Luz eléctrica
Definición
Una luz eléctrica es un dispositivo que produce luz visible a partir de la corriente eléctrica. Es la forma más común de iluminación artificial y es esencial para la sociedad moderna, que proporciona iluminación interior para edificios y luz exterior para actividades nocturnas y nocturnas. En el uso técnico, un componente reemplazable que produce luz a partir de la electricidad se llama lámpara . Las lámparas son comúnmente llamadas bombillas ; por ejemplo, la bombilla incandescente. Las lámparas generalmente tienen una base hecha de cerámica, metal, vidrio o plástico, que asegura la lámpara en el enchufe de una lámpara. La conexión eléctrica a la toma se puede hacer con una base de rosca, dos clavijas de metal, dos tapas de metal o una tapa de bayoneta.
Las tres categorías principales de lámparas 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, y lámparas LED, que producen luz por un flujo de electrones a través de un espacio de banda en un semiconductor.
Antes de que la iluminación eléctrica se hiciera común a principios del siglo XX, las personas usaban velas, luces de gas, lámparas de aceite y fuegos. 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 utilizaba para iluminar muchos espacios públicos. El desarrollo de un filamento constantemente brillante adecuado para iluminación interior tomó más tiempo, pero a principios del siglo XX los inventores habían desarrollado opciones con éxito, reemplazando la luz de arco con incandescentes.
La eficiencia energética de la iluminación eléctrica se ha incrementado radicalmente desde la primera demostración de 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 mayoría de la iluminación eléctrica moderna es alimentada por energía eléctrica generada centralmente, pero la iluminación también puede ser alimentada por generadores eléctricos o sistemas de baterías móviles o de reserva. La luz con batería a menudo se reserva para cuando y donde las luces estacionarias fallan, a menudo en forma de linternas, linternas eléctricas y en vehículos.
Tipos
Los tipos de iluminación eléctrica incluyen:
- Bombilla incandescente, un filamento calentado dentro de un sobre de vidrio
- Las lámparas halógenas son lámparas incandescentes que utilizan una envoltura de cuarzo fundido lleno de gas halógeno
- Lámpara LED, una lámpara de estado sólido que utiliza diodos emisores de luz (LED) como fuente de luz
- Lámpara de arco
- Lámpara de arco de xenón
- Lámpara de arco Mercury-xenon
- Lámpara de ultra alto rendimiento, una lámpara de arco de vapor de mercurio de ultra alta presión para usar en proyectores
- Lámpara de halogenuros metálicos
- Lámpara de descarga de gas, una fuente de luz que genera luz mediante el envío de una descarga eléctrica a través de un gas ionizado
- Lámpara fluorescente
- Lámpara fluorescente compacta, una lámpara fluorescente diseñada para reemplazar una lámpara incandescente
- Lámpara de neón
- Lámpara de mercurio y vapor
- Lámpara de vapor de sodio
- Lámpara de azufre
- Lámpara sin electrodos, una lámpara de descarga de gas en la que la energía se transfiere desde el exterior del foco al interior a través de campos electromagnéticos
- Lámpara fluorescente
Los diferentes tipos de luces tienen eficiencias y colores de luz muy diferentes.
| Nombre | Espectro óptico | Eficacia nominal (lm / W) | Lifetime (MTTF) (horas) | Temperatura de color (kelvin) | Color | Índice de reproducción cromática |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Bombilla incandescente | Continuo | 4-17 | 2-20,000 | 2,400-3,400 | Blanco cálido (amarillento) | 100 |
| Lámpara halógena | Continuo | 16-23 | 3,000-6,000 | 3,200 | Blanco cálido (amarillento) | 100 |
| Lámpara fluorescente | Mercury line + Phosphor | 52-100 (blanco) | 8,000-20,000 | 2,700-5,000 | Blanco (varias temperaturas de color), así como colores saturados disponibles | 15-85 |
| Lámpara de halogenuros metálicos | Cuasi continuo | 50-115 | 6,000-20,000 | 3,000-4,500 | Blanco frio | 65-93 |
| Lámpara de azufre | Continuo | 80-110 | 15,000-20,000 | 6,000 | Verde pálido | 79 |
| Sodio de alta presión | Banda ancha | 55-140 | 10,000-40,000 | 1,800-2,200 | Naranja rosado | 0-70 |
| Sodio a baja presión | Línea estrecha | 100-200 | 18,000-20,000 | 1,800 | Amarillo, sin representación de color | 0 |
| Lámpara led | Línea más fósforo | 10-110 (blanco) | 50,000-100,000 | Varios blancos de 2,700 a 6,000 | Varias temperaturas de color, así como colores saturados | 70-85 (blanco) |
| Lámpara sin electrodos | Mercury line + Phosphor | 70-90 (blanco) | 80,000-100,000 | Varios blancos de 2,700 a 6,000 | Varias temperaturas de color, así como colores saturados | 70-85 (blanco) |
La temperatura de color se define como la temperatura de un cuerpo negro que emite un espectro similar; estos espectros son bastante diferentes a los de los cuerpos negros.
