01_luz, cor e fontes de luz

Escola SENAI Theobaldo De Nigris

Pré Impressão - Luz, Cor e Fontes de Luz

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Pré-Impressão

Luz, Cor e Fontes de Luz



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Luz, Cor e Fontes de Luz

SENAI - SP 2003.

3ª edição, 2002

Coordenação Geral Walkyria Cariste

Elaboração Manoel Manteigas de Oliveira

Edição de texto Manoel Manteigas de Oliveira

Revisão Walkyria Cariste

Editoração Eletrônica Valquiria Brandt

Ilustrações Valquiria Brandt

Colaboração Poliana Moreira Castro

SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

Departamento Regional de São Paulo


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Trabalho desenvolvido na Escola SENAI Theobaldo De Nigris

Sob orientação da Divisão de Recursos Didáticos da Diretoria de Educação do Departamento Regional

do SENAI - SP



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Sumário

Introdução 05

O que é luz 06

Cor e luz 08

Fotometria 17

Lâmpadas incandescentes 22

Lâmpadas de descarga elétrica 26

Laser 31

Bibliografia 35



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Introdução

Em processamento da imagem a luz é o meio utilizado para transferir a imagem dos

originais para os filmes fotográficos e destes para as matrizes de impressão. Mesmo o

processamento chamado eletrônico depende da luz tanto para explorar o original a ser

reproduzido quanto para expor o filme, mesmo que neste caso seja utilizado uma luz

"laser". É portanto fundamental conhecer as características e aplicações dos diferen-

tes tipos de fontes de luz.

Uma fonte de luz é um dispositivo capaz de emitir radiações luminosas pela

transformação de um outro tipo de energia. Uma vela, por exemplo, é uma fonte de

luz que transforma a energia química da cera em luz e calor. Uma lâmpada comum

transforma em luz a energia elétrica que percorre o seu filamento. As circunstâncias

em que ocorre essa transformação determinam o tipo de luz emitida, em termos de

quantidade e cor.

As fontes de luz classificam-se em primárias e secundárias. Chamamos de primárias

as fontes que são produtoras de luz enquanto secundárias são aquelas que apenas

refletem a luz que recebem. Normalmente sempre que falarmos de fontes de luz

estaremos nos referindo às fontes primárias.

As fontes primárias, por sua vez, podem ser naturais ou artificiais. A principal fonte

primária natural é o sol. As primárias artificiais são também chamadas lâmpadas e

podem ser de combustão, incandescentes, descarga elétrica, eletroluminescência,

etc.



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O que é luz

A luz é uma forma de energia assim como o calor, a eletricidade, a energia cinética.

Dentre essas formas de energia, a luz se caracteriza por ser visível, ou seja, a

presença da energia luminosa pode ser percebida através dos olhos . Na verdade é

possível enxergarmos os objetos que nos cercam porque estes objetos emitem luz

própria ou refletem a luz que sobre eles incide, proveniente de uma outra fonte.

A principal fonte de energia luminosa que conhecemos é o Sol. Ao olharmos para o

Sol detectamos através de uma sensação visual a energia luminosa que ele irradia. A

imagem que então vemos e que nos ofusca a visão é o resultado da luz atingindo os

nossos olhos.Ao olharmos durante o dia os objetos iluminados pela luz proveniente do

sol, a imagem que deles percebemos é causada pela reflexão dessa luz pelos objetos.

Existem outras fontes de luz como, por exemplo, uma vela acesa ou uma lâmpada.

Graças a elas é possível visualizarmos os objetos quando a luz do Sol não está presente.

Embora órgão responsável pela visão seja o olho, a formação da imagem do qual

tomamos a consciência depende ainda do cérebro. O olho recebe a luz através de

células nervosas localizadas na retina transforma-se em sinais que o cérebro é capaz

de entender.

As diferentes formas de energia, da qual a luz é um exemplo, podem se transformar

em outras. Quando num dia ensolarado recebemos a luz do sol sobre o nosso corpo ela

se transforma em calor. A eletricidade percorrendo o filamento de uma lâmpada

incandescente transforma-se em energia luminosa e também em calor.

A partir destes conceitos é possível entender porque certos corpos são negros. Isto

ocorre porque as substâncias que formam estes corpos são incapazes de refletir a luz

que recebem. Neste caso, a luz é totalmente absorvida e transformada em outra forma

de energia.



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Teoria sobre a natureza da luz

Há cerca de trezentos anos atrás os físicos Huygens e Isaac Newton dedicaram-se a

estudar os fenômenos luminosos e a desenvolver teorias que explicam a natureza da

luz. Newton formulou a teoria corpuscular, segundo a qual a luz é transmitida sob a

forma de partículas de tamanho desprezível emitidas a partir dos corpos luminosos.

Estas partículas propagando-se no espaço e atingindo a retina causariam a sensação

visual. Huygens, por sua vez, enunciou a teoria ondulatória em que procurava explicar

os fenômenos luminosos a partir da idéia de que a luz é uma forma de energia que se

propaga em ondas. Cada uma dessas hipóteses era capaz de explicar alguns dos

comportamentos da luz.

Com o passar do tempo, outros estudiosos deram sua contribuição para a

compreensão do problema. Assim, Maxwell elaborou a teoria eletromagnética da luz e

em 1900 Planck desenvolveu o conceito de 'quantas' de luz que são unidades de

energia luminosa, os fótons, que se propagam sob a forma de ondas. Conseguiu-se,

assim, conciliar as duas teorias iniciais, corpuscular e ondulatória. Uma teoria que

tentasse explicar os fenômenos luminosos simplesmente considerando a luz como

uma emissão de partículas ou como uma onda eletromagnética não teria sucesso.

