Lampada a scarica: differenze tra le versioni

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{{nota disambigua|la lampada che viene usata in [[spettroscopia di assorbimento atomico]]|Lampada a scarica senza elettrodo}}

[[File:Germicidal UV discharge tube glow.jpg|thumb|Lampada UV germicida, ingrandimento di un'estremità (elettrodo)]]

[[File:Germicidal UV discharge tube glow.jpg|thumb|Lampada UV germicida a vapori di mercurio, ingrandimento di un'estremità (elettrodo)]]

La '''lampada a scarica''' è un tipo di [[lampadina]] basata sull'emissione diluminosa per [[radiazione elettromagneticaluminescenza]] da parte di un [[Plasma (fisica)|plasma]] di [[gas]] [[Ionizzazione|ionizzato]]. La ionizzazione del gas è ottenuta per mezzo di una scaricadifferenza elettricadi potenziale, che fa migrare gli elettroni liberi e ioni positivi ai diversi capi della lampada (dadove cuisono ilpresenti nomegli elettrodi).<ref>{{Cita attraversoweb il|url=http://www.arch.unige.it/did/l1/disegnoind/primo/fisica/dispense/sorgenti3.pdf |titolo=Lampade a scarica di gas stesso|accesso=5 gennaio 2012 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20121021101555/http://www.arch.unige.it/did/l1/disegnoind/primo/fisica/dispense/sorgenti3.pdf |dataarchivio=21 ottobre 2012 |urlmorto=sì }}</ref> La lampada a scarica è un tipo di [[lampada ad arco]].

== Introduzione ==

È costituita da una ampolla e/o un tubo di [[vetro]] o [[quarzo]] contenente un gas inerte, miscelato ad un [[sale]], e almeno due elettrodi tra cui avviene la ionizzazione del componente del gas, il quale rilascia [[Fotone|fotoni]]. Possono essere presenti elettrodi supplementari per l'innesco. Solitamente le lampade a bassa pressione sono a forma di tubo diritto o curvato a U, mentre le lampade ad alta pressione sono costituite da una piccola ampolla di quarzo (adatto a resistere a [[Temperatura|temperature]] più elevate). La lampada può essere contenuta in un involucro in vetro con la funzione di schermare i raggi [[Radiazione ultravioletta|ultravioletti]], ospitare eventuali elementi accessori e proteggere il tubo. Bisogna prestare particolare attenzione al fatto che le impronte digitali possono danneggiare il bulbo di quarzo della lampada, specie quando è caldo, perché i depositi di grasso presenti sulle dita, rimasti sul bulbo dopo che questo è stato toccato a mani nude, possono carbonizzarsi una volta che la lampada è stata accesa, rendendo il bulbo più fragile nel punto in cui è stato toccato, il che può condurre alla sua rottura. Poiché il grasso cutaneo può attrarre calore e causare un punto debole sul bulbo, si raccomanda di non toccare a mani nude il rivestimento in quarzo della lampada, ma di usare un panno pulito oppure reggere la lampada per la base (di porcellana). Se il bulbo viene toccato con le dita, va pulito con un panno imbevuto d’alcol e asciugato.

È costituita da una ampolla e/o un tubo di [[vetro]] o [[quarzo]] contenente il gas e almeno due elettrodi tra cui avviene la scarica. Possono essere presenti elettrodi supplementari per l'innesco. Solitamente le lampade a bassa pressione sono a forma di tubo diritto o curvato ad U, mentre le lampade ad alta pressione sono costituite da una piccola ampolla di quarzo (adatto a resistere a [[Temperatura|temperature]] più elevate). La lampada può essere contenuta in un involucro in vetro con la funzione di schermare i raggi [[Ultravioletto|ultravioletti]], ospitare eventuali elementi accessori e proteggere il tubo.

L'emissione luminosa è monocromatica o limitata alle righe di emissione spettrale del gas contenuto, se questo è a bassa [[pressione]].

Il gas può anche essere il vapore di un elemento solido o liquido, per esempio [[mercurioMercurio (elemento chimico)|mercurio]] o [[sodio]]. In questo caso però la lampada non è subito efficiente, poiché è necessario che il materiale evapori o sublimi per effetto del calore prodotto dalla scarica nel gas accessorio. Possono essere necessari diversi minuti perché la lampada inizi a produrre una luce accettabile, e in molti casi questo è un grave limite.

== Alimentazione ede accensione ==

La caratteristica tensione/corrente di una lampada a scarica presentanopresenta una soglia a tensione costante in corrispondenza di una intensità di corrente caratteristica dipendente dal gas, dalla temperatura e dalle condizioni di funzionamento, ne consegue che l'alimentazione deve avvenire in corrente costante, per ottenere questo si pongono in serie al tubo degli [[Induttore|induttori]]

o meno frequentemente dei [[Condensatore (elettrotecnica)|condensatori]] o resistenze.

La tensione di rete non è sufficiente per innescare la scarica, maper cui è necessario provvedere con opportuni circuiti a provocare una prima ionizzazione del gas,. questoQuesto può essere ottenuto provocando un momentaneo aumento della tensione di alimentazione per mezzo di [[Trasformatore|trasformatori]] e [[starter (elettrotecnica)|starter]], oppure applicando un impulso di alta tensione (migliaia di [[volt]]) ada un elettrodo posto sulla superficie esterna del tubo: il [[campo elettrico]] generato è sufficiente ad avviare la ionizzazione. In altri tubi è presente un elettrodo di innesco posto a brevissima distanza da uno dei due elettrodi ordinari: questo elettrodo viene brevemente alimentato con la normale tensione di rete che, data la distanza ridotta, è ora sufficiente per innescare un piccolo arco; il riscaldamento e l'emissione di ioni e radiazioni provoca l'innesco del restante gas.<br />

Un ulteriore metodo per accendere la lampada è quello di sottoporla a un [[campo elettromagnetico]] ad alta frequenza, da decine di [[hertz|kilohertz]] a molti megahertz.

