Tehnocultura TVS 010 – Becul cu incandescență

Becul cu incandescență, episod difuzat la TVS Brașov, în data de 29 septembrie 2015, orele 20:30.

Ce este acela un bec? Dar câte tipuri de becuri există? Cum s-a ajuns la crearea becurilor și cine au fost inventatorii cei mai importanți din universul becurilor?

Despre becul cu incandescență, invenție și știința din spatele acestuia poți afla mai multe în episodul 10 al emisiunii Tehnocultura la TVS Brașov:

Dacă nu ai timp de văzut filmul, poți urmări varianta podcast pe Itunes.

Realizator emisiune : Manuel Cheta, http://tehnocultura.ro
Editare video/grafica : Svetlana Covalenco, TVS Brașov
Generic: Alex Luca, TVS Brașov

Filmat și difuzat la
TVS Brașov
Str. N. D. Cocea, Nr. 2A

Sponsori:
Easyhost – http://ro.easyhost.com/gazduire-website

Parteneri:
Visual ID: Gabriel Cotovan, http://trupixl.com
Hair stylist: Monica Juncu
Consultant imagine: Dumitru D. Șușu
———-
Transcript

1. Scurt intro despre becurile cu incandescență

Au trecut mai bine de 100 de ani de când s-a folosit un șir de becuri pentru pomul de Crăciun pentru prima oară. Cel ce a folosit acele becuri a fost Edward. H. Johnson și a împodobit pomul în anul 1882.

Edward H. Johnson era un asociat al lui Thomas Edison și a folosit 80 de becuri cu incandescență de mărimea unei nuci. Becurile aveau culoarea roșie, albă sau albastră.
img-bec-01-ed-h-johnson
(sursa http://siris-archives.si.edu/ipac20/ipac.jsp?&profile=all&source=~!siarchives&uri=full=3100001~!362045~!0#focus )
Cu toate că există metode mult mai avansate azi, încă se folosesc becuri cu incandescență peste tot în lume. Iluminatul public a trecut mult timp prin faza becurilor cu incandescență, dar acum se folosesc lămpi cu arc electric ori cu halogen, un tip aparte de bec cu incandescență.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Street_light#Modern_lights
http://en.wikipedia.org/wiki/High-intensity_discharge_lamp
http://en.wikipedia.org/wiki/Halogen_lamp
http://www.vestul.ro/stiri/3792/timisoara-primul-oras-european-cu-iluminat-electric-stradal.htm

Putini știu, dar Timișoara a fost primul oraș de pe Europa continentală care să aibă iluminat public cu becuri cu incandescență. Acest lucru se petrecea în data de 12 noiembrie 1884.

Rămâi cu mine ca să aflăm mai multe despre becurile cu incandescență.

2. Becul cu incandescență

Deși UE a cerut retragerea de la vânzare a becurilor cu incandescență încă din septembrie 2012, aceste tipuri de becuri încă mai sunt folosite prin casele românilor. Chiar acum 1-2 luni am schimbat acasă trei asemenea becuri și am pus becuri economice în schimb.

Extra:
http://www.realitatea.net/becurile-cu-incandescenta-interzise-in-ue-romanii-si-au-facut-provizii_999804.html
http://www.romania-actualitati.ro/becurile_cu_incandescenta_interzise_in_ue-43938
how its made – https://www.youtube.com/channel/UCjHsPBHX1NNbIqTy4eXVTig/search?query=bulb

I se spune bec cu incandescență pentru că generează lumina prin încălzirea filamentului din acesta. Până în 1910 s-a folosit filament de carbon iar de atunci încoace s-a folosit filament de tungsten.
img-bec-02-Carbonfilament
( sursa http://pt.wikipedia.org/wiki/Joseph_Wilson_Swan )

Primul care a făcut experimente prin care se obținea lumina în acest fel a fost chimistul englez Humphry Davy în anul 1802, la numai doi ani de zile de când Alessandro Volta a creat celula voltaică, prima baterie electrică modernă.

Humphry Davy a descoperit incandescența atunci când a văzut cum un fir de platină se încălzește, luminează și apoi arde.

Extra:
inc light bulb http://www.edisontechcenter.org/TourEL2inc.html https://www.youtube.com/watch?v=aPaeIFjpoQ8
http://www.edisontechcenter.org/Lighting.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Street_light
http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb

Trebuie subliniat aici faptul că orice metal, atunci când este sub forma unui fir subțire, poate arde ușor atunci când trece un curent electric prin el sau chiar când îl aprinzi cu chibritul.