Somente os dois conceitos reunidos permitem fazê-lo satisfatoriamente.



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Cor e Luz

100 x 103 m

103 m

1 m

10-3 m

100 nm10 nm

0,1 nm

ondas radioelétricas

ondas hertzianas

Radiação infravermelha

Radiação visível

Radiação ultravioleta

Raios X

Raios cósmicos

780nm

630nm590nm

570nm450nm

380nm

ultravioleta

violeta

verdeazul

amarelo

laranja

vermelho

infravermelho

Figura 2

Considerando agora o espectro ótico, ou seja, o conjunto de radiações visíveis a que

chamamos de luz, podemos identificar ondas de diferentes comprimentos que nesta

região são medidos em nanômetros (a milionésima parte do milímetro).

Os limites desta faixa visível do espectro são determinados por ondas de 380nm a

770nm. Dentro desta faixa a variação de comprimentos de onda causa alteração

significativa nas características da luz. Esta variação devido aos diferentes comprimen-

tos de onda chama-se COR. Cor, portanto, é uma sensação visual causada pela luz,

segundo o comprimento de onda de que é formada. Abaixo apresentamos uma tabela

com os comprimentos de onda correspondentes a luzes de diferentes cores:

VERMELHO 770 a 630nm

LARANJA 630 a 590nm

AMARELO 590 a 560nm

VERDE 560 a 520nm

CYAN 520 a 480nm

AZUL 480 a 440nm

VIOLETA 440 a 380nm



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E qual seria o comprimento de onda correspondente à luz branca? Na verdade, a

sensação do branco é obtida quando a nossa retina é atingida simultaneamente por

três dessas radiações, o vermelho, verde e o violeta. Estas três luzes são

particularmente importantes por causa desse fenômeno. Dizemos então que a luz

branca é composta de luz verde, vermelha e violeta.

Este fato pode ser demonstrado experimentalmente quando usamos um prisma para

decompor a luz branca por refração, ou quando projetamos sobre uma tela branca

três fachos de luz daquelas cores e obtemos uma imagem como a reproduzida na

figura 3.

Como podemos ver, onde as três luzes coloridas são projetadas juntas temos a

sensação do branco e onde elas se encontram duas a duas temos a sensação das

outras cores conhecidas do espectro visível. De fato, a adição de luz verde e luz

vermelha dá a sensação de amarelo.

Luz violeta e luz verde dão a sensação de cyan e luz vermelha e violeta dão a

sensação de magenta. A primeira vista estes resultados obtidos experimentalmente

parecem contradizer o nosso conhecimento prático sobre as cores, porém não

devemos nos esquecer de que estamos falando de combinação de luzes coloridas e

não de tintas.

Síntese aditiva, síntese subtrativa

A combinação de luzes coloridas de maneira a obter outras cores diferentes é

chamada de Síntese Aditiva. As cores vermelha, verde e violeta são chamadas cores

primárias da síntese aditiva, enquanto amarelo, magenta e cyan são as cores

secundárias da síntese aditiva. Abaixo temos um quadro que resume a síntese

aditiva:

VERMELHO + VERDE = AMARELO

VERDE + VIOLETA = CYAN

VIOLETA + VERMELHO = MAGENTA

VERMELHO + VERDE + VIOLETA = BRANCO



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Figura 6

Síntese Subtrativa

Figura 3

Síntese Aditiva



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Definimos cores complementares na síntese aditiva como sendo as cores das luzes

que, somadas duas a duas, dão ao observador a sensação de branco. Abaixo

apresentamos as cores complementares entre si e o resultado da sua adição. Observe

que cada par de cores complementares inclui sempre uma primária e uma secundária:

VERMELHO + CYAN = BRANCO

VERDE + MAGENTA = BRANCO

VIOLETA + AMARELO = BRANCO

Afirmamos anteriormente que um corpo é visto como sendo preto quando ele é capaz

de absorver todas as radiações luminosas que recebe. Da mesma forma um corpo

aparece branco (uma folha de papel, por exemplo) quando ele reflete toda a luz que

recebe (desde que a luz que incide sobre ele seja branca). O que acontece então

quando vemos os corpos coloridos? Na verdade um objeto aparece colorido quando

ele reflete apenas uma ou duas das componentes da luz branca, absorvendo o res-

tante. A tinta amarela, por exemplo, tem essa cor porque os pigmentos que a compõe

tem a propriedade física de absorver a componente violeta da luz branca que incide

sobre ela, refletindo a luz verde e a luz vermelha e, como já sabemos, essas duas

radiações luminosas juntas provocam na nossa retina a sensação do amarelo. O

mesmo raciocínio pode ser empregado para explicar porque as tintas magenta e cyan

tem essas cores. (figura 4)

Figura 04

CYAN cyan

VD AZVM

papel

MAGENTA magenta

papel

VD AZVM

AMARELO amarelo

papel

AZVDVM

Agora já é possível conciliar o conhecimento teórico que acabamos de adquirir sobre a

combinação de luzes coloridas com o conhecimento prático que temos da combinação de

tintas coloridas. É possível explicar, por exemplo, porque a mistura das tintas amarela e



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cyan dá verde. A tinta amarela sozinha absorve o violeta da luz branca. A tinta cyan

absorve a luz vermelha. Da mistura das duas a única luz refletida será a verde (figura 5).

