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Fonte de energia essencial

A luz: intensidade, frequência e polarização

A iluminação adequada do aquário fornece energia vital

O termo "luz" deriva da palavra em latim "lux". Trata-se de um termo passível de muitas utilizações, mas no que toca à aquariofilia os conceitos que interessam reter referem-se a replicar o mais fielmente possível o fenómeno tal como se manifesta na Natureza e à sua definição enquanto agente físico. De replicar a luz tal como se verifica no habitat de origem dos nossos peixes falaremos mais tarde. Por agora vamos-nos centrar na vertente da luz como o conjunto de ondas electromagnéticas cujo comprimento de onda se situa num determinado intervalo ao qual os seres vivos são sensíveis.

 

É por essa luz que vamos começar, pela luz que permite que tudo o que nos rodeia seja visível aos nossos olhos. Todos nós, seres humanos, precisamos de luz para ver, pois não vemos no escuro. Ora isto equivale a dizer que o papel mais básico da iluminação dos aquários é permitir-nos observar adequadamente tudo o que eles contêm, em particular os seus habitantes. Embora nos dias de hoje seja consensual que a função da luz num aquário se estende a muito mais do que isto, até sensivelmente meados do século XX ela ainda era vista praticamente apenas sob este prisma.

 

Na realidade, a ideia de utilizar a luz como fonte de energia vital para as plantas e animais fotossintéticos que mantemos nos nossos aquários demorou a ser adoptada pelos fabricantes de equipamentos específicos para o hobby. Embora Albert Einstein já tivesse demonstrado que um feixe de luz emite pequenos pacotes de energia chamados fotões — explicando assim o fenómeno da emissão fotoeléctrica, uma ideia já avançada por Max Planck —, o desenvolvimento de equipamentos especificamente concebidos para explorarem também essa função da luz, como fonte de energia na aquariofilia, acabaria por demorar várias décadas.

 

Fonte primária de energia vital

 

Nos dias de hoje o conceito mais importante a ter em conta quando se pretende obter a iluminação mais adequada para o aquário é precisamente conseguirmos fornecer essa energia vital aos seres fotossintéticos. Muito provavelmente, a iluminação que escolhermos será a fonte de luz primária — em grande parte dos casos será até a única fonte de luz —, pelo que essa luz terá de ter características que assegurem as necessidades essenciais para os organismos fotossintéticos presentes no sistema, tais como plantas, corais, anémonas e até bactérias. Além de que actualmente também já se sabe que a iluminação influencia igualmente todas as funções fisiológicas dos peixes, incluindo o seu metabolismo e até o seu comportamento.

 

Em suma, um sistema de iluminação que produza uma luz adequada é vital para a saúde geral de todo o sistema e para o bem-estar de todos os habitantes do aquário. Mas afinal é disto que estamos a falar quando salientamos que a luz deve ser "adequada"? Não é só, há mais coisas. Para começar, há que ter em conta que existem vários factores naturais que afectam significativamente tanto a intensidade como a cor da luz nos ambientes aquáticos, incluindo os externos (condições atmosféricas, humidade, claridade do ar, etc) como os que têm a ver com as condições da própria água (profundidade, limpidez, fluxo da corrente, etc).

 

Como é fácil de concluir, todos estes factores variam muito consoante os habitats, pois combinados entre si fazem com que a intensidade e o espectro da luz sejam muito diferentes de um ambiente aquático para outro. Ou seja, entender como a iluminação do nosso aquário pode duplicar as condições naturais de iluminação subaquática começa por termos de compreender como é que essas condições podem ser medidas. Para conseguirmos determinar isso temos basicamente de perceber primeiro de que forma as três grandezas físicas básicas da luz — que são aliás herdadas das grandezas de toda e qualquer onda electromagnética — têm influência no resultado final. Ora as três grandezas físicas básicas da luz são:

 

# 1 - A intensidade da luz

Também conhecida por "amplitude", é geralmente associada ao "brilho" da luz, à "força" ou "quantidade" produzida por ela e está directamente relacionada com a amplitude da onda luminosa. Quanto maior for a amplitude da onda também maior é a intensidade da luz. Quanto menor for a amplitude da onda luminosa, menor é também a intensidade. A intensidade da luz pode ser medida em lux ou em watts, duas unidades de medição internacionais. As diferenças entre ambas são:

 

• Se a intensidade for medida pelo impacto da luz na superfície atingida, a leitura é expressa em lux [+] .