De exemplu, există ceea ce se numește lână de oțel, un pămătuf de fire de oțel foarte subțiri care pot fi arse la fel ca orice pai obișnuit. De fapt, atunci când vorbim de ardere, este important să avem o suprafață de contact cât mai mare cu aerul din jur, respectiv cu oxigenul.

Iată cum arde fierul sub forma unei lâni din oțel:

Extra:
steel wool https://www.youtube.com/watch?v=5MDH92VxPEQ
http://www.amazon.com/Homax-106600-06-106100-Steelwool-16pk/dp/B00004Z4EG
CRI and graphs – http://www.edisontechcenter.org/lighting/index.html

Dat fiind că orice metal sub forma unui filament ar arde chiar ușor la trecerea curentului electric, este clar că nu puteam avea surse de lumină folosind platină în acest fel.

Prin 1841 inventatorul englez Frederick de Moleyns a inventat un predecesor al becului în care filamentul metalic era pus într-un glob de sticlă, dar acesta se înnegrea foarte ușor.

Apoi, în 1879 Thomas A. Edison, SUA, și Joseph Swan, Anglia, au venit, independent unul de altul, cu ideea de a folosi un filament cu rezistență mărită în acest glob de sticlă , fiecare dezvoltând modelul său de soclu, glob, filament.

Pasul mare s-a făcut în 1911 când William D. Coolidge a inventat filamentul din tungsten ductil.
Tungsten este bun de folosit ca filament pentru că se topește doar la 3400 de grade celsius și generează lumină galben-albă. In afară de aceasta, lumina generată de filamentele de tungsten are un indice de redare a culorii de aproximativ 95.

Indicele de redare a culorii sau CRI, color rendering index, este un număr care ne arată cât de bine putem deosebi culorile atunci când obiectele sunt luminate de anumite tipuri de becuri.
Un indice de redare a culorii de 95 din 100 înseamnă că putem distinge aproape perfect culorile obiectelor din cameră.

Extra:
tungsten – http://en.wikipedia.org/wiki/Tungsten
grafice, CRI – http://www.edisontechcenter.org/lighting/index.html
http://www.edisontechcenter.org/lighting/ColorTempScale.png

Tocmai de aceea tungstenul este atractiv. Chiar dacă nu mai este folosit la becurile cu incandescență, tungstenul este folosit în lămpile fluorescente, în lămpile cu sodiu, în becurile cu halogen.
img-bec-03-s13
(sursa http://periodictable.com/Elements/074/ )
Povestea becului cu incandescență nu se temrină aici. In 1912 Irving Langmuir a venit cu ideea de a pune argon în globul de sticlă și astfel se evita arderea filamentului. Argon este un gaz nobil, adică un gaz care interacționează greu cu alte elemente chimice. Din aceeași categorie face parte și neonul, xenonul sau kryptonul.

Tot Irving Langmuir a venit cu ideea de a crea spire în cadrul filamentului. In acest fel filamentul de tungsten avea forma unor spire, așa cum știm noi becurile de toate zilele. Până la acea vreme filamentul nu avea spire ci, în schimb, era doar un fir continuu răsucit de câteva ori în interiorul globului.

Acesta este tipul de bec cu incandescență pe care îl știm atât de bine. Prin 1947 s-a inventat becul care avea suprafața interioară a globului dată cu o pastă de siliciu pentru a crea o lumină difuză, dar totuși destul de puternică.

Există încă cel putin 10 tipuri de alte becuri sau lămpi, cum li se mai zice, însă vom ajunge și la ele în viitor.

img-bec-04-2015-04-17_1119
(sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_light )
Mai trebuie menționat că primul oraș din lume care să folosească iluminatul public electric a fost
Parisul, în 1875 și folosea becuri cu arc electric. Timișoara a fost primul oraș din Europa continentală care să folosească becurile cu incandescență.

Interesant lucru, cel care a descoperit fenomenul incandeșcenței, Humphry Davy, în 1802, a descoperit și fenomenul generării de lumină cu ajutorul arcurilor electrice.

Becurile cu incandescentă nu au randament luminos foarte bun, mai ales că doar 10% din energia consumată devine lumină iar restul de 90% este căldură. Cea mai mare parte a banilor care se duc la Electrica se dau pe căldura generată de becuri, nu pe lumina generată de ele.