Como se vê não há contradição entre a teoria que explica a

combinação de luzes coloridas por adição e os resultados esperados na combinação de

tintas ou outras substâncias coloridas.

A esta forma de obter outras cores a partir da mistura de substâncias coloridas damos

o nome de Síntese Subtrativa, porque ela se dá a partir da subtração de componentes

primários da luz branca. As cores primárias da síntese subtrativa são o amarelo,

magenta e cyan. Abaixo temos as suas combinações:

AMARELO + CYAN = VERDE

MAGENTA + CYAN = VIOLETA

MAGENTA + AMARELO = VERMELHO

Figura 05

AZULcyan

VD AZ

papel

VM

VERMELHOmagenta

papel

VD AZVM

VERDEamarelo

papel

VDVM AZ

PRETO

cyanmagenta

papel

BRANCO

papel

AZVDVM

VDVM AZ



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As cores verde, vermelha e violeta são as cores secundárias da síntese subtrativa.

Observe que quando comparamos as duas sínteses notamos que as primárias de

uma são as secundárias da outra e vice-versa.

Como era de se esperar a combinação das tintas amarela, magenta e cyan resultaria

no preto, já que uma delas seria responsável por absorver uma das componentes

(aliás, aquela que lhe é complementar) da luz incidente, de maneira que nada

sobraria para ser refletido. Na verdade, não é possível obter na prática este resultado

esperado teoricamente porque as substâncias coloridas que se encontram na

natureza e que constituem os pigmentos utilizados na fabricação das tintas não são

perfeitos. Em vez disso obteremos, na realidade, um marrom muito escuro, quase

preto.

Também é possível pensar em cores complementares na síntese subtrativa. Neste caso

elas serão definidas como sendo as cores que misturadas, duas a duas, dão como

resultado o preto (teoricamente). Os pares obtidos serão os mesmos conhecidos:

AMARELO + VIOLETA = PRETO

MAGENTA + VERDE = PRETO

CYAN + VERMELHO = PRETO

Como já foi observado, na verdade, o resultado será um marrom muito escuro ao

invés do preto total.

Temperatura de Cor

Os diferentes tipos de fontes de luz emitem um conjunto de radiações diferenciado.

Algumas emitem muita radiação violeta e pouca vermelha e verde. Outras poderão ter o

comportamento inverso, emitindo muito vermelho e verde e pouco violeta, ou ainda

apresentar picos de emissão bem definidos em determinados comprimentos de onda.

Chamamos de espectro de emissão de uma fonte de luz à distribuição proporcional de

seu poder de emissão segundo diferentes comprimentos de onda. Normalmente o

espectro de emissão é representado por um gráfico como este que apresentamos

como exemplo na figura 7.



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Como podemos ver no gráfico, este tipo de lâmpada tem uma forte emissão nas

regiões do vermelho e do verde em comparação com a quantidade de radiações

violetas. O resultado é que esta fonte emite uma luz branca um pouco amarelada.

O conhecimento do espectro de emissão de uma fonte é fundamental para as

operações fotográficas de Processamento da Imagem e também para fotografia

artística e publicitária. É muito importante também conhecer o espectro de emissão

das lâmpadas utilizadas em iluminação ambiental, já que as cores dos impressos e

dos originais dependem entre outras coisas, da luz que incide sobre eles.

Por causa disso tornou-se necessário estabelecer um método para atribuir um valor

numérico que representasse os diferentes espectros de emissão das lâmpadas. Para

isso tomou-se uma fonte de luz padrão cujo espectro de emissão pode ser controlado.

Essa fonte padrão é conhecida como corpo negro.

O corpo negro é um corpo capaz de absorver todas as radiações que recebe. Um

objeto com estas características é obtido recobrindo-se uma cavidade com negro de

fumo (figura 8).

Quando submetemos o corpo negro ao aquecimento a partir de uma determinada

temperatura ele começa a emitir luz. Este fenômeno é comumente observado em

qualquer material que sofra aquecimento como, por exemplo, uma barra de ferro. Ao

submetermos uma barra desse material ao calor ela torna-se alaranjada. Trata-se do

mesmo fenômeno que ocorre com o corpo negro. Este contudo pode ser aquecido a

Espectro de emissão de uma lâmpada incandescente

Figura 07



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temperaturas muito altas sem que sofra fusão. O corpo negro deve ser constituído por

uma superfície totalmente absorvente porque existe uma relação direta entre absorção

de radiações e emissão. Quanto mais radiação eletromagnética uma superfície absorve,

mais radiação emitirá ao ser aquecida.

A temperaturas relativamente baixas o espectro de emissão do corpo negro é rico em

radiações da região do vermelho. A medida que a temperatura de aquecimento

aumenta, seu espectro vai cada vez mais apresentando um teor maior das radiações

violeta e verde. A luz emitida vai então passando de avermelhada para uma cor cada

vez mais branca e brilhante, e se a temperatura continuar aumentando tornar-se-á

azulada. A temperatura de aquecimento do corpo negro é medida em Kelvin (k). Na

figura 9 apresentamos um gráfico com espectros de emissão a diferentes temperaturas

de aquecimento do corpo negro:

1 -cavidade radiadora

2 -cadinho

3 -massa platina

Figura 09

Figura 08



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Como vemos, é possível associar cada espectro de emissão do corpo negro à

temperatura em que este foi aquecido para obtê-lo. Se agora compararmos o

espectro de emissão de uma fonte de luz com aqueles obtidos pelo aquecimento do

corpo negro fatalmente encontraremos um que lhe é semelhante. A temperatura em

que o corpo negro foi aquecido para proporcionar esse espectro é chamada

"temperatura de cor" da fonte em questão. Em outras palavras:

temperatura de cor de uma fonte de luz é a temperatura em Kelvin a que deve ser

aquecido o corpo negro para que este produza um espectro de emissão semelhante

ao dessa fonte. No trabalho prático, quando se deseja conhecer a temperatura de cor

de uma fonte de luz não é necessário realizar o experimento com o corpo negro. Um

aparelho conhecido como fotocolorímetro (ou também termocolorímetro) permite

realizar uma medição direta daquele valor.