La fuente más eficiente de luz eléctrica es la lámpara de sodio de baja presión. Produce, para todos los propósitos prácticos, una luz naranja / amarilla monocromática, que proporciona una percepción monocromática similar de cualquier escena iluminada. Por esta razón, generalmente se reserva para usos de alumbrado público al aire libre. Los astrónomos prefieren las luces de sodio de baja presión para el alumbrado público, ya que la contaminación lumínica que generan puede filtrarse fácilmente, al contrario que la banda ancha o los espectros continuos.
Bombilla incandescente
La moderna bombilla incandescente, con un filamento en espiral de tungsteno, y comercializada en la década de 1920, se desarrolló a partir de la lámpara de filamentos de carbono introducida alrededor de 1880. Además de las bombillas para iluminación normal, hay un rango muy amplio, incluyendo baja tensión, baja tipos de energía que a menudo se usan como componentes en el equipo, pero que en la actualidad son desplazados en gran parte por los LED
Actualmente hay interés en prohibir algunos tipos de lámparas de filamento en algunos países, como Australia, que ha prohibido las bombillas incandescentes estándar ineficientes a través de una eliminación de tres años que comenzó en 2009. Sri Lanka ya ha prohibido la importación de bombillas de filamento debido al alto uso de electricidad y menos luz. Menos del 3% de la energía de entrada se convierte en luz utilizable. Casi toda la energía de entrada termina en forma de calor que, en climas cálidos, debe ser removido del edificio por ventilación o aire acondicionado, a menudo resultando en un mayor consumo de energía. En climas más fríos donde se requiere calefacción e iluminación durante los meses de invierno fríos y oscuros, el subproducto de calor tiene al menos algún valor.
Lámpara halógena
Las lámparas halógenas suelen ser mucho más pequeñas que las incandescentes estándar, porque para una operación exitosa generalmente es necesaria una temperatura de bulbo por encima de 200 ° C. Por esta razón, la mayoría tiene una bombilla de sílice fundida (cuarzo), pero a veces vidrio de aluminosilicato. Esto a menudo se sella dentro de una capa adicional de vidrio. El vidrio exterior es una medida de seguridad que reduce la emisión de rayos UV y porque las bombillas halógenas pueden explotar ocasionalmente durante la operación. Una razón es si la bombilla de cuarzo tiene residuos aceitosos de huellas dactilares. El riesgo de quemaduras o incendios también es mayor con las bombillas desnudas, lo que lleva a su prohibición en algunos lugares a menos que esté cercado por la luminaria.
Aquellos diseñados para operación de 12 o 24 voltios tienen filamentos compactos, útiles para un buen control óptico, también tienen una mayor eficiencia (lúmenes por vatio) y una vida mejor que los tipos no halógenos. La salida de luz permanece casi constante a lo largo de su vida.
Lámpara 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 la energía ultravioleta. Tienen una eficiencia mucho más alta que las lámparas incandescentes. Por la misma cantidad de luz generada, normalmente usan entre un cuarto y un tercio de la potencia de una lámpara 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 un rendimiento 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 menor costo de energía normalmente compensa el costo inicial más alto. Las lámparas fluorescentes compactas ahora están disponibles en los mismos tamaños populares que las 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. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos recomienda que las lámparas fluorescentes se segreguen de los desechos generales para su reciclaje o eliminación segura, y algunas jurisdicciones requieren su reciclaje.
Lámpara led
Los LED de estado sólido han sido populares como luces indicadoras en productos electrónicos de consumo y equipos de audio profesionales desde la década de 1970. En la década de 2000, la eficacia y la producción han aumentado hasta el punto en que los LED se utilizan actualmente en aplicaciones de iluminación como faros de automóviles y luces de freno, en linternas y luces de bicicleta, así como en aplicaciones decorativas como iluminación de vacaciones. Los LED indicadores son conocidos por su vida extremadamente larga, de hasta 100.000 horas, pero los LED de iluminación funcionan de forma mucho menos conservadora y, en consecuencia, tienen vidas más cortas. La tecnología LED es útil para los diseñadores de iluminación debido a su bajo consumo de energía, baja generación de calor, control de encendido / apagado instantáneo y en el caso de LED de un solo color, continuidad de color durante toda la vida 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 aumenten la temperatura interna puede acortar en gran medida la vida útil de la lámpara.
