Una luz eléctrica , lámpara o bombilla es un componente eléctrico que produce luz . Es la forma más común de iluminación artificial . Las lámparas suelen tener una base hecha de cerámica , metal, vidrio o plástico, que fija la lámpara en el casquillo de un artefacto de iluminación , que a menudo también se denomina "lámpara". La conexión eléctrica a la toma se puede realizar con una base roscada, dos pasadores metálicos, dos tapones metálicos o una montura de bayoneta .
Las tres categorías principales de luces eléctricas son las lámparas incandescentes, que producen luz mediante un filamento calentado al rojo vivo mediante corriente eléctrica , las lámparas de descarga de gas , que producen luz mediante un arco eléctrico a través de un gas, como las lámparas fluorescentes , y las LED. Lámparas , que producen luz mediante un flujo de electrones a través de una banda prohibida en un semiconductor .
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 gran variedad 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 baterías. La luz que funciona con baterías suele reservarse para cuando y donde fallan las luces fijas, a menudo en forma de linternas o faroles eléctricos , así como en los vehículos.
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 fuegos . [1] En 1799-1800, Alessandro Volta creó la pila voltaica , la primera batería eléctrica. La corriente de estas baterías podría calentar el alambre de cobre hasta llevarlo a la incandescencia. Vasily Vladimirovich Petrov desarrolló el primer arco eléctrico persistente en 1802, y el químico inglés Humphry Davy hizo una demostración práctica de un arco eléctrico en 1806. [2]
En 1840, Warren de la Rue encerró una bobina de platino en un tubo de vacío y pasó una corriente eléctrica a través de él, creando así una de las primeras bombillas eléctricas del mundo . [3] [4] [5] El diseño se basó en el concepto de que el alto punto de fusión del platino le permitiría operar a altas temperaturas y que la cámara evacuada contendría menos moléculas de gas para reaccionar con el platino, mejorando su longevidad. . Aunque era un diseño eficiente, el coste del platino lo hacía poco práctico para uso comercial. [6]
William Greener , un inventor inglés, hizo importantes contribuciones a la iluminación eléctrica temprana con su lámpara en 1846 (especificación de patente 11076), sentando las bases para futuras innovaciones como la de Thomas Edison.
Los finales de los años 1870 y 1880 estuvieron marcados por una intensa competencia e innovación, con inventores como Joseph Swan en el Reino Unido y Thomas Edison en los EE. UU. que desarrollaron de forma independiente lámparas incandescentes funcionales. Las bombillas de Swan, basadas en diseños de William Staite, tuvieron éxito, pero los filamentos eran demasiado gruesos. Edison trabajó para crear bombillas con filamentos más delgados, lo que condujo a un mejor diseño. [7] La rivalidad entre Swan y Edison finalmente condujo a una fusión, formando Edison and Swan Electric Light Company . A principios del siglo XX, éstas habían reemplazado por completo a las lámparas de arco . [8] [1]
Si bien la capacidad de los cables para iluminar cuando se les suministra corriente se descubrió por primera vez durante la Ilustración , fue necesario más de un siglo de mejoras continuas e incrementales, incluidos numerosos diseños, patentes y las consiguientes disputas de propiedad intelectual, hasta que las bombillas incandescentes estuvieron disponibles comercialmente en la década de 1920. [9] [10] La primera casa iluminada por una luz eléctrica fue Underhill , la casa de Joseph Swan , alrededor de 1880. [11]
El cambio de siglo vio nuevas mejoras en la longevidad y eficiencia de las bombillas, en particular con la introducción del filamento de tungsteno por parte de William D. Coolidge , quien solicitó una patente en 1912. [12] Esta innovación se convirtió en un estándar para las bombillas incandescentes durante muchos años. .
