miniatura|Lâmpadas fluorescentes lineares iluminando um túnel para pedestres miniatura|Acima, duas lâmpadas fluorescentes compactas não integradas. Abaixo, duas lâmpadas fluorescentes tubulares. Os dois tipos precisam de um reator na luminária. Um palito de fósforo, à esquerda, dá a escala. miniatura|Lâmpada fluorescente compacta integrada, com rosca Edison E27 e reator eletrônico na base miniatura|Lâmpada fluorescente compacta integrada de formato circular, com rosca E27 e reator eletrônico na base miniatura|Lâmpada G13 bipino F71T12 de 100 W, do tipo usado em câmaras de bronzeamento. O símbolo (Hg) informa que a lâmpada contém mercúrio. Nos Estados Unidos, esse símbolo é exigido em lâmpadas fluorescentes que contêm mercúrio. miniatura|Um soquete do tipo "tombstone" para lâmpadas fluorescentes bipino G13 T12 e T8 miniatura|Interior da extremidade de uma lâmpada G13 com pré-aquecimento. O filamento é envolvido por uma proteção catódica metálica oblonga, que ajuda a reduzir o escurecimento da extremidade da lâmpada.M. A. Laughton, Electrical Engineer's Reference Book, 16.ª ed., Newnes, 2003, , pp. 21–12.
Uma lâmpada fluorescente, também chamada de tubo fluorescente, é uma lâmpada de descarga de vapor de mercúrio a baixa pressão que usa fluorescência para produzir luz visível. Uma corrente elétrica no gás excita o vapor de mercúrio, produzindo radiação ultravioleta, que faz brilhar a camada de material fluorescente depositada no interior da lâmpada. As lâmpadas fluorescentes convertem energia elétrica em luz visível com eficiência muito maior que as lâmpadas incandescentes, embora sejam menos eficientes que a maioria das lâmpadas de LED. A eficiência luminosa típica das fluorescentes fica entre 50 e 100 lúmens por watt, contra cerca de 16 lm/W para lâmpadas incandescentes de iluminação geral com fluxo luminoso comparável.
As luminárias fluorescentes custam mais que as incandescentes, entre outros motivos porque precisam de um reator para regular a corrente elétrica que atravessa a lâmpada, mas o custo inicial pode ser compensado pelo menor consumo durante sua vida útil. Lâmpadas fluorescentes compactas (LFCs), fabricadas em dimensões compatíveis com lâmpadas incandescentes, foram usadas em residências como alternativa de menor consumo.
Nos Estados Unidos, lâmpadas fluorescentes descartadas podem ser enquadradas como universal waste, uma categoria regulamentar para determinados resíduos perigosos. A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos recomenda que lâmpadas com mercúrio sejam separadas do lixo comum e encaminhadas para reciclagem ou descarte adequado, e algumas jurisdições exigem sua reciclagem.
História
Descobertas físicas
Fluorescência
A fluorescência de certas rochas e outras substâncias havia sido observada por séculos antes que sua natureza fosse compreendida. Um dos primeiros a explicá-la foi o cientista irlandês George Gabriel Stokes, da Universidade de Cambridge, em 1852. Stokes deu ao fenômeno o nome de "fluorescência", derivado da fluorita, mineral cujas amostras frequentemente apresentam forte brilho devido a impurezas.
Tubos de descarga
Em meados do século XIX, experimentadores já haviam observado um brilho radiante emitido por recipientes de vidro parcialmente evacuados quando atravessados por uma corrente elétrica. A explicação dependia do conhecimento sobre eletricidade e luz desenvolvido por cientistas britânicos como Michael Faraday, na década de 1840, e James Clerk Maxwell, na década de 1860.John Gribbin, The Scientists: A History of Science Told Through the Lives of Its Greatest Inventors, Random House, 2004, pp. 424–432, .
