâmpadas podem assim ligar-se em paralelo, cada uma com o seu interruptor, em condutores de cobre de secção razoável.

Só 5 a 10 % da eletricidade sai como luz visível; o resto perde-se em calor.

Como construir

Uma lâmpada duradoura exige vidreiro, uma bomba de vácuo que atinja uma pressão muito baixa e um filamento dimensionado para a tensão de alimentação. Só o primeiro passo é uma demonstração segura em casa; os outros descrevem como se faziam as primeiras lâmpadas numa oficina.

Ver o princípio. Prender um pedaço curto de mina de lápis fina entre duas pinças metálicas sobre um azulejo de cerâmica e tapá-lo com um frasco de vidro invertido. Alimentá-lo com uma fonte de bancada a cerca de 12 volts, com o limite de corrente no mínimo, e subi-lo devagar. A mina fica laranja e depois parte-se, queimada pelo oxigénio do frasco: daí a necessidade de tirar o ar da ampola.

Carbonizar o filamento. Nas oficinas, laços de bambu ou de fio de algodão eram enterrados em carvão em pó num cadinho com tampa e respiro, aquecido ao rubro num forno durante horas. Sem ar, a fibra transformava-se em carbono em vez de cinza; os gases libertados eram inflamáveis e continham monóxido de carbono.

Selar os fios. Dois fios curtos de platina, ou de outro metal adequado ao vidro, eram fundidos num pé de vidro; prendia-se o filamento às pontas com pasta de carbono e fundia-se o pé no gargalo de uma ampola soprada com um tubo fino de exaustão no topo. Um filamento de baixa tensão tem de ser mais curto e mais grosso do que um de 100 volts.

Bombear e aquecer. Com a ampola na bomba, uma corrente moderada no filamento expulsava os gases do carbono e do vidro. Quando a pressão deixava de baixar, o tubo era fechado à chama.

Pôr o casquilho. Um casquilho de rosca em latão era fixado ao gargalo com gesso, um fio soldado à rosca e o outro ao contacto central.

Segurança. A tensão da rede pode matar: fazer as experiências apenas com uma fonte de bancada com limitação de corrente, abaixo de 24 volts, nunca numa tomada, e nunca pôr uma bateria de automóvel ou de lítio em curto-circuito através de um filamento. Filamentos, vidro e pinças aquecem o bastante para queimar a pele e incendiar papel, por isso trabalhar sobre um azulejo, longe de tudo o que arda. Uma ampola em vácuo pode implodir e projetar vidro: usar óculos de proteção e trabalhar atrás de um ecrã transparente. O vapor de mercúrio é tóxico: não construir nem usar bombas de mercúrio em casa. Nunca aquecer um recipiente fechado: a carbonização liberta gás inflamável e monóxido de carbono e faz-se num forno com respiro, ao ar livre, nunca em casa.

História e evolução

As fibras de bambu carbonizado duravam muito mais do que o papel e o fio das primeiras lâmpadas.

Em 1802, Humphry Davy pôs uma tira de platina a brilhar com a corrente de uma grande pilha, e em 1840 Warren de la Rue colocou uma espiral de platina dentro de um tubo em vácuo. A platina era cara demais; o carbono era barato, mas ardia no ar que as bombas da época deixavam.

Em Inglaterra, Joseph Swan trabalhou em filamentos de papel carbonizado desde cerca de 1850. Um ensaio de 1860, numa ampola mal esvaziada, falhou. A partir de 1875 usou a nova bomba de mercúrio de Sprengel e, entre dezembro de 1878 e fevereiro de 1879, mostrou em Newcastle upon Tyne lâmpadas de carbono que funcionavam. Em dezembro de 1880 instalou lâmpadas em Cragside, a casa do industrial William Armstrong.

Por volta de 1910, o fio de tungsténio trefilado substituiu o carbono e deu uma luz mais branca e eficiente.

Em Menlo Park, Nova Jérsia, o laboratório de Thomas Edison escolheu um filamento de carbono de alta resistência. A 22 de outubro de 1879, uma lâmpada com fio de algodão carbonizado ardeu durante 13,5 horas; a equipa aumentou então a corrente, e cerca de uma hora depois a ampola sobreaqueceu e rachou. Na noite de 31 de dezembro de 1879, Edison iluminou o laboratório e a rua em frente para os visitantes, com filamentos em ferradura de cartão carbonizado. Em 1880 adotou o bambu, com durações relatadas de cerca de 1200 horas, e em 1882 a central de Pearl Street começou a alimentar lâmpadas no sul de Manhattan. Depois de uma disputa de patentes na Grã-Bretanha, as empresas de Swan e de Edison fundiram-se em 1883 como «Ediswan».

Por volta de 1910, William Coolidge, da General Electric, descobriu como trefilar o tungsténio, metal frágil, em fio fino. Ao rubro branco, o tungsténio evapora-se muito mais devagar que o carbono, e as lâmpadas puderam trabalhar mais quentes. Irving Langmuir encheu depois as ampolas com um gás inerte, de início azoto, que abranda ainda mais a evaporação, e enrolou o filamento em espiral. A partir de 2009, a União Europeia e depois muitos outros países começaram a retirar do mercado as lâmpadas incandescentes comuns, substituídas pelas fluorescentes compactas e mais tarde pelos LED.