Lux - Unidade internacional de medição da luz tendo por base a quantidade de luz que incide numa determinada área. Um lux equivale a um lumen por metro quadrado (lux = lumen/m2) e as duas medidas permitem medir a "quantidade" total de luz visível presente, bem como a intensidade da iluminação numa superfície. Como medida, o lux é muito eficiente para ajudar a determinar aquilo que os nossos olhos vêem como o "brilho" de um feixe de luz: se a saída de luz for focada numa área pequena, a luz é vista como sendo muito brilhante; se a saída for espalhada num feixe amplo, sobre uma área maior, teremos a percepção de uma luz mais fraca.

 

Para termos uma ideia, uma vela de cerca de 30 cm produz o equivalente a 10,7 lux. Já a intensidade do sol na superfície da água de um recife pode atingir valores próximos dos 130.000 lux. No entanto, tendo em conta as variações nos padrões climatéricos e a qualidade do ar, essa medida fica em média à volta de 75.000 lux. Quando a luz solar penetra na água, os diferentes comprimentos de onda são absorvidos e a intensidade da luz diminui, não ultrapassando os 70.000 lux na melhor das hipóteses.

 

Por seu turno, nos ambientes aquáticos, além da luz ser reflectida para trás, a claridade da água também determina a velocidade com que ela se degrada. O nível de intensidade num recife onde a água é muito cristalina, por exemplo, tem em média cerca de 20.000 lux a uma profundidade de 5 metros e à volta de 10.000 lux a 10 metros. Como a água doce é menos densa do que a água salgada, estes valores nos habitats de água doce já são diferentes.

 

Mas isto também é em teoria, pois a turbidez da água reduz significativamente a quantidade real de luz que penetra na coluna de água (nos tanques com filtros UV ou onde o carvão activado é usado e trocado regularmente a penetração de luz é maximizada, por exemplo). Isso também significa que é fundamental conhecermos bem as condições onde os organismos vivem no seu habitat original, na Natureza, para termos uma boa ideia da intensidade da luz necessária para os manter no aquário.

 

Os medidores de lux são relativamente baratos e podem ser usados ​​para verificar se a iluminação proporciona as intensidades requeridas, bem como para ajudar a determinar se as lâmpadas do sistema de iluminação precisam ou não de ser substituídas.

 

• Ao invés, se a intensidade for medida na fonte da luz, o valor da leitura já é expresso em watts [+] .

Watt - Unidade internacional de medição da luz tendo por base a intensidade da luz na fonte. Quanto mais elevado for o número de watts, mais intensa será a luz e mais energia irá gastar o sistema de iluminação para produzir essa luz. Uma lâmpada incandescente de 100 watts, por exemplo, emite entre 1.100 a 1.300 lumens, o que equivale a cerca de 3 vezes mais luz do que uma lâmpada de 40 watts, que se fica apenas pelos 450 lumens. Além de que como os aparelhos de iluminação vão ter de consumir mais energia quanto mais watts tiverem as suas lâmpadas, o custo de utilização de uma fonte de luz mais forte será bastante superior, como pode ver na tabela.

 

Equivalências entre saída de luz e watts por tipos de lâmpadas
Saída de luz Incandescentes Fluorescentes (CFL) LED
Lumens Watts Watts Watts
450 40 8-12 4-5
750-900 60 13-18 6-8
1.100-1.300 75-100 18-22 9-13
1.600-1.800 100 23-30 16-20
2.600-2.800 150 30-55 25-28
Nota: CFL e LED são as siglas de Compact Fluorescent Lamp e Light-Emitting Diode,respectivamente

 

É fácil estabelecer a relação entre um watt com um lux e até com um lumen, pois um lux equivale a 1,46 miliwatts (0,00146 watts) de energia de uma frequência específica de 555 nanómetros (nm) a atingirem uma área de superfície de um metro quadrado. No entanto, como as lâmpadas utilizadas nos sistemas de iluminação para aquários emitem luz de muitas freqüências e não apenas de 555 nm, não é possível utilizar nenhuma fórmula exacta para determinar o número de lux que é produzido por uma lâmpada de uma potência específica.