Il [[campo elettrico]] generato è sufficiente ad avviare la ionizzazione, in altri tubi è presente un elettrodo di innesco a brevissima distanza da uno dei due elettrodi ordinari, questo elettrodo viene brevemente alimentato con la normale tensione di rete, sufficiente per innescare un piccolo arco, il riscaldamento e l'emissione di ioni e radiazioni provoca l'innesco del restante gas.<br />

Esistono inoltre lampade a induzione in cui non si hanno connessioni elettriche tra l'interno e l'esterno del tubo e il gas viene ionizzato da una [[radiazione elettromagnetica]] indotta dall'esterno: questo fenomeno si può osservare anche con le normali lampade fluorescenti che, se accostate a forti sorgenti di campi elettromagnetici, come l'antenna di un potente trasmettitore [[Radio (elettronica)|radio]], emettono luce.

Un modo ulteriore per accendere la lampada è di sottoporla ad un campo elettromagnetico ad alta frequenza, da decine di kilo[[hertz]] a molti megahertz.

Esistono lampade ad induzione, in cui non si hanno connessioni elettriche tra interno ed esterno del tubo ed il gas è ionizzato da una [[radiazione elettromagnetica]] indotta dall'esterno, se si avvicina una lampada fluorescente all'antenna di un potente trasmettitore [[Radio (elettrotecnica)|radio]] si può osservare una emissione di luce.

Una volta innescata la scarica con uno dei metodi descritti, questa si propaga a valanga a tutto il gas, il quale si mantiene ionizzato indefinitamente,. inIn condizioni di regime la tensione ai capi del tubo si mantiene a valori più bassi della tensione di rete e non è più necessario l'intervento dei circuiti accenditori.

=== Alimentatore elettromagnetico ===

L’alimentatoreL'alimentatore tradizionale è composto da un induttore (o reattore) èe quelloun dispositivo di elettromagneticoinnesco (induttivo[[Starter (elettrotecnica)|starter]]),. cheL'utilizzo èdi un componenteinduttore passivoconsente chedi haimplementare due diverseimportanti funzioni:

# durante la fase di accensione, in combinazione con lo [[Starter (elettrotecnica)|starter]], consente di ottenere una sovratensione che innesca la scarica nel gas;

# nel funzionamento a regime essoagisce funge dacome limitatore di corrente;, ciòin è importante perché,quanto a scarica avvenuta,innescata il tubo diviene un percorso a bassissima [[impedenza]] che potrebbe causare assorbimenti eccessivi.

Poiché il reattore è avvolto su nucleo di materiale ferromagnetico (laminato per limitare la dispersione di energia per riscaldamento da [[Corrente parassita|correnti parassite]]), durante il funzionamento regolare si originano delle vibrazioni alla frequenza di rete (50 &nbsp;Hz in Italia) che causano il caratteristico ronzio delle lampade fluorescenti.

La tensione di rete a 230 volt non è sufficiente pera innescare a freddo la scarica a freddo, per cui occorrono circuiti ausiliari che intervengano all'accensione. PerA questo scopo gli elettrodi dei tubi sono spesso costituiti da un filamento con le duecui estremità sono riportate su contatti elettrici esterni. Un dispositivo, lo ''starter'', alimenta i filamenti con la tensione di rete per un breve tempo, finoprovocandone allil riscaldamento e quindi favorendo l'innesco della scarica. I filamenti incandescenti infatti emettono [[Elettrone|elettroni]] avviando la ionizzazione del gas.
Lo starter è sostanzialmente un interruttore, racchiuso in una piccola ampolla contenente gas rarefatto, in cui il contatto mobile è costituito da una lamina bimetallica che si deforma riscaldandosi. La sequenza di accensione del tubo è la seguente:

# inizialmente (lo starter è freddo), il suo contatto interno è chiusoaperto e iil filamentipotenziale sonodi connessirete inè serieapplicato trainteramente loroai edsuoi incapi: serieciò provoca la ionizzazione del gas in alesso reattore.contenuto;

# la ionizzazione del gas all'interno dello starter consente la circolazione di una corrente che riscalda i filamenti della lampada, posti in serie, ma provoca anche il riscaldamento della lamina bimetallica che si flette e, dopo circa 1 secondo, chiude il contatto;

#i filamenti si riscaldano ed emettono delle "nubi di elettroni" nel tubo;

# la chiusura del contatto provoca la circolazione di una corrente maggiore nei filamenti, che si riscaldano ulteriormente ed emettono delle "nubi di elettroni" nel tubo;

#la stessa corrente che attraversa il circuito e lo starter provoca il riscaldamento della lamina bimetallica interna a quest'ultimo che dopo qualche istante si apre.

# durante il tempo di chiusura del contatto il gas all'interno dello starter non è più ionizzato, la lamina bimetallica si raffredda e dopo circa 1 secondo il contatto si riapre;

#L'apertura del circuito causata dallo starter provoca, per effetto dell'[[autoinduzione]] sul reattore, una sovratensione che favorisce ulteriormente l'innesco.

