Inventatorul american Thomas Edison este creditat cu conceperea primului bec practic în 1879. Cu toate acestea, povestea becului cu incandescență nu este chiar atât de simplă, deoarece a implicat mai mulți oameni de știință, care și-au adus fiecare contribuția, lucru ce a dus în cele din urmă la realizarea acreditării lui Edison: un bec incandescent accesibil, durabil și sigur, care ar putea genera lumină timp de multe ore.
Istoria pâlpâitoare a iluminatului electric
Pentru a găsi originile becului, trebuie să călătorim înapoi în timp cu peste 200 de ani până la laboratorul lui Humphry Davy, un chimist și inventator englez. În anul 1800, Davy a atașat două fire la o baterie și două bețe de cărbune la celălalt capăt, producând un arc strălucitor de lumină între electrozii de cărbune. Acest lucru a condus la lampa cu arc electric – primul tip de lumină electrică utilizat pe scară largă și prima formă de succes comercial de lampă electrică.
Diferiți inventatori au îmbunătățit apoi designul lui Davy adăugând sisteme de arcuri și surse electrice mai bune.
Lămpile cu arc electric au fost la modă de zeci de ani datorită luminozității lor ridicate, capabile să ilumineze clădiri uriașe de fabrici sau străzi întregi. Pentru o mare parte a secolului al XIX-lea, acestea au fost singurul tip de lumină electrică disponibilă pentru a ilumina suprafețe mari și au fost adesea cea mai ieftină opțiune de iluminare a străzilor în comparație cu lămpile cu gaz sau petrol. Cu toate acestea, tijele de carbon au trebuit să fie înlocuite atât de des încât s-a transformat într-un loc de muncă cu normă întreagă. În plus, lămpile produceau radiații UV periculoase, produceau zgomot și pâlpâituri în timp ce lumina ardea și reprezentau un pericol grav de incendiu. Multe clădiri precum teatrele au ars ca urmare a căldurii excesive și a scânteilor produse de lămpile cu arc electric. Și în timp ce aceste lămpi erau potrivite pentru străzi și holuri uriașe, ele erau total impracticabile pentru iluminarea caselor și a incintelor mici.
Lumea avea nevoie de o tehnologie de iluminat mai bună și mulți inventatori au muncit din greu pentru a găsi soluția ideală. Faima și bogățiile au fost cu siguranță promise celor care aveau să reușească. Dar drumul s-a dovedit plin de provocări.
în 1840, fizicianul britanic Warren de la Rue a propus un nou design de bec care presupunea rularea unei bobine de platină în interiorul unui tub vidat pentru a minimiza expunerea la oxigen. Cu toate acestea, costul ridicat al platinei a împiedicat acest design să obțină orice succes comercial. În 1841, Frederick de Moleyens a depus primul brevet pentru o lumină incandescentă într-un bec cu vid.
Apoi, în 1850, Sir Joseph Wilson Swan a început să lucreze la un bec folosind filamente de hârtie carbonizată în loc de platină într-un bec de sticlă vidat. Până în 1860, inventatorul britanic a obținut un brevet pentru o lampă incandescentă cu vid parțial, cu filament de carbon. Problema cu acest dispozitiv era că ii lipsea o sursă electrică adecvată și aerul putea să pătrundă în sticlă, rezultând un bec ineficient care s-a ars prea repede pentru orice utilizare practică.
Mai târziu, Joseph Swan a făcut unele îmbunătățiri. Mai întâi, a lucrat cu filamente de hârtie de carbon, dar a constatat că acestea s-au ars rapid. În cele din urmă, în 1878, Swan a descoperit o nouă lampă electrică la Newcastle, Anglia, care folosea un filament de carbon derivat din bumbac. Becul electric al lui Swan putea sta aprins 13,5 ore, iar casa lui a devenit prima casă din lume iluminată cu lumină electrică. În noiembrie 1880, Swan a obținut brevetul britanic 4933 pentru invenția sa.