Tocmai de aceea sfatul meu este să folosești becurile economice sau așa-numitele becuri CFL, lampă fluorescentă compactă.

3. Cum funcționează un bec cu incandescentă?

Ei bine, curentul electric întră în acesta iar electronii în mișcare sunt încetiniți în mișcarea lor de atomii din filament. Dat fiind că filamentul opune o rezistență la înaintarea electronilor acesta se încălzește și apoi emite căldură și lumină.

Prezența gazului inert în bec are rolul de a bloca arderea filamentului și, drept urmare, prelungește viața becului.

Prin casele noastre folosim de obicei becuri cu soclu E27 iar cele mai mici folosesc un soclu E14. Este de preferat să folosești becuri economice pentru că un bec economic de 15 W poate genera tot atâta lumină cât un bec incandescent de 65W și ține de 4 ori mai mult, adică aproximativ 8000 de ore de functionare.

img-bec-05-Compact_fluorescent_straight_crop
(sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Fluorescent_lamp )

Extra:
http://www.iluminat-led.ro/tehnologia-led/comparatie-led-vs-bec-cu-incandescenta-vs-bec-economic
http://energy-center.ro/utile/becurile-incandescente-vs-becurile-economice/
http://www.designrecycleinc.com/led%20comp%20chart.html
http://www.cnet.com/news/side-by-side-led-cfl-and-incandescent-bulbs/
http://lifx.co/lighting101/advantages/led-vs-incandescent/

Desigur, acolo unde se poate este de preferat folosirea becurilor cu LED, care consumă de 10 ori mai putină energie decăt becurile cu incandescență și au durată de folosire de 50 de ori mai mare.
img-bec-06-E27_with_38_LCD
(sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_lighting )
In ceea ce privește aruncarea becurilor, este de preferat ca becurile să fie aruncate în zonele dedicate. Atenție sporită trebuie oferită becurilor CFL, pentru că ele contin mercur.

Întrebarea săptămânii:

Iți mulțumesc că ai urmărit materialul despre becurile cu incandescență.

Acum urmează întrebarea ediției, care vine de la Andreea, din Iași: este viteza luminii o viteză limită în Univers?

Mulțumesc de întrebare.

Da și nu. Intrebarea are două sensuri greu de sesizat pentru mulți oameni. In primul rând putem vorbi de viteza maximă în spațiu și în al doilea rând putem vorbi de viteza maximă din Univers.

In primul caz există limita descoperită de Einstein cu mai bine de 100 de ani în urmă. Limita este de 300 000 de km/s, limita de propagare a cămpurilor electric, magnetic și gravitational.

Lumina este exemplul tipic dat atunci când vorbim de această limită maximă de viteză.

Este vorba aici de faptul că în spațiu nimic nu se poate deplasa mai repede decât viteza luminii. Einstein și-a dat seama că există o relație matematică între viteza unui obiect și viteza luminii. Dacă faci un calcul simplu, afli că, pentru a ajunge la viteza luminii sau chiar a o depăsi, ai nevoie de o cantitate infinită de energie.

Masă relativistă
m – masă relativistă
m0 – masa inițială
v – viteza de deplasare
c- viteza luminii

img-bec-07-relmass
(sursa https://www.patana.ac.th/secondary/science/anrophysics/relativity_option/commentary.html )
Așadar, în afara luminii sau a diferitelor câmpuri, nu există nimic altceva care se poate propaga prin spațiu atât de repede.

Mai avem a doua situație: relativitatea lui Einstein nu zice nimic despre spațiul însuși. Spațiul se extinde în mod accelerat cu aproximativ 73 km/s/megaparsec.

Un megaparsec este un milion de parseci iar un parsec este egal cu 3.2 ani-lumină, distanța de la Soare la Alfa Centauri, cea mai apropiată stea de noi. Astronomii discută cel mai des în parseci, nu în ani-lumină.

Acest lucru înseamnă că spatiul se extinde cu 73 de kilometri pe secundă în vecinătatea noastră, dar la mai mult de 1 milion de parseci se extinde cu cel puțin 150 km/s.

Extra:
http://blogs.discovermagazine.com/badastronomy/2011/03/22/the-universe-is-expanding-at-73-8-2-4-kmsecmegaparsec-so-there/#.VMk-EzGUePM
http://en.wikipedia.org/wiki/Metric_expansion_of_space

Făcând calcule simple aflăm că galaxiile aflate la 4.5 giga parseci sau 4,5 miliarde de parseci se îndepărtează de noi cu viteze mai mari decât viteza luminii. Cu alte cuvinte, spațiul se poate extinde cu viteze mult mai mari decât viteza luminii și poate purta cu sine, la aceste viteze, galaxiile.

