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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
Escola SENAI Theobaldo De Nigris
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
Escola SENAI Theobaldo De Nigris
Rua Bresser, 2315 – Mooca Cep 03162-030 – São Paulo - SP
Telefone (0XX11) 6097-6333
Telefax (0XX11) 6097-6305
SENAI on-line 0800-55-1000
E-mail [email protected]
Home page http://www.sp.senai.br
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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Pré Impressão - Luz, Cor e Fontes de Luz
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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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22
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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23
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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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Figura 16b
Figura 16c
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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.
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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.
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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)
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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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