Inventatorul și omul de afaceri american Thomas Edison urmărea îndeaproape aceste evoluții. Și-a dat seama că principala problemă cu designul inițial al lui Swan a fost utilizarea unui filament gros de carbon. Edison credea că ar trebui să fie subțire și cu rezistență electrică mare. Edison, care a adaptat modelele dintr-un brevet din 1875 pe care l-a achiziționat de la inventatorii Henry Woodward și Matthew Evans, a inventat becul cu incandescență în decembrie 1879, care putea sta aprins 40 de ore. Folosirea de către Edison a filamentelor mai subțiri și a unui vid mai bun i-a dat avantajul în cursă. Apoi l-a dat în judecată pe Swan pentru încălcarea brevetelor.
Până în 1880, becurile lui Edison aveau o durată de viață de 1.200 de ore și erau suficient de fiabile pentru a deveni comercializabile publicului. Cu toate acestea, această descoperire a necesitat testarea riguroasă a peste 3.000 de modele pentru becuri între 1878 și 1880. În plus, inginerii lui Edison de la Menlo Park au testat peste 6.000 de plante pentru a determina ce tip de carbon ar arde cel mai mult, mulțumindu-se în cele din urmă cu un bambus carbonizat. Majoritatea becurilor moderne cu incandescență folosesc acum filamente de tungsten.
Mai târziu, cercetătorii lui Edison au îmbunătățit treptat proiectarea și fabricarea filamentelor. La începutul secolului al XX-lea, echipa lui Edison a introdus tratamente pentru filamente care au oprit înnegrirea interiorului becurilor de sticlă.
Din nefericire pentru Edison, brevetul lui Swan s-a dovedit a fi o sursă puternică de inspirație – cel puțin în Regatul Unit. În cele din urmă, cei doi și-au unit forțele și au încorporat Edison-Swan United, care avea să devină cel mai mare producător de becuri din lume.
În 1880, Edison a fondat, de asemenea, Edison Electric Illuminating Company în New York, cu JP Morgan oferind sprijin financiar. Această companie a construit primele stații de generare electrică care ar alimenta becurile nou patentate. Edison Electric avea să fuzioneze ulterior cu companiile altor doi inventatori, William Sawyer și Albon Man, pentru a forma General Electric, care este una dintre cele mai mari corporații din lume până în prezent.
Edison nu a fost primul inventator care a lucrat la becuri. De fapt, până în momentul în care a început să lucreze la primele sale modele, becul exista de ceva vreme, aproximativ 20 de inventatori diferiți din întreaga lume elaborând brevete pentru unul. Designul lui Edison a fost doar cel mai practic, ceea ce explică succesul său la nivel mondial.
Lucruri interesante despre becuri
Cu un nume potrivit, Centennial Light de la Departamentul de Pompieri Livermore/Pleasanton din California este cel mai lung bec incandescent din lume. Becul este în uz din 1901, fiind cunoscut pentru faptul că arde de 120 de ani! Becul nu este aproape niciodată stins și nu are funcționalitatea sa originală, arzând la doar 4 wați, spre deosebire de cei 30 de wați la instalarea sa inițială.
Un studiu realizat în școlile din Marea Britanie în 2009 de Mark Winterbottom și Arnold Wilkins de la Universitatea din Cambridge și, respectiv, de la Universitatea din Essex, a concluzionat că: „80% din sălile de clasă sunt iluminate cu iluminare fluorescentă de 100 Hz, care poate provoca dureri de cap și poate afecta performanța vizuală”. Chiar dacă pâlpâirea trece adesea neobservată de ochiul uman, pare să aibă un impact semnificativ asupra capacității noastre de a ne concentra.
Într-un articol publicat de Scientific American, folosind rata metabolică în repaus (RMR) a corpului uman standard, s-a calculat că creierul uman mediu funcționează cu 12,6 wați. Aceasta înseamnă aproximativ o cincime din puterea folosită pentru a rula un bec standard de 60 de wați.
