Como funcionam as lâmpadas fluorescentes

O que é a luz? - Luz é uma forma de energia que pode ser liberada por um átomo. Ela é composta de milhares de pequenos pacotes parecidos com partículas que possuem energia e força (momento), mas não possuem massa. Estas partículas, chamadas de fótons de luz, são as unidades mais básicas da luz. Os átomos liberam os fótons de luz quando seus elétrons são excitados. Os elétrons são partículas carregadas negativamente que se movem em volta do núcleo do átomo (que tem carga positiva). Os elétrons de um átomo possuem diferentes quantidades de energia, dependendo de vários fatores, incluindo a velocidade e a distância do núcleo. Os elétrons de diferentes níveis de energia ocupam orbitais diferentes. De maneira geral, os elétrons com maior nível de energia se movem em orbitais mais distantes do núcleo. Quando um átomo ganha ou perde energia, a mudança reflete-se no movimento dos elétrons. Quando alguma coisa como o calor, por exemplo, passa energia para o átomo, um elétron pode ser temporariamente impulsionado para uma órbita mais alta, ou seja, mais distante do núcleo. O elétron fica nesta posição por uma pequena fração de segundo e, quase que imediatamente, é atraído pelo núcleo, para a sua órbita original. Como ele retorna para a sua órbita original, o elétron libera a energia extra na forma de um fóton, em alguns casos um fóton de luz.  O comprimento de onda da luz emitida depende da quantidade de energia liberada, que depende de uma posição particular do elétron. Conseqüentemente, diferentes tipos de átomos irão liberar diferentes tipos de fótons de luz. Em outras palavras, a cor de uma luz é determinada pelo tipo de átomo excitado. Este é o mecanismo básico de quase todas as fontes de luz. A principal diferença entre estas fontes é o processo de excitação dos átomos. Em uma fonte de luz incandescente, como uma lâmpada elétrica comum ou uma lâmpada a gás (um lampião), os átomos são excitados pelo calor; em um bastão de luz, os átomos são excitados por uma reação química. As lâmpadas fluorescentes têm um dos sistemas mais elaborados para excitar os átomos, como veremos a seguir. Dentro dos tubos - O elemento principal de uma lâmpada fluorescente é o tubo selado de vidro. Este tubo contém uma pequena porção de mercúrio e um gás inerte, tipicamente o argônio, mantidos sob pressão muito baixa. O tubo também contém um revestimento de pó de fósforo na parte interna do vidro e dois eletrodos, um em cada extremidade, conectados a um circuito elétrico. O circuito elétrico, que examinaremos mais tarde, é ligado a uma alimentação de corrente alternada (CA). Quando você acende a lâmpada, a corrente flui pelo circuito elétrico até os eletrodos. Existe uma voltagem considerável através dos eletrodos, então os elétrons migram através do gás de uma extremidade para a outra. Esta energia modifica parte do mercúrio dentro do tubo, de líquido para gás. Como os elétrons e os átomos carregados se movem dentro do tubo, alguns deles irão colidir com os átomos dos gases de mercúrio. Estas colisões excitam os átomos, jogando-os para níveis de energia mais altos. Quando os elétrons retornam para seus níveis de energia originais, eles liberam fótons de luz. Como vimos na última seção, o comprimento da onda de um fóton é determinado pelo arranjo específico do elétron no átomo. Os elétrons nos átomos de mercúrio estão dispostos de tal maneira que liberam fótons de luz na faixa de comprimento de onda do ultravioleta. Nossos olhos não registram os fótons ultravioletas, então este tipo de luz precisa ser convertido em luz visível para iluminar a lâmpada. É aqui que o revestimento de pó de fósforo do tubo entra em ação. Os fosforosos são substâncias que emitem luz quando expostas à luz. Quando um fóton atinge um átomo de fósforo, um dos elétrons do fósforo pula para um nível mais alto de energia e o átomo se aquece. Quando o elétron volta para o seu nível normal de energia, ele libera energia na forma de outro fóton. Este fóton tem menos energia do que o original porque parte desta energia foi perdida na forma de calor. Em uma lâmpada fluorescente, a luz emitida está no espectro visível, o fósforo emite luz branca que podemos enxergar. Os fabricantes podem variar a cor da luz usando combinações de fosforos diferentes. As lâmpadas incandescentes convencionais também emitem uma boa quantidade de luz ultravioleta, mas elas não convertem nenhuma parte em luz visível. Conseqüentemente, muito da energia usada para iluminar uma lâmpada incandescente é desperdiçada. Uma lâmpada fluorescente coloca esta luz invisível para funcionar, por isso ela é mais eficiente. As lâmpadas incandescentes perdem mais energia através da emissão de calor do que as lâmpadas fluorescentes. Geralmente, uma lâmpada fluorescente comum é de quatro até seis vezes mais eficientes do que uma lâmpada incandescente. As pessoas geralmente usam as lâmpadas incandescentes em casa porque elas emitem uma luz mais "quente", mais vermelha e menos azul. Como vimos, o sistema de lâmpada fluorescente depende de uma corrente elétrica fluindo através do gás no tubo de vidro. Na próxima seção, veremos do que a lâmpada fluorescente precisa para estabelecer esta corrente. Fontes de luz - As lâmpadas fluorescentes são uma aplicação de iluminação de um tubo de descarga no gás. A luz negra é essencialmente uma lâmpada fluorescente sem revestimento de fósforo. Ela emite luz ultravioleta que faz os fosforosos de fora da lâmpada emitir luz visível. Na seção anterior, vimos que os átomos de mercúrio no tubo de vidro da lâmpada fluorescente são excitados por elétrons que fluem por uma corrente elétrica. Esta corrente elétrica é parecida com a corrente de um fio elétrico comum, mas ela passa por um gás ao invés de passar por um sólido. Os condutores gasosos diferem dos condutores sólidos em vários aspectos. Em um condutor sólido, a corrente elétrica é carregada por elétrons livres pulando de átomo para átomo, de uma área carregada negativamente para uma área carregada positivamente. Como vimos os elétrons sempre têm uma carga negativa, o que significa que eles sempre são atraídos na direção de uma carga positiva. Em um gás, a carga elétrica é carregada por elétrons livres movendo-se independentemente dos átomos. A corrente também é carregada por íons (átomos que têm uma carga elétrica porque perderam ou ganharam um elétron). Como os elétrons e os íons são atraídos para áreas com cargas opostas às deles. Para enviar uma corrente através do gás em um tubo, a lâmpada fluorescente precisa ter duas coisas: Elétrons livres e íons. Uma diferença na carga entre as duas extremidades do tubo (uma voltagem). Geralmente, existem poucos íons e elétrons livres em um gás, porque todos os átomos mantêm uma carga neutra. Conseqüentemente, é difícil de conduzir uma corrente elétrica através da maioria dos gases. Quando você liga uma lâmpada fluorescente, a primeira coisa que ela precisa fazer é introduzir muitos elétrons livres novos nos dois eletrodos. Existem várias maneiras diferentes de fazer isto, como veremos nas próximas seções. Editor Paulo Gomes de Araújo Pereira.