# l'apertura del circuito causata dallo starter provoca, per effetto dell'[[Induttanza|autoinduzione]] sul reattore, una sovratensione ai capi della lampada che provoca l'innesco;

# una volta avvenuto l'innesco l'impedenza della lampada diminuisce drasticamente e la tensione ai capi dello starter, collegato in serie, diviene pari a circa la metà di quella di rete, valore non più sufficiente a ionizzare il gas al suo interno; in mancanza di ionizzazione non si ha corrente circolante nella lamina bimetallica, la quale resta fredda e il contatto dello starter rimane quindi aperto.

Nel caso l'accensione non andasse a buon fine, l'accenditore ripete la procedura appena descritta

Un approccio alternativo consiste nel fornire al tubo una tensione elevata a migliaia di volt da un trasformatore. Si elimina la necessità di riscaldare i filamenti e si possono alimentare tubi molto lunghi.

Un approccio alternativo consiste nel fornire al tubo una tensione elevata di migliaia di volt da un trasformatore. Si elimina la necessità di riscaldare i filamenti e si possono alimentare tubi molto lunghi.

Ogni alimentatore produce una corrente di scarica, che viene dispersa attraverso il conduttore di terra. La norma limita questa corrente ad un massimo di 0,5 mA per apparecchio, ma in caso di comando di molte lampade fluorescenti bisogna tenerne conto nel dimensionamento della [[interruttore differenziale|protezione differenziale]].

Ogni alimentatore produce una corrente di scarica, che viene dispersa attraverso il conduttore di terra. La norma limita questa corrente a un massimo di {{M|0,5|ul=mA}} per apparecchio, ma in caso di comando di molte lampade fluorescenti bisogna tenerne conto nel [[dimensionamento]] della [[interruttore differenziale|protezione differenziale]].

Il funzionamento di tipo induttivo degli alimentatori elettromagnetici comporta un [[fattore di potenza]] basso, che raggiunge spesso valori tra 0,3 e 0,6. È necessario, quindi, installare un condensatore di rifasamento per riportare il fattore di potenza a 0,9.

=== Alimentatore elettronico autoscillante ===

L’alimentatoreL'alimentatore elettronico autoscillante semplifica notevolmente la gestione delle lampade fluorescenti rispetto ada un alimentatore elettromagnetico. Grazie ada una tensione di innesco interna l’impiegol'impiego dello starter diviene superfluo, inoltre non è necessario alcun [[rifasamento]], poiché il fattore di potenza è già superiore a 0,95.

Gli apparecchi che montano un alimentatore elettronico consentono un funzionamento più economico, poiché necessitano di un assorbimento di potenza del sistema decisamente minore rispetto alle applicazioni tradizionali con alimentatori induttivi a parità di illuminazione.<br />

Ad esempio, una lampada da {{M|18 |ul=W}} con alimentatore ferromagnetico in classe C richiede una potenza di circa 28 &nbsp;W, mentre con alimentatore elettronico 19-20 &nbsp;W.: Ilil risparmio è evidente,. bisognaBisogna tuttavia porre una certa attenzione nel dimensionamento dell’interruttoredell'interruttore automatico di protezione.: Ininfatti, in un circuito composto da reattore induttivo/starter le lampade si accendono in tempi diversi; al contrario, in uno con alimentatore elettronico tutte le lampade fluorescenti si inseriscono contemporaneamente. I condensatori antidisturbo contenuti nell’alimentatorenell'alimentatore generano un impulso di corrente elevato, che, anche se di durata estremamente breve, potrebbepuò far scattare l’interruttorel'interruttore automatico. Alcuni costruttori di alimentatori forniscono il numero massimo di alimentatori collegabili in funzione del tipo di interruttore di protezione utilizzato.

Molto diffuse sono anche le lampade dette '''[[lampada fluorescente|fluorescenti compatte a risparmio energetico''']], costituite da un tubo fluorescente di piccolo diametro abbinato ada un [[circuito elettronico]] di alimentazione. Il tutto è montato su uno zoccolo a vite simile a quello delle normali [[Lampadina|lampadine]], al cui posto possono essere montate.

=== Alimentatore elettronico a componenti integrati ===

Questo alimentatore utilizza circuiti integrati (compreso un oscillatore programmabile) per il controllo della lampada. Basandosi sul fatto che una lampada fluorescente richiede una tensione alternata con ''duty cycle'' 50% e il circuito di pilotaggio è un circuito risonante (L, C), è semplice generare una [[forma d'onda]] quadrata in ingresso a questo circuito. Il circuito risonante la trasforma in un'onda dall'andamento sinusoidale. Poiché un circuito costituito da una L e una C ha un picco di risonanza ada una frequenza ben definita, risulta chiaro che variando la frequenza della forma d'onda quadra creata ci si può avvicinare al picco di risonanza e pilotare la lampada con una tensione sempre più alta. Inoltre lavorando ad alte frequenze è possibile far scorrere nei catodi di lampada una corrente abbastanza bassa da non far accendere la lampada ma sufficiente per riscaldare i filamenti ed evitare che si danneggino all'accensione, aumentando così il tempo di vita della lampada.

Ecco come funziona, in breve, una lampada con circuito di controllo elettronico.