În urma unui studiu realizat în UK, se estimează că există aproximativ 600 de milioane de becuri în funcțiune în prezent în Marea Britanie, ceea ce înseamnă o medie de 25 de becuri per gospodărie. Acest lucru înseamnă, de asemenea, că pentru fiecare persoană din populația Regatului Unit, există puțin sub 9 becuri.
Despre viitor și becuri LED
Una dintre tehnologiile de iluminat cu cea mai rapidă dezvoltare în prezent este dioda emițătoare de lumină (sau LED-ul). Un tip de iluminare în stare solidă, LED-urile folosesc un semiconductor pentru a converti electricitatea în lumină, sunt adesea mici ca suprafață și emit lumină într-o direcție specifică, reducând nevoia de reflectoare și difuzoare care pot capta lumina.
Sunt și cele mai eficiente lumini de pe piață. Denumită și eficiență luminoasă, eficiența unui bec este o măsură a luminii emise împărțită la puterea pe care o consumă. Un bec care este 100% eficient în transformarea energiei în lumină ar avea o eficiență de 683 lm/W. Pentru a pune acest lucru în context, un bec cu incandescență de 60 până la 100 de wați are o eficiență de 15 lm/W, un CFL echivalent are o eficacitate de 73 lm/W, iar becurile de înlocuire actuale pe bază de LED de pe piață variază de la 70- 120 lm/W cu o eficacitate medie de 85 lm/W.
În 1962, în timp ce lucra pentru General Electric, Nick Holonyak, Jr., a inventat primul LED cu spectru vizibil sub formă de diode roșii. Apoi au fost inventate diode galben pal și verde. Pe măsură ce companiile continuau să îmbunătățească diodele roșii și producția lor, acestea au început să apară prin tot mai multe locuri.
Cum a schimbat lumina lumea?
Când vine vorba de lumea modernă, occidentală, există o mulțime de lucruri fără de care nu am putea trăi. Internetul, apa curentă caldă, capacitatea de a găti în cuptorul cu microunde în doar câteva minute – toate acele lucruri care sunt esențiale pentru viața noastră de zi cu zi.
Unul dintre elementele esențiale foarte sus pe această listă este iluminarea. Ne-am obișnuit să avem aceste lumini strălucitoare aproape oriunde mergem, făcând străzile noastre mai sigure, nopțile mai ușoare și permițându-ne să facem toate lucrurile pe care le facem în timpul zilei odată ce soarele a dispărut.
Când vine vorba de iluminat, nu vorbim doar despre becuri standard. Vorbim despre orice; de la lumini pe mașini și deasupra clădirilor înalte, până la semafoare și televizoare.
Cu toții putem fi de acord atunci că luminile reprezintă o parte importantă a vieții noastre de zi cu zi. Le iubim cu adevărat!
Deci, desigur, fusese lumină înainte de bec. Oamenii foloseau lumânări și lămpi cu gaz pentru a-și lumina casele, iar lămpile stradale au apărut spre sfârșitul secolului al XVII-lea, dar sosirea becului a schimbat lumea pentru totdeauna.
Limitările vechilor metode de iluminare au fost eradicate. Lumina becului era mai strălucitoare, mai stabilă și mult mai sigură. Nu a fost folosită doar ca o necesitate pentru ca oamenii să se poată deplasa în întuneric, ci a avut mai multe funcții.
Oamenii puteau acum să-și continue viața de zi cu zi chiar și după lăsarea întunericului. Nu erau limitați în jurul caselor lor, puteau merge ușor pe străzi în fiecare seară și puteau chiar să meargă la cumpărături noaptea.
Una dintre cele mai mari schimbări a fost în industria muncii. Înainte, munca se limitase la zi pentru majoritatea. Fabricile și magazinele aveau să se închidă odată ce s-a lăsat întunericul, lucru care desigur se schimba pe tot parcursul anului, dar acum, puteau continua să lucreze sub lumina strălucitoare a becurilor 24 de ore pe zi. A revoluționat modul în care vedem munca și a deschis calea pentru un secol de progresie foarte rapidă.