CORECTIE: Faptul că spațiul se extinde cu peste 300 000km/s/parsec nu înseamnă că acele galaxii se deplasează cu viteza luminii față de noi. Explicația este dată de Sean Carol, fizician la Caltech.

In schimb lucrurile care există în acest spațiu nu se pot deplasa mai repede decât viteza luminii.

Mulțumesc, Andreea, de întrebare.

În fiecare săptămână voi răspunde la o întrebare aleatorie despre orice legat de știință și tehnologie, așa că nu uita să lași întrebarea ta pe:
– tehnocultura.ro
– YouTube : youtube.com/tehnocultura
– Facebook : facebook.com/tehnocultura
sau prin email la manuel@tehnocultura.ro

Fii o sumă de atomi curioși.
****

[interviu]

Știri

1. Circuite electronice care se pot reconfigura

http://phys.org/news/2015-01-electronic-circuits-reconfigurable-pathways-closer.html
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2014.320.html DOI: 10.1038/nnano.2014.320
http://en.wikipedia.org/wiki/Lead_zirconate_titanate
http://en.wikipedia.org/wiki/Ferroelectricity

Iți mulțumesc că ai fost alături de mine și la interviu.

In prima știre de azi aflăm că s-au făcut primiii pași în crearea de circuite electrice care se pot reconfigura.

In viitor dacă o piesă de pe placa de bază a calculatorului se va strica, atunci circuitele se vor reconfigura să folosească o altă piesă.
img-bec-s1-01-nnano.2014.320-f5
(sursa http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n2/full/nnano.2014.320.html )
Cercetători de la EPFL, Școala Politehnică Federală din Lausanne, Elvetia, au demonstrat că este posibil să creezi zone de conducție electrică late de numai câțiva atomi, să le mute sau chiar să le ascundă.

Cercetările au fost publicate în Nature Nanotechnology- DOI: 10.1038/nnano.2014.320 în data de 26 ianuarie 2015 și se aplică microcipurilor. La un moment dat un microcip poate fi folosit pentru prelucrarea sunetului iar apoi ar putea fi folosit pentru prelucrarea imaginilor.

Unde va duce acest fel de microcip care se reconfigurează? Vom avea, In viitor, obiecte electronice mult mai mici.

Leo McGilly spune că, în acest fel, microcipurile ar putea fi mult mai durabile. Atunci când o piesă nu mai poate fi folosită microcipul se va reconfigura pentru a folosi celalate piese.

La baza acestei tehnologii stau materiale feroelectrice care formează un film ori o suprafață subțire. Filmul acesta este compus din plumb zirconat tritanat cu electrozi din platină.

Plumb zirconat tritanat este un material piezoelectric din clasa electroceramicelor, însemnând că își poate modifica forma atunci când se aplică un curent electric.

De altfel, materialele feroelectrice, dintre care multe nu conțin fier deloc, sunt materiale care își pot schimba direcția câmpului electric atunci când se aplică un curent electric. Un fenomen asemănator feromagnetismului unde aplici un câmp magnetic pentru a schimba orientarea polilor unor elemente.

Astfel, cercetătorii din Lausanne, Elveția au putut genera zone de conducție arbitrare folosind niște impulsuri electrice. Mai este mult până la microcipuri care se pot reconfigura, dar bazele s-au stabilit deja.

2. Laser filmat în zbor

http://www.newscientist.com/article/dn26861#.VMd-gTGUePM
DOI: 10.1038/ncomms7021
http://www.nature.com/ncomms/2015/150127/ncomms7021/full/ncomms7021.html

http://extremelight.eps.hw.ac.uk/Genevieve.html
http://www.newscientist.com/blogs/onepercent/2012/03/super-fast-laser-camera-peers.html

Sa trecem la a doua știre a zilei: cercetătorii de la Universitatea Heriott-Watt, din Edinburgh, Anglia au reușit să filmeze pulsuri de laser în zbor.

Cercetările au fost publicate în Revista Nature Communications. Tin să subliniez că studiile publicate în revista Nature sunt dintre cele mai riguroase făcute vreodată. Sunt studii care pot duce la premiul Nobel.