Inizialmente la lampada viene alimentata con una forma d'onda sinusoidale (grazie al circuito risonante che riceve un'onda quadra in ingresso) ad alta frequenza (es.ad esempio 70kHz{{M|70|ul=kHz}}) e una piccola corrente scalda i filamenti per circa 1 secondo. Poi la frequenza viene abbassata (35kHz35&nbsp;kHz) in un tempo pari a qualche decina di millisecondi finché non si arriva molto vicino al picco di risonanza dove la tensione raggiunge qualche [[Volt|kV]]. La scarica nel gas presente nella lampada la fa accendere, la curva di risonanza si modifica, perché la lampada accesa costituisce un carico diverso e la tensione si stabilizza intorno ai 100V100&nbsp;V. A questo punto si può facilmente variare l'intensità luminosa aumentando la frequenza della forma d'onda di controllo. Generalmente tutto questo viene ottenuto con un circuito integrato che può essere nascosto facilmente nella base delle lampade compatte, le cosiddette CFL.

== Tipi più comuni ==

Il fenomeno dell'emissione di luce da parte di una scarica elettrica è stato studiato a partire dalla seconda metà del [[XIX secolo]] da scienziati quali [[Charles Wheatstone]] e [[Jean Foucault]]. La scarica era ottenuta accostando due elementi metallici o barrette di grafite in [[aria]] atmosferica. Questo tipo di lampada è stata usata per diverso tempo prima dell'invenzione della lampadina ada incandescenza ede anche successivamente dove erano richiesti flussi luminosi elevati. Gli svantaggi principali di questa tecnica sono: il rapido consumo degli elettrodi, la necessità di regolarne continuamente la distanza (sia per l'innesco che per l'usurail deterioramento), l'instabilità della luce prodotta e l'eccessiva intensità di questa per usi comuni. I primi problemi erano in parte risolti con l'utilizzo di meccanismi ada orologeria che avvicinavano progressivamente gli elettrodi.

Successivi studi e perfezionamenti crearono una varietà di lampade in cui la scarica avviene attraverso un gas a pressione inferiore a quella atmosferica. Le principali attualmente in uso sono:

=== Sodio a bassa pressione (SOX) ===

[[File:LPS Lamp 35W.jpg|thumb|Una lampada al sodio del tipo SOX da 35 watt]]

Il principio di funzionamento si basa su una scarica elettrica in un ambiente gassoso composto da Ar+Ne+Na.

Durante l'accensione a freddo, il sodio è depositato attorno al bulbo interno e la scarica avvienteavviene in una miscela Penning composta da Argon e Neon.

La scarica in questa miscela provoca il repentino riscaldamento della lampada, fino a raggiungere la temperatura di fusione del sodio.

A quel punto, il sodio vaporizza e viene ionizzato dalla scarica, facendo assumere così la caratteristica emissione monocromatica gialla del sodio.

L'emissione è in luce monocromatica gialla alla [[lunghezza d'onda]] caratteristica di emissione del [[sodio]], di {{M|589 [[Metro|nanometri]]ul=nm}}. È usata nell'illuminazione stradale in incroci soggetti a [[nebbia]]. Grazie all'emissione monocromatica in una lunghezza d'onda ottimale per l'occhio umano, presenta una [[efficienza luminosa]] molto elevata.

Come una comune lampada a vapori di mercurio a bassa pressione, questa non ha bisogno di un ciclo di raffreddamento in caso di black-outinterruzione dell'alimentazione ma, a differenza di questa, richiede un tempo di riscaldamento molto lungo (circa 6-10 minuti), durante i quali emette la caratteristica luce rossa/rosata del neon presente al suo interno.

=== Sodio ad alta pressione (SON) ===

[[File:SON-T Master 600W.jpg|thumb|Una lampada al sodio del tipo SON da 600 watt]]

Aumentando la pressione, il vapore di sodio si allontana dallo stato di [[gas ideale]] e il suo spettro di emissione si allarga rispetto alla riga spettrale monocromatica tipica. La luce prodotta da queste lampade è di colore bianco tendente al giallo (2000-2500 K), caratteristica che le rende adatte solo per applicazioni in cui la resa dei colori è importante (es. l'illuminazione di banchi alimentari). Il rendimento luminoso è elevato (fino a 115 [[Lumen]]/[[Watt]]) ed elevata è la durata di vita (oltre 16000 ore). Particolari accorgimenti costruttivi fanno fronte all'aggressività chimica del sodio.

Aumentando la pressione, il vapore di sodio si allontana dallo stato di [[gas ideale]] e il suo spettro di emissione si allarga rispetto alla riga spettrale monocromatica tipica. La luce prodotta da queste lampade è di colore bianco tendente al giallo ({{Val|2000|-|2500|ul=K}}), caratteristica che le rende adatte per applicazioni in cui la resa dei colori è gradita, ma non fondamentale (per esempio l'illuminazione stradale). Il rendimento luminoso è elevato (fino a 150 [[lumen]]/[[watt]] nelle ultime esecuzioni Super a migliore rendimento) ed elevata è la durata di vita (oltre 16&nbsp;000 ore), tuttavia lo spegnimento per esaurimento può arrivare a molte decine di migliaia di ore. Particolari accorgimenti costruttivi fanno fronte all'aggressività chimica del sodio.

In caso di black-out, salvo [[ballast (illuminazione)|ballast]] particolari in grado di generare tensioni di 30-70Kv, la lampada necessita di un ciclo di raffreddamento di 3-5 minuti.

In caso di interruzione dell'alimentazione (o di violenta agitazione che ne causa lo spegnimento), salvo [[ballast (illuminazione)|ballast]] particolari in grado di generare tensioni di 30-70&nbsp;kV, la lampada necessita di un ciclo di raffreddamento di 3-5 minuti.