O scurtă evoluție a iluminatului
Primul bec util proiectat de Edison a fost lumina incandescentă. Următoarea mișcare mare în iluminat a venit din lămpile cu descărcare care foloseau mercur. Lampa fluorescentă a fost următoarea în 1938, iar acest lucru a fost destul de revoluționar în lumea iluminatului. Timp de mulți ani, a rămas principala sursă de iluminat și a fost îmbunătățită și dezvoltată de mai multe ori.
Dar, abia în 1962 am început să vedem pe scenă apărând cel mai comun și mai iubit bec, LED-ul. Acesta a fost momentul în care un tip numit Nick Holonyack Jr. a dezvoltat LED-ul roșu. În 1972, M. George Craford a continuat să creeze primul LED galben, precum și să îmbunătățească efortul lui Holonyack și să creeze un LED roșu mai strălucitor. TP Pearsall a dezvoltat primul LED luminos și eficient în 1976. Dar de fapt, până în anii 1990, LED-urile au devenit utilizate în mod obișnuit, când trei oameni de știință – Isamu Akasaki, Hiroshi Amano și Shuji Nakamura – au creat LED-uri albastre, care permiteau o lumină albă strălucitoare.
LED-ul a reprezentat un pas uriaș pentru lumea modernă, oferind o metodă de iluminare de mare putere și mai eficientă. LED-urile sunt acum folosite peste tot în lume pentru un număr mare de lucruri diferite, de la iluminarea de zi cu zi până la ecranele TV. Sunt chiar încorporate în lumea modei, luminând stilul de zi cu zi și ducându-ne cu adevărat într-o lume nouă, futuristă.
Iluminatul secolului XXI
Secolul XXI a fost martorul unei revolte fără precedent în domeniul designului de iluminat, legislația care interzice vânzarea emblematicului bec cu incandescență obligând designerii și producătorii să reevalueze fiecare aspect al iluminatului. Stingerea bruscă a unei surse de lumină care a fost fundamentală pentru proiectarea produselor de iluminat de peste 130 de ani – împreună cu introducerea de alternative eficiente din punct de vedere energetic, cu dimensiuni fizice și proprietăți luminiscente distincte – a zguduit industria și a provocat un proces continuu de transformare creativă care va modela în cele din urmă relația noastră viitoare cu lumina.
Mulți designeri au îmbrățișat revoluția tehnologică, explorând cu entuziasm potențialul funcțional al surselor de lumină emergente și oportunitatea de a dezvolta noi forme pentru a umple golul lăsat de arhetipurile redundante proiectate în jurul becului incandescent. Alții au adoptat o poziție mai critică; întristați de pierderea unui obiect omniprezent și mult iubit, ei au disprețuit înlocuitorii actuali cărora le lipsește atractivitatea emoțională a predecesorului lor. Incertitudinea predominantă cu privire la direcția cea mai potrivită pentru iluminatul viitor subliniază rolul vital al designului în a se asigura că noile tehnologii sunt aplicate în mod inteligent pentru a promova utilizarea sigură și plăcerea.
Deși introducerea alternativelor la iluminatul incandescent reprezintă cel mai dramatic catalizator al schimbării în industrie, alți factori afectează evoluția designului contemporan de iluminat. Sensibilitatea postmodernă care s-a dezvoltat în a doua jumătate a secolului al XX-lea continuă să inspire design-uri pline de spirit și introspective, care fac referire la arhetipurile din trecut. Software-ul sofisticat de modelare computerizată și tehnologiile avansate de producție permit crearea de design-uri incredibil de complexe și detaliate, în timp ce sistemele de control digital transformă modul în care utilizatorii interacționează cu lumina.
Introducerea tehnologiilor avansate de iluminat în mediul casnic pare să fie un proces gradual. Beneficiile diferitelor surse de lumină emergente trebuie explicate consumatorilor care sunt obișnuiți cu becurile cu incandescență, iar prețurile trebuie să scadă înainte ca aceste noi produse să fie acceptate pe scară largă. Între timp, consumatorii se mulțumesc cu înlocuirea becurilor cu incandescență arse cu alternative asemănătoare care economisesc energie. În timp ce această tranziție are loc, designerii continuă să exploreze noi tehnici și abordări în cadrul parametrilor stabiliți de tipologiile tradiționale de iluminat. Proprietățile familiare ale lămpilor suspendate, lămpilor de podea, lămpilor de perete, lămpilor de masă, luminilor de lucru și candelabrelor oferă încă bazele multor interpretări experimentale ale formei și materialelor.
