Materials de Llums: Una Guia Comprehensiva
Una llum és un dispositiu que produeix il·luminació utilitzant una mecha imbibida en material combustible o altres instruments productors de llum com les llums de gas i elèctriques. Les llums van ser inventades almenys tan aviat com el 70.000 aC i han evolucionat amb el temps per utilitzar materials i dissenys diferents. En aquest article, explorarem els diversos tipus de materials que s'utilitzen per construir una llum, i les seves propietats i funcions.
Què és un material de llum?
Un material de llum és qualsevol substància que s'utilitza per construir una llum o els seus components. Els materials de llum es poden classificar en dues categories principals: materials aïllants i materials conductors. Els materials aïllants són aquells que no permeten que passi a través d'ells una corrent elèctrica, com el vidre, la ceràmica i els plàstics. Els materials conductors són aquells que permeten que la corrent elèctrica flueixi a través d'ells, com els metalls i les lligatures.
Els materials aïllants s'utilitzen per formar la barreira o l'envoltura de la llum, que protegeix la font de llum dels factors externs i influeix en el color i la qualitat de la llum. Els materials conductors s'utilitzen per formar el filament, l'electrode, el fil de connexió i la base o la capsa de la llum, que proporcionen la connexió elèctrica i el suport per a la font de llum.
Tips de materials de llum
Hi ha molts tipus de materials de llum que s'utilitzen per diferents propòsits i aplicacions. Alguns dels més comuns són:
Vidre
El vidre és un material transparent que es fa de sorra fonuda o sílica mesclada amb altres substàncies. El vidre s'utilitza ampliament com a barreira o envoltura per a les llums, ja que pot resistir temperatures i pressions altes i es pot modelar en diverses formes i colors. El vidre també pot transmetre la llum amb mínima pèrdua o distorsió, i pot ser químicament inert i resistent a la corrosió.
Alguns dels tipus de vidre que s'utilitzen per a les llums són:
Vidre silicàt de soda-lime: Aquest és el tipus de vidre més comú, que té un punt de fusió baix i s'utilitza per a les llums de filaments. Conté aproximadament un 67% de sílica, juntament amb òxid de sodi, òxid de calci i altres addicions.
Vidre silicàt alcalí de plom: Aquest és un tipus de vidre que té una major resistivitat elèctrica que el vidre de soda-lime, i s'utilitza per a la part interna del bulb de vidre. Conté òxid de plom, òxid de potassi i altres addicions.
Vidre borosilicàt: Aquest és un tipus de vidre que té una major resistència a la temperatura i un menor coeficient de dilatació tèrmica que el vidre de soda-lime i s'utilitza per a llums d'alta potència, com els projectors de cinema. Conté òxid de bori, òxid d'alumini i altres addicions.
Vidre silicàt d'alumina: Aquest és un tipus de vidre que té una menor resistència a la xoc tèrmic que el vidre borosilicàt però un índex de refracció més alt i s'utilitza per a llums de baixa potència amb alta sortida de llum. Conté alumina, magnesi i altres addicions.
Quars: Aquest és un tipus de vidre que es fa de sílica pura o diòxid de silici, que té un punt de fusió molt alt i transparència. S'utilitza per a les llums de tungstè halogen, que operen a temperatures molt altes. Conté només traços d'altres metalls i grups hidroxil.
Vidre resistent al sòdi: Aquest és un tipus de vidre que està especialment dissenyat per a les llums de vapor de sòdi, que produeixen llum intensa ionitzant el vapor de sòdi. El vapor de sòdi té una propietat reductora potent que pot causar una rapidità negreta de vidres normals. El vidre resistant al sòdi conté petites quantitats de sílica o altres òxids fàcilment reductors per evitar aquest efecte.
Ceràmiques
Les ceràmiques són materials no metàl·lics que es fan de creta o altres substàncies inorgàniques que es calnten i s'endurissen. Les ceràmiques s'utilitzen per a les llums perquè es poden moldar en diverses formes i mides i tenir diferents propietats òptiques, com la transparència o la translucidesa. Les ceràmiques també poden resistir temperatures i pressions altes i ser químicament estables i resistent a la corrosió.
Alguns dels tipus de ceràmiques que s'utilitzen per a les llums són:
Ceràmiques policristal·lines d'òxids metàl·lics: Aquestes són ceràmiques que es fan d'òxids metàl·lics com l'alumina, la magnèsia o els òxids de terres rares, que es calnten i sinteritzen per formar cossos policristal·lins. Aquestes ceràmiques poden ser transparents o translúcides depenent de la porositat i la mida dels graons. S'utilitzen per a llums d'alta pressió com les llums de vapor de sòdi o les llums de halogens metàl·lics, que requereixen una gran transmissió de llum.
Ceràmiques convencionals: Aquestes són ceràmiques que es fan de creta o altres substàncies naturals que es mesclen amb aigua i es modelen en les formes desitjades abans de cuinar-les. Inclou la porcellana i la esteatita.
Porcellana: Aquest és un tipus de ceràmica que es fa de creta kaolínica mesclada amb feldspà, quars i altres addicions. Té una bona resistència mecànica, resistència a la xoc tèrmic, propietat d'aïllament elèctric i resistència a l'humitat. Es fa servir per fer bases o caps de les llums.
