As árvores perenes ocupam um lugar especial na celebração do solstício de inverno. Para marcar o dia mais curto do ano e o início oficial do inverno, as pessoas na Europa pré-cristã penduravam galhos verdes sobre portas e janelas, como um talismã para afastar o mal e um símbolo da esperança da primavera e da vida eterna. Como o cristianismo se espalhou para a Europa no século 3 e 4 dC, a tradição de decorar com galhos verdes foi incorporada ao Natal.
Trazer uma árvore verde viva para dentro de casa e decorá-la tornou-se uma tradição na Alemanha do século XVI. O reformador protestante Martin Luther é historicamente creditado com a adição de velas e iluminação para árvores de Natal em sua casa depois de ver árvores iluminadas pelas estrelas à noite. Árvores iluminadas por velas tornaram-se uma tradição alemã, uma trazida para os Estados Unidos pelos primeiros colonos alemães, embora não tenham se tornado uma sensação nos EUA até que uma gravura da árvore de Natal da família real britânica no Castelo de Windsor foi publicada no The Illustrated London News. em 1848. O príncipe Albert era alemão e a mãe da rainha Vitória também era alemã; as árvores decoradas eram algo familiar para a família real. Esta gravura, mostrando uma árvore em camadas coberta de ornamentos e velas acesas, popularizou as árvores de Natal. Eles eram os criadores de tendências do dia; como Victoria e Albert fizeram, o resto do mundo seguiu.
Uma gravura da Rainha Vitória, o príncipe Albert e seus filhos, admirando a árvore de Natal real em dezembro de 1848. (Webster Museum) Acender uma árvore com velas era muito perigoso; a árvore precisava estar fresca. Normalmente, a iluminação da árvore de Natal envolvia baldes cheios de água nas proximidades, para que a árvore ou a área circundante pegasse fogo. Dadas todas essas precauções, as velas seriam acesas uma vez na véspera de Natal.
Em 1882, depois que Thomas Edison desenvolveu uma lâmpada elétrica prática, Edward Johnson, seu amigo e sócio da Edison's Illumination Company, criou o primeiro conjunto de “Luzes de Natal”, uma seqüência de 80 luzes vermelhas, brancas e azuis, que ele usou. sua árvore de Natal. Em 1895, a Árvore de Natal da Casa Branca foi iluminada por centenas de lâmpadas incandescentes multicoloridas.
1901 General Electric advertisement Luzes incandescentes iluminaram as árvores de Natal ao longo do século XX. Embora houvesse melhorias, todas elas funcionavam da mesma maneira básica que a lâmpada original de Edison: a corrente de eletricidade era o filamento no bulbo, o filamento aquecia por resistência elétrica, a lâmpada fica muito quente e a luz é produzida quando os metais no filamento tornam-se tão quentes que os elétrons são excitados para níveis orbitais mais altos e quase imediatamente retornam ao seu nível orbital original.
A cor da luz produzida está diretamente relacionada à excitação de elétrons no material usado para fazer a fonte de luz. Os elétrons pulam de um nível orbital, chamado HOMO, ou o orbital molecular mais alto ocupado, até o próximo LUMO, ou o mais baixo orbital molecular desocupado, e quando o elétron relaxa, a radiação eletromagnética, como a luz visível, é emitida. A natureza da radiação eletromagnética está relacionada com a distância entre os dois níveis (HOMO-LUMO).
A cor da luz produzida por essa excitação também depende da distância entre os níveis orbitais. Lâmpadas Edison tradicionais (incandescentes) produzem uma luz branca porque existem muitos níveis de energia diferentes, então todas as cores do espectro são produzidas. É por isso que quando você coloca luz branca de uma lâmpada através de um prisma, ela se divide em cores diferentes.
As lâmpadas incandescentes não são particularmente eficientes em termos energéticos - uma boa porcentagem da energia é perdida como calor. E enquanto as lâmpadas incandescentes são muito mais seguras do que usar velas para acender uma árvore, e elas podem ser usadas mais de uma vez, elas ainda ficam muito quentes. Muitas árvores de Natal secas pegaram fogo pelo calor gerado pelas lâmpadas que inflamam agulhas secas, extremamente inflamáveis e perenes.
As luzes de Natal LED (Light Emitting Diode), por outro lado, oferecem vantagens, quando se trata de eficiência energética e temperatura, bem como novos projetos e técnicas de iluminação. Os LEDs produzem luz da mesma forma que as lâmpadas incandescentes fazem em um nível quântico: os elétrons ficam excitados e emitem luz quando relaxam. A diferença está em como esta excitação ocorre: no caso de um LED, a eletricidade que atravessa o material excita diretamente os elétrons, não o calor. Com este processo, as luzes LED usam 80 a 90% menos energia do que as lâmpadas de Natal incandescentes comparáveis.
Os LEDs foram patenteados pela primeira vez por James Biard e Gary Pittman enquanto trabalhavam na Texas Instruments. Sua patente (Pat. No. 3.293.513), intitulada “Semiconductor Radiant Diode” e concedida em 20 de dezembro de 1966, descreveu o primeiro dispositivo de estado sólido patenteado para produzir luz a partir da eletricidade. O diodo de arseneto de gálio produz luz infravermelha, que não é visível para o olho humano.