In mod normal, când te uiți la un laser nu poți vedea decât punctul în care întâlnește o suprafață. Ca să vezi calea ce o ia prin aer trebuie să folosești fum. O parte dintre fotoni se vor difuza în acel fum și am putea vedea calea laserului.

Genevieve Gariepy, cercetătoarea care a condus echipa, spune că nu a vrut să folosească fum și că a dorit să filmeze pulsurile de laser în aer, reducând cât mai mult posibil interacțiunea cu laserul.

img-bec-s2-01-Genevieve
(sursa http://extremelight.eps.hw.ac.uk/Genevieve.html )
Astfel echipa sa a creat o rețea de 32 x 32 de detectoare care au putut surprinde chiar și cei câțiva fotoni care se depărtează totuși de laser. Această cameră video sofisticată poate înregistra 20 de miliarde de imagini pe secundă.

Cu alte cuvinte poate înregistra filme la 5 sutimi de nanosecunde. Dacă te-ar filma cineva cu acest aparat timp de o secundă și apoi ar reda filmul la 26 de cadre pe secundă, pe cum sunt filmele la cinema, atunci ar dura 24 de ani și 4 luni să vezi ce se petrece în acea secundă.

De aceea îți poți da seama de ce este atât de important faptul că s-a filmat lumina laserului în zbor.

Iată filmul:

Ceea ce au reșit cercetătorii să facă este înregistrarea succesivă a 2 milioane de pulsuri laser generate timp de 10 minute. Când filmările au fost recompuse a reieșit traseul razei laser.

La ce ajută o asemenea cameră? Nu este un moft, ci poate ajuta la studiul plasmei, la urmarirea unor reacții chimice care se petrec prea repede pentru a fi observate

La fel, acest tip de cameră video ne poate ajuta să observăm cine este după un colț. Dacă trimitem un laser spre un perete și apoi acesta este reflectat, camera poate detecta chiar și un singur foton care se reîntoarce și am putea afla dacă este cineva după un colț.

3. S-a descoperit o nouă legătură chimică

http://www.scientificamerican.com/article/chemists-confirm-the-existence-of-new-type-of-bond/
http://en.wikipedia.org/wiki/Muon
http://en.wikipedia.org/wiki/Muonium

Din ultima știre a zilei aflăm că cercetătorii de la Universitatea din British Columbia, Canada și de la Laboratorul Rutherford Appleton din Anglia au reușit să descopere existența unei noi legături chimice numite legătură vibrațională.

S-a presupus încă din anul 1980 că asemenea legătură ar putea exista între doi atomi de brom și un atom “exotic” numit miuoniu.

Miuoniul este un atom artificial construit dintr-un antimuon și un electron. Este asemănator cu hidrogenul ca greutate și există numai pentru câteva milisecunde înainte de a se dezintegra.

Un antimuon este muon cu sarcina pozitivă. Un muon este fratele mai mare al electronului, cam de 200 de ori mai greu decât electronul, la 107 Mev/C^2. Muonul are, la fel ca electronul sarcină electrică negativă -1.

Un antimuon este exact la fel ca muonul, dar are sarcină electrică pozitivă. Atunci când se întrunesc condițiile antimuonul poate fi creat în laboratoare mari și poate atrage un electron în jurul său.
img-bec-s3-01-Muonium-Image-Vincent-Summers
(sursa http://www.decodedscience.com/standard-atom-muonium/49333 )
Cu toate că elementul acesta exotic există numai pentru câteva milisecunde s-a observat că miuonium este cel care ține doi atomi de brom împreună, creând astfel o legătură chimică nouă. Miouniul vibrează între cei doi atomi de brom ținându-i legați unul de altul.

Experimentul a fost realizat acum trei ani și publicat în decembrie 2014 în revista Angewandte Chemie International Edition.

Așadar, în afară de legăturile ionice, metalice și covalente, elevii de liceu vor învăța și despre legăturile vibraționale.

Gata cu știrile pe azi.

Îți mulțumesc că ai fost alături de mine și în acest episod și te invit să trimiți sugestii, comentarii sau întrebări pe:
– tehnocultura.ro
– YouTube : youtube.com/tehnocultura
– Facebook : facebook.com/tehnocultura
sau prin email la manuel@tehnocultura.ro.

Ne vedem data viitoare.
Fii o sumă de atomi curioși!
*******

No comments yet... Be the first to leave a reply!

Leave a Reply