În ciuda tulburărilor legislative și tehnologice care afectează industria de iluminat și a răspunsurilor radicale pe care aceasta le-a provocat, scopul iluminatului artificial rămâne același ca întotdeauna – de a spori confortul, funcționalitatea și atractivitatea mediului său. Produsele de iluminat trebuie să ofere iluminare ambientală, direcțională sau de lucru care să ajute la definirea spațiului și să ne permită să lucrăm, să socializăm și să ne mișcăm după întuneric și în interior. Ele ar trebui să direcționeze sau să difuzeze lumina după caz pentru a evita strălucirea, promovând în același timp asocierile emoționale cu siguranța și căldura care fac din lumină o parte integrantă a vieții noastre de zi cu zi. Oricare ar fi sursa de lumină și cum este proiectat un produs, aceste funcții cheie trebuie îndeplinite pentru ca acesta să fie considerat de succes.
Surse alternative de lumină
De când Thomas Edison a brevetat prima versiune viabilă din punct de vedere comercial a becului cu incandescență în 1879, industria de iluminat nu a experimentat un eveniment atât de epocal precum introducerea și implementarea recentă a legislației care reglementează eficiența și performanța surselor de lumină. Necesitatea de a reduce consumul de energie și de a minimiza impactul omenirii asupra resurselor naturale finite ale planetei a început să se infiltreze în conștiința publică spre sfârșitul secolului al XX-lea, deoarece consumatorii au fost încurajați să ia în considerare importanța problemelor, inclusiv reciclarea.
Prima și cea mai simplă alternativă care a apărut a fost lampa fluorescentă compactă, ale cărei tuburi răsucite umplute cu gaz sunt deja imagini familiare în multe gospodării datorită capacității lor de a se potrivi cu corpurile existente și de a emula multe dintre proprietățile becurilor cu incandescență. Deși costul inițial al unui CFL(compact fluorescent lamp) este mai mare decât cel al unui bec incandescent echivalent, longevitatea lor și consumul redus de energie economisesc bani în timp, un factor important atunci când încearcă să atragă consumatorii care sunt sceptici cu privire la necesitatea schimbării. Diodele emițătoare de lumină (LED-urile) au evoluat, de asemenea, de la utilizarea lor inițială exclusiv în afișajele digitale și echipamentele electronice pentru a deveni o opțiune viabilă pentru iluminarea ambientală sau de lucru. Costurile de producție în scădere ajută la disponibilitatea LED-urilor, în timp ce versatilitatea lor funcțională și dimensiunile minime atrag designerii care doresc să exploreze noi direcții pentru iluminare.
Dezvoltarea materialelor emițătoare de lumină realizate din compuși organici sau anorganici care eliberează energie sub formă de lumină atunci când se aplică un curent electric reprezintă o îndepărtare radicală de la proprietățile estetice și funcționale ale becurilor tradiționale. Aceste materiale sunt traduse în surse de lumină subțiri ca hârtie, cum ar fi diode organice emițătoare de lumină și fibre strălucitoare care au fost deja testate în mai multe produse și instalații prototipale.
Fiecare dintre alternativele iluminatului incandescent are avantaje și probleme asociate cu aceasta, care sunt explicate mai cuprinzător în introducerea. Proiectele de pionierat care explorează proprietățile fizice ale LED-urilor, OLED-urilor și ale altor materiale electroluminiscente oferă o privire asupra unui posibil viitor. Deși inevitabil va dura timp pentru ca tehnologiile emergente să devină suficient de accesibile și rafinate pentru a fi acceptate pe scară largă ca înlocuitori pentru sursele de lumină familiare, tranziția a început și nu mai există cale de întoarcere.