===Ioduri metallici (HMI)===

A fine vita, a causa dell'esaurimento del sodio nel tubo, il quale una volta vaporizzato sostiene l’arco elettrico, queste lampade diventano instabili durante il funzionamento, dato che essendosi esaurito il sodio, l’arco elettrico è sostenuto dal solo gas di innesco (Xeno) che, a causa dell’innalzamento di temperatura e del conseguente innalzamento di resistenza dello stesso, dopo uno o due minuti non riesce più a sostenere l’arco e la lampada si spegne. Una volta che il tubo di scarica si è raffreddato l’accenditore riesce ad ri-innescare la scarica e la lampada si riaccende, quindi la temperatura sale, dunque si rispegne e così via: questa è la causa del fenomeno della repentina accensione e spegnimento delle lampade al sodio, detto in inglese “cycling”, spesso osservabile nei lampioni stradali che persiste fino a quando, a causa dell’esaurimento totale anche del gas di accensione, non sono più in grado di riaccendersi. Tale processo prima dell'esaurimento totale può, se la lampada non viene sostituita, durare anche per molti anni e, in alcune lampade, comporta anche la modifica del colore da appena accesa che diviene bianco o bianco-azzurrato (colore del gas di accensione che viene esaltato dall’assenza di sodio), modificandosi poi durante la fase di accensione (se sufficientemente lunga, dato che con il tempo si accorcia sempre di più fino allo spegnimento) fino al colore normale arancione.

L'introduzione nelle lampade ai vapori di mercurio o di sodio ad alta pressione di [[ioduri metallici]] ([[iodio]], [[tallio]], [[indio]], [[disprosio]], [[olmio]], [[cesio (elemento)|cesio]], [[tulio]]) migliora la resa dei colori delle lampade al sodio, e dà loro una [[temperatura di colore]] molto elevata (4000-5600 K). La loro [[Indice di resa cromatica|resa cromatica]] le rendeva particolarmente adatte all’illuminazione di impianti sportivi, ove la necessità di avere una luce perfettamente bianca supera lo svantaggio di una bassa efficienza luminosa (40-80 [[Lumen]]/[[Watt]]) e di una bassa durata (6000 ore). Allo stato attuale i rendimenti sono aumentati intorno ai 90 [[Lumen]]/[[Watt]] e in alcuni casi oltre e aumentando la durata (12000 ore). Ormai vengono utilizzate molto nelle aree urbane dove si vuole migliorare il confort visivo visto l'alto [[indice di resa cromatica]] (IRC 80-90). A livello di inquinamento luminoso sono peggiorative rispetto alle sodio alta pressione.

Inoltre, anche prima dell’inizio della fase del “cycling”, un segno premonitore dell’esaurimento della lampada è la modifica del colore della luce, in fase di accensione, la cui tonalità resta maggiormente tendente all'azzurro (vecchia mescola) o al bianco (nuova mescola) virando sull'arancione solo dopo parecchi secondi a causa del progressivo esaurimento del sodio nel tubo che non riuscendo ad evaporare lascia in risalto le lunghezze d'onda emesse dalle altre componenti della mescola (mercurio/xeno).

Lampade ai vapori di sodio e a ioduri metallici necessitano, per essere accese, di appositi accenditori che producano impulsi di tensione di innesco compresi tra 0,75 e 5kV. Secondo il modello di lampada possono essere necessari dai 2 ai 10 minuti per il raggiungimento del pieno [[flusso luminoso]], e, in caso di spegnimento accidentale, salvo particolari alimentatori, è necessario attendere il raffreddamento della lampada (2-15 minuti) per la riaccensione, a causa della elevata tensione di innesco che sarebbe necessaria per la riaccensione a caldo (25-60kV). La corrente di spunto della lampada può arrivare ad essere superiore del 90% rispetto al valore di regime. Inoltre per queste lampade è necessario il rifasamento, a causa del [[fattore di potenza]] piuttosto basso (da 0,3 a 0,7 a secondo il modello).

===Vapore diSodio mercurioad a bassaaltissima pressione (SDW) ===

Il funzionamento di questo tipo di lampada è comparabile con quello delle lampade SON, ma differisce la pressione interna del gas: aumentando la pressione lo spettro di emissione si arricchisce di linee spettrali, rendendo questa lampada una valida alternativa alle comuni lampade ad alogenuri metallici in ambienti dove il rischio di contaminazione in seguito a esplosione deve essere evitato.

Emettono prevalentemente nello spettro [[ultravioletto]]. La luce emessa è ionizzante e dannosa per esposizione diretta. Vengono usate per sterilizzare ambienti ed oggetti.

La luce prodotta da queste lampade è di colore bianco tendente al giallo (2000-2500&nbsp;K), caratteristica che le rende adatte per applicazioni in cui la resa dei colori è importante (es. l'illuminazione di banchi alimentari).

Se l'interno del tubo viene rivestito con materiale [[Fluorescenza|fluorescente]] in grado di assorbire l'energia ultravioletta e riemettere nello spettro visibile, si ottiene la [[lampada fluorescente]].

La relativa alta pressione nei vapori di sodio è la causa principale della bassa efficienza di questo tipo di lampade (50&nbsp;lm/W).

In caso di black-out, la lampada non necessita di un ciclo di raffreddamento.

=== Alogenuri metallici (MH) ===

{{vedi anche|Lampada ad alogenuri metallici}}

L'introduzione nelle lampade ai vapori di mercurio o di sodio ad alta pressione di [[ioduri metallici]] ([[iodio]], [[tallio]], [[indio]], [[disprosio]], [[olmio]], [[Cesio (elemento chimico)|cesio]], [[tulio]]) migliora la resa dei colori delle lampade al sodio e dà loro una [[temperatura di colore]] molto elevata ({{Val|4000|-|5600|ul=K}}).