En 1910, Georges Claude introdujo la primera luz de neón, allanando el camino para los carteles de neón que se convertirían en omnipresentes en la publicidad. [13] [14] [15]
En 1934, Arthur Compton , un renombrado físico y consultor de GE, informó al departamento de lámparas de GE sobre experimentos exitosos con iluminación fluorescente en General Electric Co., Ltd. en Gran Bretaña (sin relación con General Electric en los Estados Unidos). Estimulado por este informe, y con todos los elementos clave disponibles, un equipo dirigido por George E. Inman construyó un prototipo de lámpara fluorescente en 1934 en el laboratorio de ingeniería de General Electric en Nela Park (Ohio). Este no fue un ejercicio trivial; Como señaló Arthur A. Bright, "fue necesario realizar una gran cantidad de experimentación sobre los tamaños y formas de las lámparas, la construcción de los cátodos, las presiones de los gases de argón y de vapor de mercurio, los colores de los polvos fluorescentes, los métodos para fijarlos al interior de la lámpara". tubo, y otros detalles de la lámpara y sus auxiliares antes de que el nuevo dispositivo estuviera listo para el público." [dieciséis]
El primer LED práctico llegó en 1962. [17]
En los Estados Unidos , las bombillas incandescentes, incluidas las halógenas, dejaron de venderse a partir del 1 de agosto de 2023 [ necesita actualización ] porque no cumplen con las métricas de rendimiento mínimas de lúmenes por vatio establecidas por el Departamento de Energía de EE. UU . [18] [ necesita actualización ] Las bombillas fluorescentes compactas también están prohibidas a pesar de su rendimiento de lúmenes por vatio, debido a su mercurio tóxico que puede liberarse en el hogar si se rompen y a problemas generalizados con la eliminación adecuada de las bombillas que contienen mercurio.
En su forma moderna, la bombilla incandescente consiste en 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 muy ineficientes, ya que sólo entre el 2% y el 5% de la energía consumida se emite como luz visible y utilizable . El 95% restante se pierde en forma de calor . [19] En climas más cálidos, el calor emitido debe eliminarse, lo que ejerce presión adicional sobre los sistemas de ventilación o aire acondicionado . [20] En climas más fríos, el subproducto del calor tiene cierto valor y se ha aprovechado con éxito para calentar dispositivos como lámparas de calor . No obstante, en muchos países las bombillas incandescentes se están eliminando progresivamente en favor de tecnologías como las CFL y las bombillas LED debido a su baja eficiencia energética. La Comisión Europea estimó en 2012 que una prohibición total de las bombillas incandescentes aportaría 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 . [21]
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 la bombilla superior a 200 °C. Por esta razón, la mayoría tiene un bulbo de sílice fundida (cuarzo) o vidrio de aluminosilicato. Esto suele estar sellado dentro de una capa adicional de vidrio. El vidrio exterior es una medida de seguridad para reducir la emisión de rayos ultravioleta y contener fragmentos de vidrio calientes en caso de que la envoltura interior explote durante el funcionamiento. [22] 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. [23] 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 estén encerradas por la luminaria.
Los diseñados para funcionar con 12 o 24 voltios tienen filamentos compactos, útiles para un buen control óptico. Además, tienen mayor eficacia (lúmenes por vatio) y vidas más largas que los tipos no halógenos. La emisión de luz permanece casi constante durante toda su vida.
Las lámparas fluorescentes constan de 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 de fósforos que emiten luz visible cuando son impactados por fotones ultravioleta . [24] Tienen una eficiencia mucho mayor que las lámparas incandescentes. Para la misma cantidad de luz generada, normalmente utilizan entre un cuarto y 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. Las lámparas fluorescentes son más costosas que las incandescentes porque requieren un balastro para regular la corriente a través de la lámpara, pero el menor costo de energía generalmente compensa el mayor costo inicial. Las lámparas fluorescentes compactas están disponibles en los mismos tamaños populares que las lámparas incandescentes y se utilizan como 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 separe de los desechos generales para su reciclaje o eliminación segura, y algunas jurisdicciones exigen su reciclaje. [25]
El diodo emisor de luz (LED) de estado sólido ha sido popular como luz indicadora en electrónica de consumo y equipos de audio profesionales 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 [26] y luces de freno, [26] en linternas [27] y luces de bicicletas, [28] así como en en aplicaciones decorativas, como iluminación navideña. [29] Los LED indicadores son conocidos por su vida útil extremadamente larga, hasta 100.000 horas, pero los LED de iluminación funcionan de manera 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 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. [29] La vida útil del LED depende en gran medida de la temperatura del diodo. [30] Operar una lámpara LED en condiciones que aumentan la temperatura interna puede acortar en gran medida la vida útil de la lámpara. Algunos láseres se han adaptado como alternativa a los LED para proporcionar una iluminación altamente enfocada. [31] [32]
Las lámparas de arco de carbono constan de dos electrodos de varilla de carbono al aire libre, alimentados por un balastro limitador de corriente . El arco eléctrico se genera tocando las puntas de las varillas y luego separándolas. El arco resultante produce un plasma candente entre las puntas de las varillas. Estas lámparas tienen mayor eficacia que las lámparas de incandescencia, pero las varillas de carbono tienen una vida corta y requieren un ajuste constante durante su uso, ya que el intenso calor del arco las erosiona. [33] 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. [34] [35] Se utilizó comercialmente a partir de la década de 1870 para grandes edificios y alumbrado público hasta que fue reemplazada a principios del siglo XX por la luz incandescente. [34] 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. [33]
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 , haluros metálicos y mercurio . El principio de funcionamiento básico 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, mientras que los tipos más modernos de lámparas de descarga de gas normalmente se denominan lámparas de descarga. Con algunas lámparas de descarga, se utiliza un voltaje muy alto para generar el arco. Esto requiere un circuito eléctrico llamado encendedor, que forma 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 balastro limita la corriente a la corriente de operación. Sin balastro, fluiría un exceso de corriente, provocando una rápida destrucción de la lámpara.