 

Outra razão porque a intensidade da luz também é conhecida por "amplitude" é que ela também se dispersa e espalha em todas as direcções, perdendo intensidade com o aumento da distância, pelo que quanto mais longe estivermos da fonte menos luz veremos. A intensidade da luz diminui pelo quadrado da distância a que uma determinada área estiver da fonte de iluminação.

 

Ora isso significa que se afastarmos uma lâmpada da superfície da água em apenas 5 centímetros de distância a sua intensidade será 4 vezes menor. É muito importante termos isto presente ao colocarmos sistemas de iluminação que teoricamente nos garantem a intensidade correcta para o aquário, pois se os elevarmos muita acima da superfície da água a intensidade cairá drasticamente e poderemos já não ter a quantidade adequada de luz no ambiente.

 

No campo da intensidade da luz, é igualmente importante realçar que alguns tipos de lâmpadas para aquário — designadamente as lâmpadas fluorescentes e as de halogenetos metálicos — começam a perder intensidade muito antes de deixarem de emitir luz. Como regra geral, as lâmpadas deste tipo devem ser substituídas a cada 8 a 12 meses, sendo que nos sistemas de iluminação de aquários de corais o prazo para a sua substituição ainda costuma ser mais curto, a cada 6 meses.

 

Todavia, estes períodos são apenas uma referência, dado que também variam de acordo com o tipo de lâmpada e com os requisitos de iluminação de um determinado aquário. Em caso de dúvida deve-se sempre consultar a documentação de apoio para o tipo de lâmpada que se está a usar. Em contrapartida, e só para se ter uma ideia, certos sistemas de iluminação modernos que usam luzes LED (sigla de Light-Emitting Diode) podem durar até 50.000 horas sem perderem intensidade, ou seja quase seis anos.

 

  Nota: embora a avaliação da intensidade da luz em lux e watts seja feita por ângulos totalmente distintos, sabendo nós que 1 lux corresponde a 1 lumen por metro quadrado, podemos determinar facilmente o rendimento luminoso de um sistema de iluminação dividindo o total de lumens que produz pelo total de watts que consome. O resultado dessa operação (expressa pela fórmula Lm/W) indica-nos quantos lumens são produzidos por cada watt de energia que é consumido e por conseguinte quanto maior for o valor mais vantajoso será o sistema de iluminação sob o ponto de vista económico. Se esse dado não constar na embalagem basta fazer estas contas.

 

# 2 - A frequência da luz

A luz é energia electromagnética sob a forma de ondas, tendo essas ondas frequências. Por isso, quando ouvimos falar das frequências da luz geralmente associamo-las ao comprimento das ondas electromagnéticas e à sua radiação térmica, não é? Mas não se assuste que lhe não vamos falar aqui da «Lei de Planck»... A propósito disto só pedimos que retenha que à medida que o comprimento dessas ondas vai baixando também se vai registando de forma inversamente proporcional um aumento na libertação de energia (vejam-se os fornos micro-ondas, que produzem uma enorme quantidade de energia). Ora entre todas as frequências possíveis da luz há um intervalo que abrange apenas a luz visível e é esse em particular que nos interessa compreender: estamos a falar do chamado "espectro" da luz, também identificado  usualmente como a "cor" da luz, que é medido em graus Kelvin (K) [+] .

Graus Kelvin (K) - Unidade internacional de medição da luz visível, tendo por base a temperatura termodinâmica. O espectro da luz é medido em K, sendo que os valores da escala Kelvin vão de 1.000 K a 10.000 K e descrevem as cores emitidas por uma fonte de luz comparando-as com as cores emitidas por um "corpo negro" teórico à medida que este é progressivamente aquecido. Para percebermos isto melhor, imaginemos um pedaço de aço negro numa fornalha, que quando é aquecido vai mudando de cor. A escala Kelvin não mede a luz que esse pedaço de aço aquecido emite, mas sim a cor da luz que é emitida por ele em cada fase do processo de aquecimento. Aqui o termo "temperatura" não representa a temperatura da fonte da luz, mas sim a cor emitida comparativamente com a cor que um corpo negro irradiaria a essa mesma temperatura.

