Luz eléctrica

Una luz eléctrica, lámpara, o coloquialmente llamada bombilla, es un dispositivo eléctrico que produce luz. Es la forma más común de iluminación artificial. Las lámparas suelen tener una base de cerámica, metal, vidrio o plástico, que asegura la lámpara en el portalámparas de una lámpara. La conexión eléctrica a la toma se puede realizar con una base roscada, dos clavijas metálicas, dos capuchones metálicos o un capuchón de bayoneta.

Las tres categorías principales de luces eléctricas son lámparas incandescentes, que producen luz mediante un filamento calentado al rojo vivo por corriente eléctrica, lámparas de descarga de gas, que producen luz por medio de un arco eléctrico a través de un gas, como las lámparas fluorescentes, y LED lámparas, que producen luz por un flujo de electrones a través de una banda prohibida en un semiconductor.

Antes de que la iluminación eléctrica se volviera común a principios del siglo XX, la gente usaba velas, luces de gas, lámparas de aceite y fuego. El químico inglés Humphry Davy desarrolló la primera luz incandescente en 1802, seguida de la primera luz de arco eléctrico práctica en 1806. En la década de 1870, la lámpara de arco de Davy se había comercializado con éxito y se usaba para iluminar muchos espacios públicos. Los esfuerzos de Joseph Swan y Thomas Edison llevaron a que las bombillas incandescentes comerciales estuvieran ampliamente disponibles en la década de 1880 y, a principios del siglo XX, habían reemplazado por completo a las lámparas de arco.

La eficiencia energética de la iluminación eléctrica ha aumentado radicalmente desde la primera demostración de las lámparas de arco y la bombilla incandescente del siglo XIX. Las fuentes de luz eléctrica modernas vienen en una profusión de tipos y tamaños adaptados a muchas aplicaciones. La mayor parte de la iluminación eléctrica moderna funciona con energía eléctrica generada centralmente, pero la iluminación también puede funcionar con generadores eléctricos móviles o de reserva o sistemas de batería. La luz alimentada por batería a menudo se reserva para cuándo y dónde fallan las luces estacionarias, a menudo en forma de linternas o faroles eléctricos, así como en vehículos.

Tipos

Incandescente

Si bien la capacidad de los cables para iluminar cuando se les suministra corriente se descubrió por primera vez durante la Ilustración, se necesitó más de un siglo de mejoras continuas e incrementales, incluidos numerosos diseños, patentes y disputas de propiedad intelectual resultantes, hasta que las bombillas incandescentes estuvieron disponibles comercialmente en la década de 1920

En su forma moderna, la bombilla incandescente consta de un filamento enrollado de tungsteno sellado en una cámara de vidrio globular, ya sea al vacío o llena de un gas inerte como el argón. Cuando se conecta una corriente eléctrica, el tungsteno se calienta a 2000 a 3300 K (1730 a 3030 ° C; 3140 a 5480 ° F) y brilla, emitiendo luz que se aproxima a un espectro continuo.

Las bombillas incandescentes son altamente ineficientes, ya que solo el 2-5% de la energía consumida se emite como luz visible y utilizable. El 95% restante se pierde en forma de calor. En climas más cálidos, el calor emitido debe eliminarse, ejerciendo una presión adicional sobre los sistemas de ventilación o aire acondicionado. En climas más fríos, el subproducto del calor tiene algún valor y se ha aprovechado con éxito para calentar en dispositivos como lámparas de calor. No obstante, las bombillas incandescentes se están eliminando gradualmente en favor de tecnologías como las CFL y las bombillas LED en muchos países debido a su baja eficiencia energética. La Comisión Europea estimó en 2012 que una prohibición total de las bombillas incandescentes contribuiría entre 5 000 y 10 000 millones de euros a la economía y ahorraría 15 000 millones de toneladas métricas de emisiones de dióxido de carbono.

Halógeno

Las lámparas halógenas suelen ser mucho más pequeñas que las lámparas incandescentes estándar, ya que para un funcionamiento correcto generalmente se necesita una temperatura de bulbo superior a 200 °C. Por esta razón, la mayoría tiene un bulbo de sílice fundida (cuarzo) o vidrio de aluminosilicato. Esto a menudo se sella dentro de una capa adicional de vidrio. El vidrio exterior es una medida de seguridad, para reducir la emisión ultravioleta y para contener fragmentos de vidrio calientes en caso de que la cubierta interior explote durante el funcionamiento. Los residuos aceitosos de las huellas dactilares pueden hacer que una envoltura de cuarzo caliente se rompa debido a la acumulación excesiva de calor en el sitio de contaminación. El riesgo de quemaduras o incendio también es mayor con las bombillas desnudas, lo que lleva a su prohibición en algunos lugares, a menos que esté encerrado por la luminaria.

Los diseñados para operar con 12 o 24 voltios tienen filamentos compactos, útiles para un buen control óptico. Además, tienen eficacias más altas (lúmenes por vatio) y mejores vidas que los tipos no halógenos. La salida de luz permanece casi constante a lo largo de su vida.