JR Biard et al, "Semiconductor Radiant Diode", patenteado em 20 de dezembro de 1966 (Patente dos EUA No. 3.293.513) Enquanto trabalhava na General Electric, Nick Holonyak inventou o primeiro LED para produzir luz visível, neste caso vermelho, modificando o arsenieto de gálio com fósforo, que deslocava a luz emitida pelos cristais do infravermelho para o vermelho. A fundação deste trabalho é coberta por sua patente (Pat. No. 3.249.473), concedida em 3 de maio de 1966.
Ao contrário das lâmpadas incandescentes que produzem um amplo espectro de luz e parecem brancas a menos que sejam revestidas com uma tinta para mudar a cor, as luzes LED produzem cores dependendo dos compostos escolhidos para produzir a luz: uma corda vermelha de LED pode ser feita de compostos que emitem luzes vermelhas, azuis de compostos que emitem luz azul e assim por diante. Luzes LED brancas são diferentes. Existem alguns materiais, tais como materiais de granada ítrio-alumínio (Y 3 AL 5 O 12 ), que quando colocados em LEDs produzem uma luz branca. No entanto, a maioria das luzes LED brancas produz luz, combinando cuidadosamente diferentes compostos emissores de luz dentro da estrutura do bulbo (por exemplo, um composto emissor de luz azul, um composto emissor de luz vermelha e um emissor de luz verde).
Um grande avanço na produção de LEDs vermelhos veio do trabalho de Paul Bailey e seus colegas da Monsanto, que receberam Pat. 4.039.890 em 2 de agosto de 1977. Eles inventaram uma matriz bidimensional de LEDs, na qual as luzes podiam ser controladas individualmente. Embora esta estrutura produza luz vermelha em um padrão de grade, "Outras combinações e materiais podem ser prontamente imaginados pelos especialistas na arte para fornecer diferentes cores ou displays multicoloridos".
"Integrated Semiconductor Display Display Array", de Bailey et al, patenteado em 2 de agosto de 1977 (Patente dos EUA No. 4.039.890) Essa patente seminal forneceu uma base para as telas de LED usadas para tudo, de computadores a televisores e telefones. Telas de LED produzem cores diferentes, misturando luzes vermelhas, verdes e azuis em diferentes combinações; com base no modelo de cores RGB (vermelho-verde-azul), qualquer cor pode ser produzida a partir dessas três cores.
Modern LED array de luzes vermelhas, verdes e azuis (Martin Kraft via WikiCommons) A matriz de pixels presente em um LED moderno fornece uma base para luzes de Natal sintonizáveis e monitores onde as luzes individuais são controladas. Da mesma forma que um pixel em uma tela muda de cor para exibir parte de uma imagem, luzes de Natal com LEDs vermelhos, verdes e azuis na mesma lâmpada podem produzir qualquer cor do arco-íris, assim como a luz branca. As luzes individuais podem ser ligadas e desligadas e a cor alterada.
Agora é possível ter um conjunto de luzes em uma árvore de Natal e alterá-las para qualquer cor desejada. Esse tipo de tecnologia também permite grandes displays externos, onde as luzes podem dançar em um prédio e alterar as cores sincronizadas com a música. Essas luzes e controladores computadorizados, que estão se tornando mais acessíveis a consumidores experientes de tecnologia a cada ano, têm mais em comum com as telas de televisão do que as primeiras luzes vermelhas, brancas e azuis que Edward Johnson enrolou em sua árvore de Natal.
Em 24 de dezembro de 2013, Pat. O No. 8.614, 632 foi concedido a Kenneth Wells e Victor Hatch por um “Método e Aparelho para Controlar uma Fonte de Luz em Conformidade em uma Fonte de Som”. Este sistema controla luzes RGB e converte ondas sonoras em sinais que controlam as luzes. Assim, em vez de programar as luzes para a música, pode-se permitir que o sistema interprete a música e produza um show de luzes.
Wells et al, "Método e Aparelho para Controlar uma Fonte de Luz em Conformidade com uma Fonte de Som", patenteado em 24 de dezembro de 2013 (Patente dos EUA No. 8.614.632) Então, onde as luzes da árvore de Natal vão daqui? Eu tenho algumas previsões.
A cor das luzes LED brancas melhorará e, à medida que mais pessoas usarem luzes LED, o consumo de energia e o custo das luzes operacionais diminuirão. A maneira como as árvores de Natal serão iluminadas continuará a evoluir, e as luzes se tornarão cada vez menos parecidas com as luzes incandescentes originais usadas; eles podem ser pequenos e ao mesmo tempo brilhantes, e não precisam tomar a forma da lâmpada original.
"Dispositivo de Simulação de Chamas", de Wainwright, patenteado em 24 de outubro de 2006 (Pat. US nº 7.125.142) Posso até imaginar uma versão mais segura das velas que iluminavam as árvores de Martin Luther, Victoria e Albert. Afinal de contas, como o inventor Harry Wainwright descreveu em sua patente de 2006 para um "Dispositivo de Simulação de Chama", os LEDs podem ser dispostos para realmente parecerem velas reais.