Lámpara de arco de carbono
Las lámparas de arco de carbono consisten en dos electrodos de barra de carbón al aire libre, suministrados por un balasto limitador de corriente. El arco eléctrico es golpeado tocando las varillas y luego separándolas. El arco resultante calienta las puntas de carbono al calor blanco. Estas lámparas tienen una mayor eficiencia que las lámparas de filamento, pero las barras de carbono son de corta duración y requieren un ajuste constante en el uso. Las lámparas producen una salida ultravioleta significativa, requieren ventilación cuando se usan en interiores y, debido a su intensidad, necesitan protección contra la visión directa.
Inventado por Humphry Davy alrededor de 1805, el arco de carbón fue la primera luz eléctrica práctica. Fueron utilizados comercialmente a partir de la década de 1870 para grandes edificios y alumbrado público hasta que fueron reemplazados a principios del siglo XX por la luz incandescente. Las lámparas de arco de carbono funcionan a altas potencias y producen luz blanca de alta intensidad. También son una fuente de luz puntual. Permanecieron en uso en aplicaciones limitadas que requerían estas propiedades, como proyectores de películas, iluminación escénica y reflectores, hasta después de la Segunda Guerra Mundial.
Lámpara de 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 de funcionamiento del núcleo es muy similar al de la lámpara de arco de carbono, pero el término "lámpara de arco" se utiliza normalmente para referirse a lámparas de arco de carbono, con tipos más modernos de lámparas de descarga de gas que normalmente se llaman lámparas de descarga. Con algunas lámparas de descarga, se usa un voltaje muy alto para golpear el arco. Esto requiere un circuito eléctrico llamado encendedor, que es parte del circuito del balasto. Después de que se golpea 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 lastre, el exceso de corriente fluiría, causando la destrucción rápida de la lámpara.
Algunos tipos de lámparas contienen un poco de neón, que permite golpear a voltaje de funcionamiento normal, sin circuitos de ignición externos. Las lámparas de sodio de baja presión funcionan de esta manera. Los balastos más simples son solo un inductor, y se eligen donde el costo es el factor decisivo, como el alumbrado público. Los balastos electrónicos más avanzados pueden diseñarse para mantener una salida de luz constante a lo largo de la vida útil de la lámpara, pueden conducir la lámpara con una onda cuadrada para mantener una salida completamente sin parpadeo y apagarse en caso de ciertas fallas.
La esperanza de vida de la lámpara
La esperanza de vida para muchos tipos de lámparas se define como el número de horas de funcionamiento en el que el 50% de ellas falla, es decir, la vida media de las lámparas. Las tolerancias de producción tan bajas como 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 útil estimada, y algunas durarán mucho más. Para los LED, la vida útil de la lámpara se define como el tiempo de operación en el cual el 50% de las lámparas ha experimentado una disminución del 70% en la salida de luz.
Algunos tipos de lámparas también son sensibles a los ciclos de conmutación. Las salas con conmutación frecuente, como los baños, pueden contar con una vida de la lámpara mucho más corta que la que está impresa en la caja. Las lámparas fluorescentes compactas son particularmente sensibles a los ciclos de conmutación.
Alumbrado público
La cantidad total de luz artificial (especialmente desde la luz de la calle) es suficiente para que las ciudades sean fácilmente visibles por la noche desde el aire y desde el espacio. Esta luz es la fuente de contaminación lumínica que afecta a los astrónomos y a otros.
Las luces hechas por el hombre resaltan las áreas especialmente desarrolladas o pobladas de la superficie de la Tierra, incluidos los litorales de Europa, el este de los Estados Unidos, la India, Japón y Corea del Sur.
Usos distintos de la iluminación
Las lámparas eléctricas se pueden usar como fuentes de calor, por ejemplo en incubadoras, como lámparas de calor en restaurantes de comida rápida y juguetes como el Horno Easy-Bake.
Las lámparas de filamento de tungsteno se han usado durante mucho tiempo como termistores de acción rápida en circuitos electrónicos. Los usos populares han incluido:
- Estabilización de osciladores de onda sinusoidal
- Protección de los tweeters en los recintos de los parlantes (la corriente excesiva que es demasiado alta para el tweeter ilumina la luz en lugar de soplar el tweeter).
- Control automático de volumen en teléfonos
Símbolos del circuito de la lámpara
En los diagramas de circuitos, las lámparas generalmente se muestran como símbolos. Hay dos tipos principales de símbolos, estos son:
La cruz en un círculo, que generalmente representa una lámpara como indicador.
La abolladura semicircular en un círculo, que generalmente representa una lámpara como fuente de luz o iluminación.