Fluorescente

Las lámparas fluorescentes consisten en un tubo de vidrio que contiene vapor de mercurio o argón a baja presión. La electricidad que fluye a través del tubo hace que los gases emitan energía ultravioleta. El interior de los tubos está recubierto con fósforos que emiten luz visible cuando son golpeados por fotones ultravioleta.Tienen una eficiencia mucho mayor que las lámparas incandescentes. Por la misma cantidad de luz generada, normalmente usan alrededor de un cuarto a un tercio de la potencia de una incandescente. La eficacia luminosa típica de los sistemas de iluminación fluorescente es de 50 a 100 lúmenes por vatio, varias veces la eficacia de las bombillas incandescentes con una salida de luz comparable. Los accesorios de lámparas fluorescentes son más costosos que las lámparas incandescentes, porque requieren un balasto para regular la corriente a través de la lámpara, pero el costo de energía más bajo generalmente compensa el costo inicial más alto. Las lámparas fluorescentes compactas están disponibles en los mismos tamaños populares que las lámparas incandescentes y se utilizan como una alternativa de ahorro de energía en los hogares. Debido a que contienen mercurio, muchas lámparas fluorescentes se clasifican como desechos peligrosos.

DIRIGIÓ

El diodo emisor de luz (LED) de estado sólido ha sido popular como luz indicadora en la electrónica de consumo y equipos de audio profesional desde la década de 1970. En la década de 2000, la eficacia y el rendimiento aumentaron hasta el punto en que los LED ahora se utilizan en aplicaciones de iluminación, como faros de automóviles y luces de freno, linternas y luces de bicicletas, así como en aplicaciones decorativas, como iluminación navideña. Los indicadores LED son conocidos por su vida extremadamente larga, de hasta 100 000 horas, pero los LED de iluminación funcionan de manera mucho menos conservadora y, en consecuencia, tienen una vida útil más corta. La tecnología LED es útil para los diseñadores de iluminación debido a su bajo consumo de energía, baja generación de calor, control instantáneo de encendido/apagado y, en el caso de LED de un solo color, continuidad del color durante toda la vida útil del diodo y costo de fabricación relativamente bajo. La vida útil del LED depende en gran medida de la temperatura del diodo. Operar una lámpara LED en condiciones que aumentan la temperatura interna puede acortar considerablemente la vida útil de la lámpara.

Arco de carbono

Las lámparas de arco de carbón consisten en dos electrodos de varilla de carbón al aire libre, alimentados por un balasto limitador de corriente. El arco eléctrico se inicia tocando las puntas de las varillas y luego separándolas. El arco resultante produce un plasma al rojo vivo entre las puntas de las varillas. Estas lámparas tienen mayor eficacia que las lámparas de filamento, pero las varillas de carbono tienen una vida corta y requieren un ajuste constante durante el uso, ya que el intenso calor del arco las erosiona. Las lámparas producen una salida ultravioleta significativa, requieren ventilación cuando se usan en interiores y, debido a su intensidad, necesitan protección de la vista directa.

Inventado por Humphry Davy alrededor de 1805, el arco de carbón fue la primera luz eléctrica práctica. Se usó comercialmente a partir de la década de 1870 para la iluminación de grandes edificios y calles hasta que fue reemplazada a principios del siglo XX por la luz incandescente. Las lámparas de arco de carbón funcionan a alta potencia y producen luz blanca de alta intensidad. También son una fuente puntual de luz. Permanecieron en uso en aplicaciones limitadas que requerían estas propiedades, como proyectores de películas, iluminación de escenarios y reflectores, hasta después de la Segunda Guerra Mundial.

Descarga

Una lámpara de descarga tiene una envoltura de vidrio o sílice que contiene dos electrodos metálicos separados por un gas. Los gases utilizados incluyen neón, argón, xenón, sodio, halogenuros metálicos y mercurio. El principio operativo central es muy similar al de la lámpara de arco de carbón, pero el término "lámpara de arco" normalmente se refiere a las lámparas de arco de carbón, con tipos más modernos de lámparas de descarga de gas normalmente llamadas lámparas de descarga. Con algunas lámparas de descarga, se utiliza un voltaje muy alto para encender el arco. Esto requiere un circuito eléctrico llamado encendedor, que es parte del circuito de balasto eléctrico. Después de que se inicia el arco, la resistencia interna de la lámpara cae a un nivel bajo y el balasto limita la corriente a la corriente de funcionamiento. Sin un balasto, fluiría un exceso de corriente, lo que provocaría una rápida destrucción de la lámpara.