Esteatita: Aquest és un tipus de ceràmica que es fa de talc mesclat amb creta i altres addicions. Té millors propietats que la porcellana en termes de resistivitat elèctrica, conductivitat tèrmica, resistència dielèctrica i estabilitat dimensional. Es fa servir per fer aïlladors o suports per a les llums.
Metal
El metall és un element o una lligatura que té una alta conductivitat elèctrica i tèrmica. El metall s'utilitza per a les llums perquè pot proporcionar la connexió elèctrica i el suport per a la font de llum, així com reflectir o difuminar la llum depenent de la seva acabada superficial. El metall també es pot modelar en diverses formes i mides mitjançant fundició, forja, maquinat o soldadura.
Alguns dels tipus de metall que s'utilitzen per a les llums són:
Tungstè: Aquest és un element que té un punt de fusió molt alt (3422°C) i una resistència a la tracció (1510 MPa). Es fa servir per fer filaments per a les llums incandescents estirant-lo en fils fins i enrollant-los al voltant de mandris de ferro o molibdè. Els filaments de tungstè tenen una alta resistència a la calor i l'evaporació, però també requereixen una alta voltatge per funcionar.
Molibdè: Aquest és un element que té un punt de fusió alt (2610°C) però una resistència a la tracció (638 MPa) inferior a la del tungstè. Es fa servir per fer suports o fils de connexió per als filaments, així com electrodes per a les llums d'arc. El molibdè té un coeficient de dilatació similar a alguns tipus de vidre, el que li permet formar juntes estanques amb ells.
Níquel: Aquest és un element que té un punt de fusió moderat (1455°C) i una resistència a la tracció (758 MPa). Es fa servir per electroplatar components de ferro o acer per augmentar-ne la duresa i elasticitat. El níquel també té una alta resistència a la corrosió i oxidació. Es fa servir per fer fils de connexió o tirants bimetàl·lics, per a iniciadors.
Alumini: Aquest és un element que té un punt de fusió baix (660°C) però una resistència a la tracció (310 MPa) alta. També és lleuger (2,7 g/cm3) i no magnètic. Té una alta resistència a la corrosió degut a la capa fina d'òxid a la seva superfície. L'alumini és fàcilment disponible i econòmic. Es fa servir per fer caps o reflectors per a les llums.
Acer: Aquest és una lligatura de ferro amb carboni i altres elements com el mangani o el crom. L'acer té un punt de fusió variable (1370°C – 1530°C) depenent de la seva composició, però una resistència a la tracció (400 MPa – 2000 MPa) alta. L'acer també té una bona ductilitat i maleabilitat. La fulla d'acer té una gran resistència però un cost baix comparat amb altres metalls. Les fulles d'acer es poden laminar a caldo o a fred, depenent de l'espessor i la acabada superficial. Les fulles d'acer també es poden cobrir amb esmalte de porcellana per millorar-ne l'aparença o la resistència a la corrosió.
Acer inoxidable: Aquest és una lligatura de ferro amb crom (12% – 30%) i altres elements com el níquel o el molibdè. L'acer inoxidable té una alta resistència a la corrosió degut a la seva capa d'òxid de crom a la superfície. L'acer inoxidable també té bones propietats mecàniques com la resistència (515 MPa – 1035 MPa), la duresa (95 HRB – 40 HRC), la ductilitat (45% – 60%), la tenacitat (100 J – 225 J), la resistència a la fatiga (275 MPa – 690 MPa), la resistència a la creu (35 MPa – 200 MPa), la resistència a l'ús (0,04 g – 0,4 g), la resistència a l'abrasió (0,2 mm – 1 mm), la resistència a l'erosió (0,02 mm – 0,2 mm), la resistència a la cavitatació (0 mm – 0,05 mm), la resistència a la pitting (0 mm – 0 mm), la resistència a la corrosió intergranular (0 mm – 0 mm), la resistència a la corrosió galvànica (0 mV – +50 mV), la resistència a la corrosió per fretting (0 mg – <1 mg), la resistència a l'embritallament per hidrogen (>100 MPa), la resistència a la fractura per tensió sulfídrica (>100 MPa), la resistència a la carburació (>100 MPa), la resistència a la nitridació (>100 MPa), la resistència a l'oxidació (>1000°C), la resistència a la sulfidació (>800°C), la resistència a la carburació (>800°C), la resistència a la nitridació (>800°C), la resistència a la decarburació (>800°C), la resistència a l'escaiximent (>800°C), la resistència a l'espallament (>800°C), la resistència a l'embritallament (>800°C) i la resistència a la xoc tèrmic (>800°C). L'acer inoxidable es fa servir per a luminàries, especialment les exteriors, on hi ha possibilitat d'exposició a atmosferes corrosives.
Cupre: Aquest és un element que té una alta conductivitat elèctrica (59,6 MS/m) i tèrmica (401 W/mK). El cupre també és ductil i maleable i es pot modelar fàcilment en diverses formes. El cupre es fa servir per a conductors, com els barrats, els
