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Lampade

A incandescenza

Le lampade comunemente denominate "a incandescenza" sono sorgenti di luce artificiale ancora molto diffuse nel mondo, dopo aver subito vari perfezionamenti tecnologici dall'anno 1879 quando Thomas Alva Edison presentò la sua invenzione a Menio Park, nel New Jersey (USA).
Edison utilizzò e sfruttò i risultati di studi ed esperimenti sull'emissione luminosa di filamenti percorsi da corrente elettrica condotti da numerosi ricercatori a partire dai primi anni dell'Ottocento.
L'inglese Joseph Wilson Swann lo precedette (1878) nella costruzione di un prototipo funzionante di lampada con filamento di cartoncino bristol carbonizzato.
La lampada di Edison era costituita da un filamento di cotone carbonizzato collocato all'interno di un'ampolla di vetro trasparente priva di aria.
L'efficienza venne calcolata in 1,4 lm/W e la durata fu di circa 45 ore.

Il merito che la storia riconosce a Edison non consiste solo nell'aver fabbricato la prima lampada di uso pratico, ma anche nell'essere riuscito nell'impresa di costruire tutti i mezzi tecnologici necessari a diffonderne l'uso nel contesto sociale ed economico di fine Ottocento. Egli si preoccupò, infatti, di asservire alla nuova fonte di luce artificiale, destinata a rimpiazzare velocemente la lampada a gas illuminante, tutti i dispositivi accessori (attacco a vite - ancora oggi in uso con poche varianti costruttive - interruttori, fusibili ecc.), le macchine per produrre l'energia elettrica, le reti dei conduttori per distribuirla nel territorio, le società e le compagnie per promuovere e gestire la produzione dell'energia elettrica su vasta scala.
Nonostante la lunga e continua evoluzione tecnologica del prodotto, il principio di funzionamento è rimasto sostanzialmente immutato: un metallo ridotto a sottilissimo filamento, inserito in un bulbo di vetro in cui è praticato il vuoto spinto e di cui si è provveduto al riempimento con una determinata quantità di gas inerti, è attraversato da corrente elettrica, continua o alternata, che ne provoca il surriscaldamento fino all'incandescenza, a temperatura molto elevata, con emissione di radiazioni luminose, insieme ad una quota cospicua di radiazioni infrarosse e ad una piccolissima quantità di radiazioni ultraviolette.
Il cuore della sorgente è il filamento metallico che oppone resistenza al transito della corrente elettrica. Il materiale di cui è costituito è stato oggetto di pazienti ricerche allo scopo di elevarne quanto più possibile il potere emissivo e la durata.
E' noto che lo stesso Edison sperimentò i materiali più disparati. Tra i metalli: il platino, l'indio, il tungsteno; tra i materiali di origine organica: la carta, il cartoncino, il cotone, fibre di bambù, di palme, di varie piante erbacee provenienti anche da paesi esotici.
Dopo i suoi tentativi ne seguirono altri, mentre si consolidava la fabbricazione di lampade con filamento di cellulosa ricoperta di grafite.
L'adozione dei metalli, che doveva rivelarsi definitiva, si diffuse solo dopo la prima decade del nuovo secolo, a causa degli alti costi della lavorazione in carenza di tecnologie produttive adeguate.
Quando il metallo accumula, per effetto Joule, molta energia termica, inizia ad assumere rilevanza il fenomeno della sublimazione, cioè il cambiamento di stato fisico del metallo da solido a vapore. Il vapore del metallo liberatosi tende a condensarsi, tornando così all'originario stato solido, a contatto con le superfici relativamente più fredde, in specie con la parete interna dell'ampolla di vetro da cui è circondato. Le minute particelle metalliche che si depositano ombreggiano la calotta dall'interno, cagionando l'assorbimento di una quota della radiazione emessa dal filamento incandescente. Si verificano i caratteristici annerimento e velatura, con il conseguente decremento dell'efficienza luminosa della sorgente. Gli atomi volatilizzati riducono la sezione trasversale del filamento, rendendolo sempre più fragile. La sublimazione, pertanto. è all'origine di una riduzione della durata della lampada.
I principali limiti, per quanto attiene alle caratteristiche e alle prestazioni delle lampade a incandescenza, sono così sintetizzabili:
- caratteristiche dimensionali standard degli attacchi e del bulbo (vincolanti in termini di ingombro);
- alti consumi (basse efficienze luminose);
- alte emissioni termiche;
- ridotta durata di vita;
- tonalità di luce calde;
- ridotte temperature di colore.