Não se deve confundir o conceito de temperatura de cor com a noção comum de

cores quentes e frias. Esta noção diz respeito à sensação que nos causa a visão das

cores e baseia-se na experiência cotidiana e não em princípios científicos. Apesar

disso, esse modo de classificar as cores tem razão de ser justamente por se referir à

vivência dos indivíduos. Um artista que pretende usar as cores para induzir no

observador determinados sentimentos, pode se referir a elas segundo as sensações

psicológicas ligadas a essas cores, sensações essas que tem inclusive uma base

cultural. Nesse sentido, diz-se que uma cor é quente quando sua visão pode ser asso-

ciada com fontes de calor como, por exemplo, o sol, a chama do fogo. Por outro lado,

uma cor é chamada fria quando nos lembra substâncias que na natureza

normalmente dão a sensação de frescor como, por exemplo, a água, a vegetação etc.

Tabela de Temperatura de Cor

Fonte de luz T.C. em Kelvin

Vela 1500-1900

Lâmpada de tungstênio 2400-2800

Lâmpada quartzo-halógena 2750-2800

Arco voltáico 5000

Luz do sol (meio dia) 5400

Xenon 6200

Tubo fluorescente (luz do dia) 6500

Luz do céu azul 8000-10000



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Fotometria

Os técnicos que por diferentes motivos utilizam a luz com um

elemento importante no seu trabalho necessitam de meios para medir a quantidade

de energia luminosa emitida por uma fonte, recebida por uma superfície produzida por

uma determinada

potência elétrica. A parte da física que se dedica a este estudo é a Fotometria. A

seguir serão descritas algumas unidades usadas em fotometria. Cada diferente

unidade de medida corresponde a uma determinada característica da luz, da fonte

emissora e da superfície iluminada. Os aparelhos usados na medição são chamados

fotômetros e podem ser de vários tipos segundo a unidade fotométrica que se quer

avaliar.

Intensidade luminosa

A intensidade luminosa de uma lâmpada é avaliada comparativamente. O padrão de

comparação utilizado é o corpo negro, também empregado como padrão para

determinação de temperatura de cor.

A unidade de medida é a Candeia (cd). Uma candeia corresponde à 1/60 da

intensidade de luz emitida por um centímetro quadrado do corpo negro aquecido à

temperatura de fusão da platina (1773ºC).

Antes de se padronizar a candeia como unidade de intensidade luminosa utilizava-se

como unidade a vela-padrão, determinada pela intensidade de luz obtida a partir de

um conjunto de velas de espermacete. Tal unidade tornava difícil a medição pelas

dificuldades em se repetir o padrão com precisão. Além da vela-padrão outras

unidades foram também empregadas: a vela-inglesa, vela Carcel, vela Viole.



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Fluxo luminoso

A quantidade de luz emitida por uma lâmpada é chamada de fluxo luminoso.

A unidade de fluxo luminoso é o lumen (lm) que é definido como sendo a quantidade

de energia luminosa emitida por uma lâmpada de uma candeia dentro de uma

unidade de ângulo sólido.

Unidade de ângulo sólido (estero-radiano) é o espaço de um cone imaginário que tem

por vértice o centro de uma esfera (também imaginária) e por base uma colota sobre

a superfície dessa esfera, sendo que esta calota tem área igual ao raio de esfera ao

quadrado.

Figura 10

Na prática temos:

Uma lâmpada de uma candela projetando um foco de luz que cobre uma superfície

de 1m quadrado colocada a 1m de distância emite uma quantidade de energia

luminosa igual a 1 lumen.

O fluxo total de uma lâmpada é dado pelo total de energia luminosa que ela emite em

todas as direções, ou seja, preenchendo totalmente o espaço correspondente à nossa

esfera imaginária. Como uma esfera possui 12,57 ester-radianos (4 x 3,1416) temos

que uma lâmpada de uma candela tem um fluxo total de 12,57 lumens.

O uso de receptáculos adequados (tipo refletor) pode modificar a distribuição do fluxo

luminoso de modo a concentrar a luz em

determinadas direções.

1 can. 1 lumen1 m2



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Iluminamento

A quantidade de fluxo luminoso, recebido por uma superfície é chamada de iluminamento.

A unidade de iluminamento, Lux, é definida como sendo a quantidade de iluminamento

produzido por um fluxo luminoso de um lumen sobre uma superfície de 1m2 colocada a

1m de distância da fonte.

O iluminamento varia em função do fluxo luminoso da lâmpada (e portanto da sua

intensidade luminosa) e também em função da distância entre a lâmpada e a

superfície iluminada. Além disso o iluminamento depende da inclinação do feixe

luminoso em relação ao plano que está sendo iluminado. Estas relações são

expressas matematicamente pela seguinte fórmula:

L = Fi x cos a

d2

onde: i = é o iluminante em lux

Fi = é o fluxo luminoso em lumens

d = é a distância entre a fonte e a superfície iluminada

a = é o ângulo formado pelo foco luminoso e a linha normal à superfície

Essa fórmula representa uma lei da física conhecida por Lei de Lambert ou Lei do

iluminamento, que pode ser enunciada assim:

"O iluminamento produzido por um foco luminoso em um ponto de uma superfície é

diretamente proporcional à intensidade do foco e ao cosseno do ângulo de incidência

no ponto e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre o ponto ilumina-

do e a fonte de luz".