La loro [[Indice di resa cromatica|resa cromatica]] le rende particolarmente adatte all'illuminazione di impianti sportivi o nei [[videoproiettore|videoproiettori]] digitali, dov'è necessario avere un'alta resa dei colori.

Grazie alla loro compattezza, alle svariate forme e potenze e tonalità disponibili, all'elevata efficienza luminosa compresa tra 80 e 100 [[lumen]]/[[watt]], all'elevata [[Indice di resa cromatica|resa cromatica]] IRC 80-90 e fino a 95 nelle tonalità "D" (Daylight) con gradazione di 5600&nbsp;[[kelvin]], alla lunga durata (fino a 12&nbsp;000 ore), sono oggi divenute tra le lampade maggiormente diffuse.

Sono adatte per illuminare aree commerciali o pedonali, zone residenziali, strade, monumenti, grandi superfici esterne.

Grazie alla continua evoluzione gli ultimi modelli disponibili sono molto compatti e dalla luce molto simile a quella delle lampade ad [[alogeni]] (IRC 90 e 2500-3000&nbsp;kelvin), trovano impiego anche in spazi interni come uffici, foyers di alberghi e ristoranti.

A livello di [[inquinamento luminoso]] sono peggiorative rispetto alle lampade al sodio alta pressione data la ricchezza dello spettro luminoso di emissione ma in termini di comfort visivo e gradevolezza della luce emessa sono preferibili in tutte quelle applicazioni ove sia necessario offrire un'illuminazione di alta qualità.

Le lampade ai vapori di alogenuri metallici e ai vapori di sodio necessitano, per essere accese a freddo, di appositi accenditori che producano impulsi di tensione di innesco compresi tra 0,75 e 5&nbsp;kV.

Secondo il modello di lampada possono essere necessari dai 2 ai 10 minuti per il raggiungimento del pieno [[flusso luminoso]] e, in caso di interruzione dell'alimentazione, spesso è necessario attendere il ciclo di raffreddamento della lampada (2-15 minuti) per la riaccensione, a causa della elevata tensione di innesco che sarebbe necessaria per la riaccensione a caldo (25-60&nbsp;kV) e alcune particolarità fisiche che, nel caso di lampade non progettate per la riaccensione a caldo, renderebbero il bulbo presto inutilizzabile.

La corrente di spunto della lampada può arrivare a essere superiore del 90% rispetto al valore di regime, inoltre se queste lampade vengono alimentate con ballast elettromagnetici, è necessario il rifasamento a causa del [[fattore di potenza]] piuttosto basso (da 0,3 a 0,7 secondo il modello).

A fine vita, come per le lampade al sodio, anche in quelle ad alogenuri metallici si manifesta il fenomeno del “cycling”, causato dall’esurimento degli ioduri, per cui le lampade continuano ad accendersi e spegnersi e possono restare in questa fase anche per anni, fino a quando non sono completamente esaurite.

=== Vapori di mercurio a bassa pressione ===

{{vedi anche|Lampada fluorescente}}

La luce emessa è dannosa per esposizione diretta. Vengono usate per sterilizzare ambienti e oggetti.

Se l'interno del tubo viene rivestito con materiale [[Fluorescenza|fluorescente]] in grado di assorbire l'energia ultravioletta e riemettere nello [[spettro visibile]], si ottiene la [[lampada fluorescente]].

In caso di interruzione dell'alimentazione, la lampada non necessita di un ciclo di raffreddamento.

=== VaporeVapori di mercurio ad alta pressione ===

[[File:MV Lamp 175 W.JPG|thumb|Dettaglio di una lampada ai vapori di mercurio ad alta pressione da {{M|175 [[Watt|ul=W}} senza rivestimento fluorescente|396x396px]]]]

Con l'aumento della pressione l'emissione si sposta in luce bianca-azzurra, rendendo la lampada utilizzabile per l'illuminazione.

La tipica luce bianco-azzurrina (3300-4200&nbsp;K) viene prodotta dall'arco di scarica e corretta da [[Fosforo (optoelettronica)|fosfori]] (a base di vanadato d'ittrio) presenti nella finitura polverata del bulbo esterno che migliorano lo spettro soprattutto nella gamma del giallo e del rosso.

Questo tipo di lampada è sempre più in disuso a causa dei numerosi svantaggi rispetto ad altre tecnologie: bassa efficienza luminosa (<60 [[lumen]]/[[watt]]), bassa durata (6000-8000 ore), difficoltà e onerosità di smaltimento a causa del mercurio presente nella lampada.

Nelle lampade prive di rivestimento fluorescente interno, data la ridotta emissione nelle lunghezze d’onda dell’arancio e rosso, la tonalità è sensibilmente più fredda.

In caso di black-out (o di violenta agitazione, che ne causa lo spegnimento), tale lampada necessita di un ciclo di raffreddamento (sui 2-3 minuti, anche se non è raro che si inneschi prima).

Questa lampada, a causa della sua scarsa efficienza (<60 [[lumen]]/[[watt]]) e ridotta aspettativa di vita (6-8000 ore con il 50% del flusso luminoso, tuttavia lo spegnimento totale per esaurimento può sopraggiungere anche dopo svariate decine di migliaia di ore), viene man mano sostituita da apparecchi più efficienti (lampade al sodio, ad alogenuri metallici o a LED); a causa delle differenti caratteristiche elettriche, la sostituzione della lampadina spesso comporta anche la sostituzione del circuito d'alimentazione (talvolta si provvede anche alla sostituzione totale dell'involucro) anche se non è rara la sostituzione con lampadine più efficienti progettate per funzionare con le stesse caratteristiche delle lampade a mercurio (seppur meno efficienti delle controparti "regolari", esistono lampade al sodio ad alta pressione e ad alogenuri metallici con accenditore interno progettate per funzionare con i reattori per lampade al mercurio). In particolare per sostituire lampade al mercurio di potenze 80w, 125w, 250w e 400w si utilizzano lampade sostitutive rispettivamente da 68w, 110w, 210/220w, 350w.