Pouco mais foi feito com o fenômeno até 1856, quando o soprador de vidro alemão Heinrich Geissler construiu uma bomba de vácuo de mercúrio capaz de evacuar um tubo de vidro em grau até então inalcançado. Geissler inventou a primeira lâmpada de descarga gasosa, o tubo de Geissler, formado por um tubo de vidro parcialmente evacuado com um eletrodo metálico em cada extremidade. Quando uma alta tensão era aplicada entre os eletrodos, o interior do tubo se iluminava por uma descarga luminescente. A introdução de diferentes substâncias permitia produzir muitas cores, e tubos de Geissler ornamentais chegaram a ser vendidos para entretenimento.
O dispositivo também passou a ser usado em pesquisa científica. Julius Plücker realizou experimentos sistemáticos com tubos de Geissler e, em 1858, publicou os efeitos luminescentes que ocorriam neles. Ele percebeu ainda que o brilho mudava de posição quando o tubo se aproximava de um campo eletromagnético. Alexandre-Edmond Becquerel observou em 1859 que determinadas substâncias emitiam luz quando colocadas em um tubo de Geissler e passou a aplicar finas camadas de materiais luminescentes à superfície dos tubos. Ocorriam efeitos fluorescentes, mas os tubos tinham baixa eficiência e vida curta.
As experiências iniciadas com o tubo de Geissler avançaram à medida que se conseguiam vácuos melhores. Um dos dispositivos mais conhecidos foi o tubo evacuado usado por William Crookes, graças à bomba de vácuo de mercúrio de Hermann Sprengel. Trabalhos de Crookes e de outros pesquisadores precederam a descoberta do elétron, feita por J. J. Thomson em 1897, e dos raios X, descobertos por Wilhelm Röntgen em 1895. O tubo de Crookes produzia pouca luz porque seu vácuo era excessivamente alto e, por isso, não continha a pequena quantidade de gás necessária para a luminescência estimulada eletricamente.
Primeiras lâmpadas de descarga
miniatura|Uma das primeiras lâmpadas de vapor de mercúrio, inventada por Peter Cooper Hewitt em 1903. Era semelhante a uma fluorescente sem revestimento interno e produzia luz esverdeada. O dispositivo redondo abaixo da lâmpada é o reator.
Thomas Edison explorou por pouco tempo a possibilidade comercial da iluminação fluorescente. Em 1896, criou uma lâmpada que empregava um revestimento de tungstato de cálcio como material fluorescente, excitado por raios X. Embora tenha recebido uma patente em 1907,US 865367, "Fluorescent Electric Lamp". ela não entrou em produção. Assim como outras tentativas de usar tubos de Geissler para iluminação, tinha vida curta. Diante do êxito da lâmpada incandescente, Edison tinha poucos motivos para desenvolver outra forma de iluminação elétrica. Nikola Tesla realizou experiências semelhantes na década de 1890 e criou lâmpadas fluorescentes alimentadas em alta frequência que emitiam forte luz esverdeada, mas seus dispositivos também não tiveram êxito comercial.
Um ex-funcionário de Edison criou uma lâmpada de descarga que alcançou alguma aceitação comercial. Em 1895, Daniel McFarlan Moore apresentou lâmpadas com 2 a 3 metros de comprimento que usavam dióxido de carbono ou nitrogênio para emitir, respectivamente, luz branca ou rosada. Eram muito mais complicadas que uma lâmpada incandescente, pois precisavam de fonte de alta tensão e de um sistema regulador da pressão do gás.
miniatura|Peter Cooper Hewitt Moore inventou uma válvula controlada eletromagneticamente que mantinha constante a pressão do gás no tubo e prolongava sua vida de funcionamento. Embora fosse complicada, cara e exigisse tensões muito altas, a lâmpada de Moore era bem mais eficiente que as incandescentes e produzia luz mais próxima da luz natural que as lâmpadas incandescentes da época. A partir de 1904, o sistema de Moore foi instalado em lojas e escritórios. Sua aceitação levou a General Electric a investir no aperfeiçoamento da lâmpada incandescente, em especial de seu filamento. Esse trabalho levou ao desenvolvimento de um filamento à base de tungstênio. A vida maior e a eficiência melhor das novas lâmpadas incandescentes reduziram uma das vantagens do sistema de Moore, mas a GE comprou as patentes relacionadas em 1912. Essas patentes e o trabalho técnico que lhes deu origem seriam úteis quando a empresa passou a desenvolver iluminação fluorescente mais de vinte anos depois.