 

Quando está a 0 graus Kelvin (uma temperatura equivalente a -273° Celsius), o tal corpo negro teórico não emite luz nenhuma. Quando ele começa a aquecer, começa por emitir uma luz vermelha. À medida que continua a aumentar de temperatura, os comprimentos de onda da luz tornam-se mais amarelos, depois passam a verdes, a seguir a azuis e finalmente ficam violetas. Uma chama de uma vela, por exemplo, tem uma classificação de 1.800 K segundo a escala Kelvin. Já a luz solar ao meio-dia tem uma classificação de 5.500 K e isso é tipicamente chamado o "espectro total", porque contém uma mistura de todas as cores de todo o espectro. Uma luz avermelhada tem uma temperatura de cor e uma classificação K mais baixas, ao passo que uma mais azul tem uma temperatura e uma classificação K mais altas.

 

De facto, no intervalo do espectro electromagnético que corresponde à luz visível, cada frequência equivale à sensação de uma cor. Apesar de o espectro da luz ter a ver com o intervalo completo de todas as possíveis frequências visíveis, para a aquariofilia só nos interessam algumas. Mas como o espectro da luz é medido em graus Kelvin e os K são usados em iluminação para medir a temperatura da cor de uma determinada lâmpada, é sempre bom sabermos o que isso significa, sendo que quanto elevada for a classificação Kelvin de um equipamento de iluminação (classificação essa expressa em K), mais branca será a luz.

 

As temperaturas das cores na escala Kelvin

 

Por outro lado, o que se verifica nos ambientes aquáticos na Natureza, é que à medida que a luz penetra na água e passa pelos primeiros 5 metros de profundidade, os comprimentos de onda vermelhos e alaranjados são absorvidos pela água, aumentando a taxa de K da luz e dando à luz uma aparência mais azul. Quando a luz penetra até aos 10 metros, a água absorve o espectro amarelo. E à medida que a luz continua até aos 15 metros, a água filtra os comprimentos de onda verdes, deixando apenas os comprimentos de onda azul e violeta. Isso resulta numa luz com a classificação Kelvin mais alta.

 

Todavia, às vezes vemos o termo "frequência" a ser utilizado para descrever valores segundo o Color Rendering Index (CRI), também chamado "saída espectral". Ora o CRI é uma escala de 0 a 100 por cento que indica uma coisa ligeiramente diferente. O valor de CRI indica-nos quão precisa consegue ser uma fonte de luz artificial a produzir as cores quando comparada com uma fonte de luz de "referência" (que no caso é a luz natural, como é evidente). Ou seja, quanto mais elevado for o valor do CRI do sistema de iluminação, mais precisa será a fonte de luz a fazer aparecer as cores tal como devem ser para os olhos humanos, revelando melhor todas as subtis variações nas tonalidades. Quanto menor for o CRI, mais cores não-naturais aparecerão quando iluminadas por essa fonte de luz.

 

# 3 - A polarização da luz

Em determinadas radiações electromagnéticas, como é o caso da luz, a direcção e a magnitude do efeito vibratório estão relacionadas entre si de uma maneira específica. Mesmo que os nossos olhos não consigam notar isso, a luz "tremula" sempre, pois as ondas que origina são afectadas pelo efeito oscilatório dos campos eléctricos e magnéticos que lhe são transversais. Como o vector vibratório associado a cada onda de luz é sempre perpendicular à sua direcção de propagação, essas oscilações seguem direcções específicas em relação ao sentido de propagação da onda. Chama-se a isso polarização e decorre por via de fenómenos que também afectam a intensidade final da luz, tais como a reflexão, o espalhamento, a absorção, etc.

 

Efeito de um filtro polarizador na redução do reflexo da luz na superfície da água
Efeito de um filtro polarizador na redução do reflexo da luz na superfície da água (Foto: Amithshs, Wikimedia Commons)

 

  Nota: As duas fotografias da figura foram tiradas à mesma hora e no mesmo local, só que enquanto na fotografia do lado direito se utilizou um filtro polarizador na da esquerda não se usou. O resultado é que o reflexo do céu e das nuvens que se observa na fotografia da esquerda já não se vê na da direita.

 

A propósito disto vamos falar-lhe dos filtros, das lentes, das trovoadas, do céu nublado, da direcção da luz consoante o nascer do sol até ao ocaso, etc. E da importância de manter os vidros das tampas bem limpos, como é evidente Brevemente a continuação...