Esta lei é válida para fontes puntiformes, ou seja, quando a fonte de emissão é

suficientemente pequena para ser considerada como um ponto. Na realidade não

existe fonte perfeita puntiforme. Para efeitos práticos consideramos uma fonte

puntiforme quando a mesma se encontra a uma distância pelo menos cinco vezes

maior que a maior dimensão linear do seu elemento emissor.

No caso de fontes de luz não puntiformes, ou seja, fontes de luz difusa como, por

exemplo, grandes refletores, tubos fluorescentes, o iluminamento é calculado em

relação ao inverso da distância:

L = Fi

d



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Exemplos de valores médios reais de iluminamento:

Luz solar em dia claro (exterior) ........................................100000 lux

Sala com janelas amplas, abertas à luz do dia ....................1000 lux

Sala bem iluminada por lâmpadas .................................. 300-500 lux

Iluminação para boas condições de visibilidade.....................100 lux

Luar de lua cheia, céu limpo.....................................................0,5 lux

Exposição

A quantidade total de energia luminosa recebida por uma superfície é determinada

pelo iluminamento e pelo tempo durante o qual essa superfície é iluminada. Esse

valor total de energia luminosa recebe o nome de exposição e é expresso

matematicamente pela seguinte equação:

E = L x T

onde: E = é a exposição em lux.seg

L = é o iluminamento em lux

T = é o tempo em segundos

Essa grandeza é particularmente útil em fotorreprodução porque o efeito fotográfico

sobre os materiais fotossensívies por exemplo, o enegrecimento de um filme

fotográfico) ocorre em função do total de energia luminosa, ou seja, exposiçã, que

esse material recebe.

Segundo a equação da exposição há, teoricamente, uma reciprocidade entre iluminamento

e tempo, de maneira que um mesmo valor de exposição pode ser obtido com

diferentes valores de l e T. Contudo em trabalhos práticos se constata uma falha

nesse princípio, ou seja, quando se diminui o iluminamento compensando-se com um

aumento proporcional do tempo, embora matematicamente o valor de exposição

permaneça constante, o enegrecimento diminui. Por causa disso a equação deve ser

corrigida e fica:

E = l x Tp

Onde p tem valor variável conforme a emulsão, cor da luz, condições de revelação.

Normalmente usando luz branca pode se considerar p aproximadamente igual a 1,3.



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Eficiência luminosa e actinismo

Entende-se por rendimento ou eficiência luminosa de uma lâmpada a relação entre seu

fluxo luminoso (medido em lumens) e a potência elétrica consumida por ela (medida

em watts). Como o próprio nome indica, este conceito permite avaliar comparativa-

mente as lâmpadas de maneira a determinar, entre diferentes possibilidades, aquela

mais rentável. Contudo a adequação de uma fonte de luz é determinada, também pela

sensibilidade dos materiais fotossensíveis empregados. Estes não respondem da

mesma maneira a diferentes comprimentos de onda. Assim, por exemplo, para a

exposição de chapas pré-sensibilizadas não poderá ser utilizada uma lâmpada que

seja pobre em radiações violetas e ultra-violetas, já que este tipo de material

praticamente não é sensível a outras radiações.

Para determinar a potência elétrica consumida pela lâmpada basta multiplicar a

tensão da corrente de alimentação (em volts) pela intensidade da corrente (em

amperes).

Dá-se o nome de actinismo de uma fonte de luz à capacidade dessa fonte impressionar

um determinado material fotossensível. O actinismo depende, portanto, da variação de

sensibilidade do material fotossensível aos vários comprimentos de onda e da

composição espectral da lâmpada que se está avaliando.



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Lâmpadas incandescentes

Figura 11

A luz produzida neste tipo de lâmpada é resultado da passagem de corrente elétrica

através de um condutor, o filamento da lâmpada. Com a passagem de corrente este

se aquece tornando-se incandescente e emitindo luz. O filamento é protegido por um

bulbo de vidro no interior do qual deve haver uma atmosfera de gás inerte, ou seja,

um gás que não tenha a capacidade de reagir quimicamente com a substância que

compõe o filamento.

Se houvesse oxigênio dentro da lâmpada, este reagiria com o filamento aquecido,

oxidando-o. Normalmente utiliza-se uma mistura de dois gases, o argônio e o

nitrogênio, para compor o meio interno das lâmpadas incandescentes. (figura 11)

O material utilizado para a fabricação do filamento deve ter um alto ponto de fusão, já

que quanto maior a temperatura obtida, maior será a quantidade de energia luminosa

produzida. Além disso, esse material deve apresentar baixa evaporação, ou seja,



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desprendimento de partículas sob a ação do calor. Para que possam ser feitos

filamentos com a espessura desejada é necessário que o metal utilizado tenha boa

ductibilidade.

A substância que melhor atende a essas características é o tungstênio, cujo ponto de

fusão é 3655K. Praticamente todas as lâmpadas incandescentes utilizam filamento de

tungstênio.

O bulbo serve para proteger o filamento da lâmpada e mantê-lo envolvido em gás

inerte, separando-o do oxigênio do ar. O material empregado na sua fabricação, é um

vidro capaz de resistir a altas temperaturas. No caso de lâmpadas para Processamento

da Imagem os bulbos devem ser perfeitamente transparentes, permitindo o máximo

de aproveitamento das radiações emitidas pelo filamento.