Na mesma época, Peter Cooper Hewitt inventou a lâmpada de vapor de mercúrio, patenteada em 1901 sob o número US 682692. A lâmpada de Hewitt brilhava quando uma corrente elétrica atravessava vapor de mercúrio a baixa pressão. Ao contrário das de Moore, era fabricada em tamanhos padronizados e funcionava com tensões baixas. A lâmpada de vapor de mercúrio tinha eficiência energética superior à das incandescentes da época, mas a luz azul-esverdeada restringia seus usos. Ainda assim, foi empregada em fotografia e em alguns processos industriais.
O desenvolvimento das lâmpadas de vapor de mercúrio prosseguiu lentamente, sobretudo na Europa. No começo da década de 1930, elas tinham uso limitado em iluminação de grande escala. Algumas possuíam revestimentos fluorescentes, empregados principalmente para corrigir a cor, não para aumentar a quantidade de luz. Essas lâmpadas também anteciparam a fluorescente ao incorporar um reator para manter a corrente constante.
Cooper Hewitt não foi o primeiro a empregar vapor de mercúrio em iluminação. Houve experiências anteriores de Way, Rapieff, Arons, Bastian e Salisbury. Na Alemanha, Küch e Retschinsky criaram uma lâmpada de vapor de mercúrio com tubo mais estreito e corrente maior, operando em pressão mais alta. A corrente elevava a temperatura da lâmpada e exigia um bulbo de quartzo. Seu rendimento luminoso em relação ao consumo elétrico era melhor que o de outras fontes, mas a luz, assim como a da lâmpada de Cooper Hewitt, não tinha a parte vermelha do espectro e era inadequada para iluminação comum. A dificuldade de vedar os eletrodos ao quartzo também reduzia sua vida útil.
Lâmpadas de néon
A etapa seguinte da iluminação por gás aproveitou as propriedades luminescentes do néon, gás inerte isolado da atmosfera em 1898. Em tubos de Geissler, o néon emitia um vermelho intenso. Em 1910, Georges Claude, francês que havia desenvolvido tecnologia e atividade comercial para liquefação do ar, obtinha néon em quantidade suficiente, como subproduto, para sustentar uma indústria de iluminação. A iluminação de néon chegou a ser usada para iluminação geral na França por volta de 1930, mas não era mais eficiente que as incandescentes convencionais. Tubos luminosos de néon, argônio ou vapor de mercúrio passaram a ser usados principalmente em letreiros e publicidade.
A tecnologia de Claude teve efeito direto no desenvolvimento das fluorescentes porque seu eletrodo aperfeiçoado, patenteado em 1915, reduzia a pulverização do material do eletrodo, uma das principais causas de sua degradação. Essa pulverização ocorre quando partículas ionizadas atingem o eletrodo e arrancam pequenas porções de metal. O dispositivo de Claude exigia eletrodos de grande área superficial, mas mostrou que esse problema das lâmpadas a gás podia ser controlado.
O desenvolvimento da iluminação de néon também levou ao aperfeiçoamento do último componente básico da lâmpada fluorescente, o revestimento fluorescente. Em 1926, Jacques Risler recebeu uma patente francesa para a aplicação de revestimentos fluorescentes a tubos de néon. Essas lâmpadas, que podem ser vistas como as primeiras fluorescentes comercialmente bem-sucedidas, eram usadas principalmente em publicidade. Becquerel já havia experimentado revestimentos desse tipo, e Edison empregara tungstato de cálcio em sua lâmpada sem êxito. Outras tentativas também sofreram com baixa eficiência e problemas técnicos. Em 1927, Friedrich Meyer, Hans-Joachim Spanner e Edmund Germer, funcionários de uma empresa de Berlim, criaram uma "lâmpada de vapor metálico" de baixa tensão. Uma patente alemã foi concedida, mas a lâmpada não chegou à produção comercial.
Comercialização das lâmpadas fluorescentes