Algunos tipos de lámparas contienen una pequeña cantidad de neón, lo que permite encenderlas con un voltaje de funcionamiento normal sin necesidad de circuitos de encendido externos. Las lámparas de sodio de baja presión funcionan de esta manera. Los balastros más simples son simplemente un inductor y se eligen cuando el costo es el factor decisivo, como en el alumbrado público. Se pueden diseñar balastros electrónicos más avanzados para mantener una salida de luz constante durante la vida útil de la lámpara, pueden accionar la lámpara con una onda cuadrada para mantener una salida completamente libre de parpadeos y se apagan en caso de ciertas fallas.
La fuente de luz eléctrica más eficiente es la lámpara de sodio de baja presión. Produce, a todos los efectos prácticos, una luz monocromática de color amarillo anaranjado, que proporciona una percepción igualmente monocromática 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 de banda ancha o continuos.
Muchas unidades de lámpara, o bombillas, se especifican en códigos de forma y nombres de casquillos estandarizados. Las bombillas incandescentes y sus reemplazos a menudo se especifican como " A19 /A60 E26 /E27", un tamaño común para ese 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. [36]
Los parámetros de comparación comunes incluyen: [37]
Los parámetros menos comunes incluyen el índice de reproducción cromática (CRI).
La esperanza de vida de muchos tipos de lámparas se define como el número de horas de funcionamiento en las que falla el 50% de ellas, es decir, la vida media de las lámparas. 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 vida útil esperada 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 el siglo XX se formó el cártel Phoebus en un intento de reducir la vida útil de las bombillas eléctricas, un ejemplo de obsolescencia programada . [38] [39]
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 particularmente sensibles a los ciclos de conmutación. [40]
La cantidad total de luz artificial (especialmente la procedente del alumbrado público ) es suficiente para que las ciudades sean fácilmente visibles de noche desde el aire y desde el espacio. La iluminación externa creció a un ritmo del 3 al 6 por ciento durante la segunda mitad del siglo XX y es la principal fuente de contaminación lumínica [41] que agobia a los astrónomos [42] y otros, ya que el 80% de la población mundial vive en áreas con luz nocturna. tiempo la contaminación lumínica. [43] Se ha demostrado que la contaminación lumínica tiene un efecto negativo en algunos animales salvajes. [41] [44]
Las lámparas eléctricas se pueden utilizar como fuentes de calor, por ejemplo en incubadoras , como lámparas de infrarrojos en restaurantes de comida rápida y juguetes como el Kenner Easy-Bake Oven . [45]
Las lámparas también se pueden utilizar como terapia de luz para tratar problemas como la deficiencia de vitamina D , [46] afecciones de la piel como el acné [47] [48] y la dermatitis , [49] cánceres de piel , [50] y el trastorno afectivo estacional . [51] [52] [53] Las lámparas que emiten una frecuencia específica de luz azul también se utilizan para tratar la ictericia neonatal [54] y el tratamiento que se realizó inicialmente en hospitales se puede realizar en casa. [55] [56]
Las lámparas eléctricas también se pueden utilizar como luz de crecimiento para ayudar en el crecimiento de las plantas [57], especialmente en hidroponía de interior y plantas acuáticas, con investigaciones recientes sobre los tipos de luz más efectivos para el crecimiento de las plantas. [58]
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:
En la cultura occidental, una bombilla (en particular, la aparición de una bombilla iluminada sobre la cabeza de una persona) significa inspiración repentina.
En Oriente Medio , el símbolo de una bombilla tiene una connotación sexual. [59]
Una representación estilizada de una bombilla aparece como logotipo del partido turco AK . [60] [61]