Como já foi dito, o filamento incandescente não pode ter contato com o oxigênio, pois

do contrário se oxidaria rapidamente, sendo destruído. As primeiras lâmpadas

incandescentes (1879, Thomas

A. Edson) foram construídas utilizando o vácuo como meio interno. Essa solução tem

a vantagem de servir também como isolante térmico, mas por outro lado facilita o

desprendimento de partículas do filamento (evaporação) encurtando bastante a vida útil

da lâmpada. Para resolver esse problema passou-se a preencher o interior das

lâmpadas com um gás inerte. A pressão interna exercida pelo gás dificulta o despren-

dimento de partículas do filamento, diminuindo muito a sua evaporação. Para

compensar as perdas de calor através do gás foi então necessário concentrar o

filamento no interior da lâmpada dando-lhe a forma de uma espiral.

Características das lâmpadas incandescentes

Quanto maior a temperatura do filamento, maior é o fluxo luminoso, mas por outro

lado o tempo de vida útil da lâmpada diminui. O aumento de temperatura do filamento

é obtido aumentando-se a voltagem de alimentação.

O espectro de emissão e, portanto, a temperatura de cor também variam de acordo

com a temperatura do filamento. Como a luz é produzida por incandescência, da

mesma forma que no corpo negro, a temperatura de cor da lâmpada quase coincide

com a temperatura de aquecimento do filamento. Assim, um filamento que trabalha

3640K tem uma temperatura de cor de 3600K. Como a temperatura de fusão do



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tungstênio é de 3655K concluiu-se que não é possível obter, com lâmpadas

iincandescente, temperatura de cor superiores a cerca de 3600K.

Com o passar do tempo há uma diminuição progressiva do fluxo luminoso devido à

evaporação do filamento (sua resistência elétrica aumenta, dificultando a passagem

de corrente) e também ao enegrecimento interno do bulbo causado pelas partículas

que se desprendem do filamento pela evaporação.

A seguir, damos alguns exemplos de valores de temperatura de cor, fluxo luminoso e

eficácia de lâmpadas incandescentes normais, alimentadas com uma tensão de 120

volts (2):

Potência Fluxo Rendimento T.C.

W Im Im/W K

40 465 11,6 2760

100 1460 14,6 2865

500 9400 18,8 2960

1000 20200 20,2 2990

Lâmpadas quartzo-halógenas

O nome destas lâmpadas decorre dos fatos de que seu bulbo é fabricado com

quartzo, com que se obtém uma maior resistência às temperaturas elevadas e de que

ao seu meio interno o fabricante adiciona pequenas quantidades de iodo, elemento

químico da família dos halogêneos. No mais estas lâmpadas tem o mesmo funciona-

mento das lâmpadas incandescentes normais.

A função do iodo na atmosfera interna da lâmpada é reduzir a perda de partículas

pela evaporação do filamento, aumentando

a sua vida útil, evitando o escurecimento das paredes internas do bulbo e permitindo

submeter-se o filamento a temperaturas superiores, já que foi diminuído o risco de

evaporação excessiva. Dessa maneira é possível obter com essas lâmpadas

temperaturas de cor e índices de eficiência luminosa mais elevados do que com as

lâmpadas incandescentes normais. A necessidade de se fabricar o bulbo em quartzo

vem justamente das temperaturas mais elevadas do filamento nessas lâmpadas.

Durante o funcionamento das lâmpadas quartzo-halógenas o tungstênio do filamento

evapora-se pelo aquecimento deste, mas acaba por reagir com o iodo do meio



25

interno, formando iodeto de tungstênio. Este fica circulando dentro da lâmpada e

acaba por se depositar novamente sobre o filamento, onde o calor o decompõe,

liberando o iodo e fixando novamente parte do tungstênio. Dessa forma cria-se um

ciclo dentro da lâmpada em que o tungstênio evaporado é constantemente

reconduzido ao filamento.

Essas lâmpadas são também chamadas de lâmpadas de quartzo ou ainda quartzo-

iodo (fig12). A figura 12 mostra o seu gráfico de emissões.

Figura 12



26

Lâmpadas de descargaelétrica

As lâmpadas de descarga elétrica tem seu funcionamento baseado no fluxo de elétrons

que se estabelece entre dois eletrodos separados, diferentemente das lâmpadas

incandescentes em que a luz é produzida pela passagem da corrente elétrica pelo

filamento.

A descarga de elétrons pode ocorrer através do ar ou através de gases ou vapores

especiais. No primeiro caso, temos a lâmpada chamada de "arco-voltaíco ". Neste tipo

de lâmpada a luz é proveniente da faísca formada entre dois eletrodos de carbono.

Como se encontram em presença de oxigênio os eletrodos vão se queimando e

devem ser substituídos após algum tempo de uso. Também por causa dessa oxidação

dos eletrodos ocorre a liberação de gases e cinzas. A lâmpada de arco-voltaíco

produz uma luz forte e possui temperatura de cor elevada (cerca de 5000K) mas apre-

senta grande flutuação no fluxo luminoso produzido. Embora no passado tenha sido a

principal fonte de luz para reprodução gráfica a lâmpada de arco-voltaíco foi superada

por causa dos seus inconvenientes e hoje está em completo desuso.