Proprio a causa della elevata presenza di mercurio il 13 febbraio 2003 è entrata in vigore la direttiva comunitaria 2002/95/CE sulla restrizione dell’uso di determinate sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche (c.d. Direttiva "RoHS"). Essa ha come effetto la messa al bando delle lampade al mercurio ad alta pressione dal territorio europeo. La vendita e l’installazione di queste lampade è stata vietata a partire dal 1º luglio 2006.

Le lampade sostitutive (solitamente al sodio) per quelle al mercurio ad alta pressione, come già detto, devono essere dotate di un dispositivo di accensione interno dato che gli apparecchi costruiti per lampade al mercurio non lo possiedono, infatti le lampade al mercurio funzionano alla tensione di rete mentre quelle sostitutive (che siano sodio o alogenuri metallici) necessitano di un picco di tensione per innescare la scarica nel gas. Tuttavia alcune lampade sostitutive al sodio non possiedono un accenditore interno ma utilizzano invece come gas di innesco una speciale miscela Penning (anziché Xeno), composta cioè da Argon e Neon, la quale ne permette l’accensione alla tensione di rete senza l’ausilio di picchi di tensione.

===Vapori di alogenuri metallici===

Sono lampade al mercurio con l'aggiunta di sali di diversi [[alogeni]]. Aggiungendo diverse righe spettrali al mercurio migliorano lo spettro luminoso.

Sono molto utilizzate nell'illuminazione pubblica di strade, parchi, stadi, esterni di edifici.

Dato l'elevato rapporto [[lumen]]/[[watt]], negli ultimi anni gran parte dell'illuminazione commerciale per interni ne ha fatto grande uso, anche se la gradevolezza della luce emessa rimane inferiore a quella delle [[Lampada ad incandescenza|lampade ad incandescenza]].

Nel caso di violenta agitazione del bulbo o di interruzione dell’alimentazione, come per tutte le altre lampade a scarica ad alta pressione, quelle al mercurio ad alta pressione necessitano di un intervallo di tempo (da 2 a 5 minuti) affinché il gas interno si raffreddi e permetta la riaccensione.

===A luce miscelata===

Si tratta di lampade al mercurio ad alta pressione in cui il reattore di alimentazione è sostituito da un filamento, che funge da limitatore di corrente, collocato assieme alla lampada in un tubo secondario. Durante il funzionamento, il filamento diventa incandescente ed emette luce come in una [[lampada ad incandescenza]], che miscelata con quella prodotta dal mercurio offre una tonalità più naturale. Per contro si ha un notevole abbassamento del rendimento energetico.

La presenza di un terzo elettrodo all'interno del tubo consente l'accensione della lampadina senza la necessità di utilizzare accenditori. Esso, affiancato a uno dei due elettrodi principali, è connesso tramite un resistore al polo opposto dell'elettrodo vicino: questo consente la generazione di una debole scarica che, ionizzando il gas, consente la formazione di un arco elettrico tra i due elettrodi principali.

Come nei casi delle lampade al sodio ad alta pressione e ad alogenuri metallici, anche nelle lampade al mercurio ad alta pressione c’è la possibilità che a fine vita si manifesti il fenomeno del “cycling”, ossia la continua accensione e spegnimento della lampada, anche se la probabilità è assai minore rispetto agli altri due tipi, infatti quasi sempre le lampade al mercurio ad alta pressione a fine vita semplicemente si spengono e non si riaccendono più. Quando si manifesta, il “cycling” nelle lampade al mercurio ad alta pressione è però differente rispetto a quelle al sodio e agli alogenuri metallici: infatti, a differenza di queste ultime, i cicli di accensione e spegnimento possono durare anche più di un'ora ciascuno (un’ora spento/un’ora acceso) contro i pochi minuti degli altri due tipi. Come per queste ultime, la fase del “cycling” può durare anche svariati anni se la lampada non viene sostituita.

Data l'elevata presenza di mercurio, il 13 febbraio 2003 è entrata in vigore la direttiva comunitaria 2002/95/CE sulla restrizione dell'uso di determinate sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche (la cosiddetta [[Normativa comunitaria RoHS|Direttiva RoHS]]). Essa ha come effetto la messa al bando delle lampade al mercurio ad alta pressione dal territorio europeo. La vendita e l'installazione di queste lampade (ai privati) è stata vietata a partire dal 1º luglio 2006.

=== Vapori di mercurio ad altissima pressione ===

La pressione delle lampade a scarica in vapori di mercurio ad altissima pressione [[lampada UHP|(UHP)]] può superare le 200 atmosfere.

Vengono usate principalmente per illuminare sistemi di proiezione in ragione della loro alta efficienza e compattezza.