Algunos tipos de lámparas contienen una pequeña cantidad de neón, lo que permite encenderse con un voltaje de funcionamiento normal sin un circuito de encendido externo. Las lámparas de sodio de baja presión funcionan de esta manera. Los balastos más simples son solo un inductor y se eligen cuando el costo es el factor decisivo, como el alumbrado público. Se pueden diseñar balastos electrónicos más avanzados para mantener una salida de luz constante durante la vida útil de la lámpara, pueden impulsar la lámpara con una onda cuadrada para mantener una salida completamente libre de parpadeos y apagarse en caso de ciertas fallas.

La fuente más eficiente de luz eléctrica es la lámpara de sodio de baja presión. Produce, a todos los efectos prácticos, una luz monocromática de color amarillo anaranjado, que da una percepción monocromática similar de cualquier escena iluminada. Por este motivo, generalmente se reserva para aplicaciones de alumbrado público exterior. Los astrónomos prefieren las luces de sodio de baja presión para el alumbrado público, ya que la contaminación lumínica que generan se puede filtrar fácilmente, a diferencia de los espectros continuos o de banda ancha.

Factor de forma

Muchas unidades de lámparas, o bombillas, se especifican en códigos de formas y nombres de casquillos estandarizados. Las bombillas incandescentes y sus reemplazos actualizados a menudo se especifican como "A19/A60 E26/E27", un tamaño común para este tipo de bombillas. En este ejemplo, los parámetros "A" describen el tamaño y la forma de la bombilla dentro de la bombilla de la serie A, mientras que los parámetros "E" describen el tamaño de la base del tornillo Edison y las características de la rosca.

Esperanza de vida

La esperanza de vida de muchos tipos de lámparas se define como el número de horas de funcionamiento en las que el 50% de ellas fallan, es decir, la vida media de las lámparas. Las tolerancias de producción tan bajas como el 1% pueden crear una variación del 25% en la vida útil de la lámpara, por lo que, en general, algunas lámparas fallarán mucho antes de la expectativa de vida nominal y otras durarán mucho más. Para los LED, la vida útil de la lámpara se define como el tiempo de funcionamiento en el que el 50 % de las lámparas han experimentado una disminución del 70 % en la salida de luz. En la década de 1900 se formó el cártel Phoebus en un intento por reducir la vida útil de las bombillas eléctricas, un ejemplo de obsolescencia programada.

Algunos tipos de lámparas también son sensibles a los ciclos de conmutación. Las habitaciones con cambios frecuentes, como los baños, pueden esperar una vida útil de la lámpara mucho más corta que la impresa en la caja. Las lámparas fluorescentes compactas son especialmente sensibles a los ciclos de conmutación.

Usos

La cantidad total de luz artificial (especialmente de la luz de la calle) es suficiente para que las ciudades sean fácilmente visibles por la noche desde el aire y desde el espacio. La iluminación externa creció a una tasa del 3 al 6 por ciento durante la segunda mitad del siglo XX y es la principal fuente de contaminación lumínica que agobia a los astrónomos y otros, ya que el 80 % de la población mundial vive en áreas con contaminación lumínica nocturna. Se ha demostrado que la contaminación lumínica tiene un efecto negativo en algunos animales salvajes.

Las lámparas eléctricas se pueden utilizar como fuentes de calor, por ejemplo, en incubadoras, como lámparas infrarrojas en restaurantes de comida rápida y juguetes como el horno Kenner Easy-Bake.

Las lámparas también se pueden usar para la terapia de luz para tratar problemas como la deficiencia de vitamina D, afecciones de la piel como acné y dermatitis, cánceres de piel y trastornos afectivos estacionales. Las lámparas que emiten una frecuencia específica de luz azul también se utilizan para tratar la ictericia neonatal y el tratamiento que inicialmente se realizaba en los hospitales se puede realizar en el hogar.

Las lámparas eléctricas también se pueden usar como luz de crecimiento para ayudar en el crecimiento de las plantas, especialmente en cultivos hidropónicos de interior y plantas acuáticas con investigaciones recientes sobre los tipos de luz más efectivos para el crecimiento de las plantas.

Debido a sus características de resistencia no lineal, las lámparas de filamento de tungsteno se han utilizado durante mucho tiempo como termistores de acción rápida en circuitos electrónicos. Los usos populares han incluido:

• Estabilización de osciladores de onda sinusoidal
• Protección de tweeters en recintos de altavoces; el exceso de corriente que es demasiado alto para el tweeter ilumina la luz en lugar de destruir el tweeter.
• Control automático de volumen en teléfonos

Una representación estilizada de una bombilla se presenta como el logotipo del Partido AK turco.

Símbolos de circuito

En los diagramas de circuitos, las lámparas tienen dos tipos principales de símbolos, que indican sus respectivas funciones. Estos son:

• La cruz en un círculo suele representar una lámpara como indicador. (ANSI/IEEE estándar 315A-1986)
• La abolladura semicircular en un círculo, que generalmente representa una lámpara como fuente de luz o iluminación.

Simbolismo cultural

En la cultura occidental, una bombilla, en particular, la aparición de una bombilla iluminada sobre la cabeza de una persona, significa una inspiración repentina.