As lâmpadas de descarga elétrica num gás ou vapor fornecem luz pela excitação dos

átomos do gás provocado pela passagem do fluxo de elétrons entre os eletrodos. Os

elétrons emitidos pelo cátodo chocam-se com os elétrons dos átomos do gás,

deslocando-se para órbitas de nível energético superior. O átomo adquire então uma

configuração instável e tende a voltar ao estado de maior equilíbrio com o retorno do

elétron deslocado para sua órbita normal. Ao dar este "salto" de retorno o elétron

devolve a energia, que havia recebido, sob a forma de um fóton (unidade de energia

luminosa). A frequência da radiação produzida e, portanto, seu comprimento de onda

depende do "salto" que o elétron realiza, ou seja, depende de qual era sua órbita

original e para qual órbita ele é deslocado. O espectro de radiações obtido não será

contínuo porque estará limitado aos comprimentos de onda produzidos pelos "saltos"

possíveis dos elétrons nos átomos do gás. O tipo de gás ou vapor utilizado e,

eventualmente, a presença de aditivos determinam o tipo de espectro luminoso obtido.



27

Figura 13

Essas lâmpadas são constituídas basicamente de dois eletrodos no interior de um

bulbo de vidro que contém o gás. Os eletrodos são feitos normalmente de níquel,

tungstênio ou nióbio e podem ser recobertos com alguma substância com alto poder

de emissão de elétrons como óxido de bário ou de estrôncio. Para dar "partida" à

descarga elétrica de modo a ionizar o gás e estabelecer o fluxo de elétrons é

necessário utilizar uma tensão elétrica inicial maior que aquela empregada durante o

funcionamento normal da lâmpada. Por causa disso, as lâmpadas de descarga

elétrica devem ser ligadas a um circuito que possua dispositivos eletrônicos que

permitam controlar a voltagem aplicada para a partida e para o funcionamento normal.

Esta fase de partida acarreta uma certa demora para que se possa obter o fluxo

luminoso total. Este tempo de espera varia conforme o tipo de lâmpada e chama-se

inércia de acendimento.

Lâmpada de gás xenon

Neste tipo de lâmpada utiliza-se o gás nobre Xenon. Graças a componentes

eletrônicos adequados, o gás é submetido a uma sequência ininterrupta de descargas

elétricas que ocorrem na mesma frequência da corrente elétrica. O espectro luminoso

(fig.13) apresenta emissão bastante equilibrada das radiações verde, vermelha e azul

violeta: por causa disto é uma fonte de luz ótima para reprodução correta das cores.

Sua temperatura de cor atinge 5600K o que é bastante próximo da luz do sol.

As lâmpadas Xenon são fabricadas em tubos retilíneos ou espiralados. Por ser uma

fonte de grande potência lumínica é utilizada frequentemente nas máquinas

fotográficas, principalmente de maior porte (máquinas horizontais). São também as

lâmpadas normalmente usadas em ampliadores.



28

Figura 14

Lâmpadas de vapor de mercúrio

O meio interno é constituído por argônio e por gotículas de mercúrio. Na fase de

ignição da lâmpada ocorre a ionização do gás e o aquecimento do meio interno, o

que provoca a vaporização do mercúrio. O espetro luminoso descontínuo obtido

(fig.14) apresenta forte emissão nas regiões verde, azul e ultravioleta, o que a torna

particularmente indicada para expor materiais como chapas offset, papel heliográfico

e filme luz-do-dia, mas impossibilita seu uso em fotografia.

Para atingir o fluxo luminoso normal, as lâmpadas de vapor de mercúrio necessitam

de um intervalo de tempo de alguns minutos para que ocorra a total evaporação do

mercúrio e para que a pressão interna se eleve até as condições normais de funciona-

mento. Quando apagada, é impossível acendê-la novamente enquanto estiver quente

porque o processo de ionização do mercúrio não se inicia em temperaturas elevadas.

Por isso, recomenda-se a utilização deste tipo de lâmpada somente quando for

economicamente viável mantê-la acesa durante períodos de tempo prolongados, já

que apagá-la e acendê-la constantemente significaria perda de tempo produtivo e de

energia gasta durante a fase de ignição.

Lâmpadas metal-halógena (ultra-violeta)

Trata-se basicamente de uma lâmpada de vapor de mercúrio, porém ao seu meio

interno são acrescentados haletos metálicos, o que permite aumentar muito a

intensidade das radiações azul-violeta e ultra-violeta. Estas lâmpadas são as preferi-

das atualmente para a exposição de chapas offset, filmes luz-do-dia, papéis

heliográficos e outros materias sensíveis ao ultra-violeta. Com o uso desta lâmpada o

tempo de exposição destes materiais fica bastante reduzido, com consequente

economia de tempo produtivo e de energia elétrica.



29

Figura 15

Figura 16a

Convém observar que a utilização das lâmpadas ultra-violeta requer cuidados

especiais de modo a se evitar a exposição da pele às suas radiações, o que poderia

provocar eritemas.

Tubos fluorescentes

São lâmpadas que utilizam vapor de mercúrio a baixa pressão. Nestas condições as

radiações emitidas são exclusivamente ultra-violeta. As paredes internas do bulbo são

revestidas de uma substância fluorescente capaz de absorver o ultra-violeta produzido

pelo mercúrio e transformá-lo em radiações visíveis, obtendo-se assim luz branca. A

composição final do espectro luminoso dependerá do tipo de substância fluorescente

utilizada, podendo ter uma dominante azul, verde ou laranja (figura 16). Estas

lâmpadas não são recomendadas para fotorreprodução devido à sua baixa potência

lumínica. Lâmpadas fluorescentes com emissão quase exclusiva de ultra-violeta

podem, porém, ser utilizadas em prensas de contato para materiais sensíveis a este

tipo de radiação, mas é necessário montar uma bateria de lâmpadas a pequena

distância do material a ser exposto para compensar a sua baixa potência Lumínica.