=== A luce miscelata ===

Si tratta di lampade ai vapori di mercurio ad alta pressione in cui il reattore di alimentazione è sostituito da un filamento di tungsteno, che funge da limitatore di corrente, collocato assieme al tubo di scarica all'interno dell'involucro esterno della lampada. Durante il funzionamento, il filamento di tungsteno diventa incandescente ed emette luce come in una [[lampada a incandescenza]], che miscelata con quella prodotta dal mercurio, una volta che quest'ultimo è evaporato, offre una tonalità più naturale. I vantaggi delle lampade a luce miscelata rispetto a quelle al mercurio ad alta pressione standard (con reattore esterno) sono la facilità di installazione (infatti possono funzionare nei normali portalampada di casa senza reattori esterni) e l’emissione istantanea di luce (dato che il filamento emette luce da subito). Per contro, si ha un notevole abbassamento del rendimento energetico fino a eguagliare quello di una comune lampada a incandescenza (18-25 lumen/watt). Inoltre, hanno seri limiti sulle posizioni di funzionamento perché il filamento di tungsteno invecchiando si allunga e può toccare parti interne in tensione.

La durata di queste lampade è intorno a 5000 ore.

La soluzione più economica e semplice per il loro rimpiazzo è l'uso di lampade alogene di pari potenza o maggiore e un variatore di potenza per l'utilizzo a potenza ridotta (pratica comunemente utilizzata). N.B.: il variatore di potenza abbassa la temperatura di funzionamento del filamento, impedendo il corretto ciclo alogeno!.

== Spettri di emissione ==

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Alcuni modelli particolari di lampade a scarica (lampadine al neon, bulbi allo xeno, laser elio-neon e lampade spettrali da laboratorio) non utilizzano la stessa tecnologia delle lampade a scarica comuni, qui è riportata una tabella che mette in evidenza le varie tipologie.

{| {{prettytable|widthclass="wikitable" style="font-size:100%|align=center|;width:100%;margin:auto;clear:both;text-align=:center|font-size=100%}};"

|-

! Gas

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| Da [[Bianco]] a [[Arancione|arancio]]; in alcune circostanze, può essere grigio, blu, o verde-blu.

| È utilizzato da artisti per le loro opere.

| [[ImageFile:HeTube.jpg|100px]]

|-

| [[Neon]]

| [[Rosso-arancio]]

| Luce intensa, è usato nelle [[lampada al neon|lampade al neon]].

| [[ImageFile:NeTube.jpg|100px]]

|-

| [[Argon]]

| Violetto-blu lavanda.

| Viene spesso utilizzato insieme ai vapori di mercurio.

| [[ImageFile:ArTube.jpg|100px]]

|-

| [[KryptonKripton]]

| Colore dal grigio al verde. In caso di picchi di corrente, emette una luce blu-bianca.

| Usato da artisti e da lampade per eccitare i laser.

| [[ImageFile:KrTube.jpg|100px]]

|-

| [[XenonXeno]]

| [[Grigio]] o [[blu-grigio]] biancastro. Emette una luce blu-verde intensa in caso di picchi di corrente.

| Utilizzato nelle [[Lampeggiatore fotografico|lampade flash]], hid e da artisti.

| [[ImageFile:XeTube.jpg|100px]]

|-

| [[Azoto]]

| Simile all'Argon, ma meno intenso, più rosato; emette una luce blu-bianca in caso di picchi di corrente.

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Riga 147 ⟶ 188:

| Violetto-lavanda, meno luminoso dell'Argon.

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| [[Idrogeno]]

| Lavanda a basse correnti, [[Rosa (colore)|rosa]] o [[magenta (colore)|magenta]] sopra 10 mA

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| Vapori d'[[Acqua]]

| Simile all'idrogeno, meno luminoso

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| [[Anidride carbonica|Diossido di carbonio]]

| Blu-bianco, più luminoso dello xeno a basse correnti.

|Utilizzato nei laser ad infrarosso lontano ad alta potenza.

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| Vapori di [[Mercurio (elemento chimico)|mercurio]]

| Fioca luce blu ede un'intensa emissione ultravioletta.

| Può generare qualsiasi colore in combinazione con [[fosforFosforo (optoelettronica)|fosforifosfor]]i. Ampiamente utilizzato nelle lampade a vapori di mercurio e nelle lampade [[hydrargyruma medium-arc iodide]]scarica. Viene spesso utilizzato con l'argon.

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| Vapori di [[Sodio]] a bassa pressione.

| Emissione giallastra, utilizzato nelle lampade al sodio a bassa pressione.

|Emissione di luce gialla monocromatica concentrata nella lunghezza d’onda del sodio di 589&nbsp;nm.

Le lampade al sodio a bassa pressione sono spesso utilizzate nelle gallerie e negli incroci per la loro eccellente visibilità in giornate nebbiose.

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| [[Image:Na-lamp-2.jpg|100px]]

|-

| Vapori di [[Sodio]] ad alta pressione.

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|}

==Voci correlateNote ==

<references />

*[[Starter (elettrotecnica)|Starter]]

== Voci correlate ==

*[[Ballast (illuminazione)]]

*[[Starter (elettrotecnica)]]

*[[Lampadina]]

*[[Lampada ada incandescenza]]

*[[Lampada fluorescente]]

*[[Lampada al neon]]

*[[Lampada allo xeno]]

== Altri progetti ==

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== Collegamenti esterni ==

* {{Collegamenti esterni}}

*[http://www.ct.infn.it/~ifts/images/ediliz1.gif Schema di un sistema con lampada a scarica]

*{{cita web | 1 = http://www.ct.infn.it/~ifts/images/ediliz1.gif | 2 = Schema di un sistema con lampada a scarica | accesso = 15 febbraio 2022 | urlarchivio = https://archive.is/20121219120854/http://oldweb.ct.infn.it/~ifts/images/ediliz1.gif | dataarchivio = 19 dicembre 2012 }}

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