30

Figura 16b

Figura 16c



31

Laser

Fontes de luz convencionais, como as que foram descritas acima, emitem radiações

de diferentes comprimentos de onda e em diferentes direções.

A luz "laser" por outro lado, caracteriza-se por possuir radiações de um mesmo

comprimento de onda. Além disso, todos os raios de um feixe de "laser" propagam-se

numa única direção, e em fase, a isso chamamos coerência da luz.

Assim, enquanto a luz convencional é policromática e incoerente, o "laser" é

monocromático e coerente.

A palavra LASER é formada pelas iniciais de "LIGHT AMPLIFICATION BY

STIMULATED EMISSION OF RADIATION" amplificação de luz por emissão

estimulada de radiação. LASER significa não só um determinado tipo de luz mas

também os dispositivos (fontes) capazes de produzí-la.

Por ser um feixe de radiações monocromáticas e coerentes, a luz "laser" pode ser mais

facilmente controlada e padronizada, ao

contrário da luz convencional. Além disso, o "laser" apresenta outras vantagens em

relação à luz comum: alta intensidade - resultado da concentração de energia em uma

única frequência - e a possibilidade de formar feixes muito finos, da ordem de

nanômetros, o que permite uma precisão extremamente elevada. Por causa dessas

características o "laser" tem encontrado largas aplicações tecnológicas.

Na Indústria Gráfica, na área de pré-impressão, o laser é empregado como fonte de luz

para impressionar filmes e papéis fotográficos em "scanners" e equipamentos de

Processamento de Texto. A alta precisão do "laser" permite, por exemplo, expor ponto

por ponto de uma imagem sem o uso de retícula pelicular.



32

Segundo o estado físico da substância emissora utilizada, os "lasers" podem ser

classificados em sólidos, líquidos, gasosos. Além destes, existe ainda um quarto tipo -

o "laser" semi-condutor ou diodo-laser. Este difere dos outros três quanto ao princípio

de funcionamento.

Para a produção da luz "laser", a substância emissora recebe energia letromagnética.

Com isso, seus átomos sofrem uma excitação. Ao voltar ao seu estado fundamental,

de maior equilíbrio energético, os átomos da substância devolvem a energia recebida,

sob a forma de fótons.

Basicamente, uma fonte de laser é constituída por um tubo cilíndrico que contém a

substância emissora. As paredes desse cilindro são transparentes. Uma das suas

bases é refletora, enquanto a outra é semi-refletora.



33

A excitação dos átomos emissores pode ser feita por meio de lâmpadas convencionais,

tubos Xenon, por exemplo.

Os fótons produzidos têm dois destinos. Aqueles cuja direção de propagação não é

perfeitamente paralela ao eixo do cilindro escapam pelas paredes transparentes. Os

que têm direção paralela ao eixo serão aproveitados. Por causa disso um feixe de

"laser" é constituído de radiações de uma única direção.

Os fótons assim produzidos são refletidos, pelas bases do cilindro, de volta para a subs-

tância emissora. Provocam assim, novas emissões de fótons. Com isso, consegue-se

amplificação da emissão.

Controlando-se a saída de parte dos fótons produzidos, através da base semi-

refletora, obtém-se o feixe de "laser" aproveitável.

Dependendo do tipo de substância usada como emissora e da forma como ela é

excitada, obtém-se emissão "laser" de diferentes comprimentos de onda, porém

sempre dentro de uma faixa muito estreita (luz monocromática).

Os "laser" de semicondutores são produzidos pela passagem de uma corrente elétrica

através de um componente eletrônico constituído pela junção de diferentes substâncias

semi-condutoras. Estes "laser" são menores e consomem pouca energia. Geralmente

produzem radiações na faixa do vermelho e do infra-vermelho.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)



34

Abaixo apresentamos uma tabela com características de alguns tipos de "laser" de

estado gasoso.

Laser nm (nanômetros) Zona espectral Potência

Argon 351.364 ultra-violeta 4

488.515 azul-verde 2

Cripton 407.413 ultra-violeta 2

531 verde 4

Hélio Cádmio 442 violeta 0

Hélio-Neon 633 vermelho 0

Gás-Carbônico 1060 infra-vermelho 6



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Bibliografia

CALDAS, Maria das Graças Conde. Laser: Perspectivas

Tecnológicas e de Mercado. Secretaria da Ind. Com. Ciência

e Tecnologia. São Paulo, 1986.

Enciclopédia Ciência Ilustrada. Editora Abril Cultural, São Paulo,

1972.

SOUTHWORTH, Miles, Color Separation Techniques. Graphic Arts

Publishing. N. York, 1979.

MOREIRA, Vinícius de Araújo, Iluminação e Fotometria: Teoria

e Aplicação. Edgar Blucher. São Paulo, 1982.

FABRIS, S e Germani. Color: Proyeto y estética em las Artes

Gráficas. Don Bosco. Barcelona, 1973.

BURDEN. J. W. La Fotorreproducción en las Artes Gráficas. Don

Bosco, Barcelona, 1978.

La fotografia de tono continuo. Agfa-Gevaert.

MICHALASKI, Max. Los diferentes sistemas y lámparas de

alumbrado para las Artes Gráficas. Revista Artes Gráficas, USA,

outubro-novembro, 1973.



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01_luz, cor e fontes de luz

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