Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
La fuente de luz eléctrica que funciona según el principio del fenómeno incandescente se llama lámpara incandescente . En otras palabras, la lámpara que funciona debido al brillo del filamento provocado por la corriente eléctrica que lo atraviesa, se llama lámpara incandescente .
Indice de contenidos
¿Cómo funcionan las lámparas incandescentes?
Cuando un objeto se calienta, los átomos dentro del objeto se excitan térmicamente. Si el objeto no se derrite, los electrones de la órbita exterior de los átomos saltan a un nivel de energía más alto debido a la energía suministrada. Los electrones en estos niveles de energía más altos no son estables, vuelven a caer a niveles de energía más bajos. Mientras caen de niveles de energía más altos a más bajos, los electrones liberan su energía extra en forma de fotones. Estos fotones luego se emiten desde la superficie del objeto en forma de radiación electromagnética.
Esta radiación tendrá diferentes longitudes de onda. Una parte de las longitudes de onda está en el rango visible de longitudes de onda y una parte significativa de las longitudes de onda están en el rango infrarrojo. La onda electromagnética con longitudes de onda dentro del rango de infrarrojos es energía térmica y la onda electromagnética con longitudes de onda dentro del rango visible es energía luminosa.
Incandescente significa producir luz visible calentando un objeto. Una lámpara incandescente funciona con el mismo principio. La forma más simple de fuente de luz artificial que utiliza electricidad es una lámpara incandescente. Aquí usamos corriente eléctrica para fluir a través de un filamento delgado y fino para producir luz visible. La corriente eleva la temperatura del filamento hasta tal punto que se vuelve luminoso.
Historia de la lámpara incandescente
Normalmente se considera que Thomas Edison fue el inventor de la lámpara incandescente, pero la historia real no fue así. Hubo un gran número de científicos que trabajaron y diseñaron un prototipo para la lámpara incandescente antes de que lo hiciera Edison. Uno de ellos fue el físico británico Joseph Wilson Swan. Del registro, se encuentra que obtuvo la primera patente para la lámpara incandescente. Más tarde, Edison y Swan se fusionaron para producir lámparas incandescentes a escala comercial.
Construcción de lámpara incandescente
El filamento está unido a través de dos cables conductores. Un cable conductor está conectado al contacto de pie y el otro termina en la base metálica de la bombilla. Ambos cables conductores pasan a través del soporte de vidrio montado en la mitad inferior de la bombilla. Dos alambres de soporte también unidos al soporte de vidrio, se utilizan para sostener el filamento en su parte central. El contacto del pie está aislado de la base metálica mediante materiales aislantes. Todo el sistema está encapsulado por una ampolla de vidrio transparente o con revestimiento de phasphare o de color. El bulbo de vidrio se puede llenar con gases inertes o se mantiene al vacío dependiendo de la clasificación de la lámpara incandescente.
El filamento de las lámparas incandescentes se evacúa herméticamente con una bombilla de vidrio de forma y tamaño adecuados. Esta ampolla de vidrio se utiliza para aislar el filamento del aire circundante para evitar la oxidación del filamento y minimizar la corriente convencional que rodea al filamento, por lo tanto, para mantener alta la temperatura del filamento.
El bulbo de vidrio se mantiene al vacío o se llena con gases inertes como el argón con un pequeño porcentaje de nitrógeno a baja presión. Los gases inertes se utilizan para minimizar la evaporación del filamento durante el servicio de las lámparas. Pero debido al flujo de convección de gas inerte dentro del bulbo, habrá mayores posibilidades de perder el calor del filamento durante el funcionamiento.
Una vez más, el vacío es un gran aislamiento del calor, pero acelera la evaporación del filamento durante el funcionamiento. En el caso de las lámparas incandescentes de gas, se utiliza un 85% de argón mezclado con un 15% de nitrógeno. Ocasionalmente, el criptón se puede utilizar para reducir la evaporación del filamento porque el peso molecular del gas de criptón es bastante mayor.
Pero cuesta más. Aproximadamente al 80% de la presión atmosférica, los gases se introducen en el bulbo. El gas se llena en la bombilla con una potencia de más de 40 W. Pero para una bombilla de menos de 40 W; no se utiliza gas.
A continuación se muestran las distintas partes de una lámpara incandescente.
Filamento de lámpara incandescente
En la actualidad, las lámparas incandescentes están disponibles en diferentes potencias como 25, 40, 60, 75, 100 y 200 vatios, etc. Hay diferentes formas de bombillas, pero básicamente todas son de forma redondeada. Se utilizan principalmente tres materiales para producir el filamento de lámparas incandescentes, y estos son el carbono, el tantalio y el tungsteno. El carbono se usaba anteriormente como material de filamento, pero en la actualidad, el tungsteno se usa principalmente para este propósito.
El punto de fusión del filamento de carbono es de aproximadamente 3500 o C, y la temperatura de funcionamiento de este filamento es de aproximadamente 1800 o C, por lo que la posibilidad de evaporación es bastante menor. Debido a ese filamento de carbono, las lámparas incandescentes no se oscurecen debido a la evaporación del filamento. El oscurecimiento de la lámpara de filamento ocurre cuando las moléculas de material de filamento se depositan en la pared interior de la bombilla de vidrio debido a la evaporación del filamento durante las operaciones.
Este oscurecimiento se vuelve prominente después de la larga vida útil de la lámpara. La eficiencia de la lámpara de filamento de carbono no es buena, es de unos 4,5 lúmenes por vatio. Se usó tantalio como filamento, pero su eficiencia es muy pobre, es de aproximadamente 2 lúmenes por vatio. Esto se debe a que el tantalio rara vez se usa como elemento de filamento.
El material de filamento más utilizado hoy en día es el tungsteno debido a su alta eficacia luminosa. Puede dar 18 lúmenes por vatio cuando funciona a 2000 o C. Esta eficacia puede ser de hasta 30 lúmenes por vatio cuando funciona a 2500 o C. El alto punto de fusión es un criterio importante para el material de filamento, ya que tiene que trabajar a muy alta temperatura sin evaporarse.
Aunque el tungsteno tiene un punto de fusión un poco más pobre que el del carbono, el tungsteno es más preferible como material de filamento. Esto se debe a las altas temperaturas de funcionamiento que hacen que el tungsteno sea mucho más eficiente en cuanto a luminosidad. La resistencia mecánica del filamento de tungsteno es bastante alta para soportar vibraciones mecánicas.
Vida útil de las lámparas incandescentes
Cualquiera que sea la tecnología de fabricación, cada tipo de lámparas incandescentes tiene una vida útil aproximada. Esto se debe al fenómeno de evaporación del filamento que puede minimizarse pero no puede evitarse por completo.
Debido a la evaporación del filamento, el bulbo de vidrio se oscurece durante un período. Debido a la evaporación del filamento, el filamento se vuelve más delgado, lo que hace que el filamento sea menos luminoso y, finalmente, el filamento se rompe. Como las lámparas de filamento están conectadas directamente a la línea de suministro de energía, las fluctuaciones de voltaje en la línea afectan el rendimiento de la bombilla.
Se encuentra que la eficacia luminosa de una lámpara incandescente es directamente proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación, pero al mismo tiempo, la duración de la vida de la lámpara es inversamente proporcional a 13 º a 14 º potencia de tensión de alimentación. Las principales ventajas de las lámparas incandescentes son que son lo suficientemente baratas y muy adecuadas para iluminar áreas pequeñas. Pero estas lámparas no son energéticamente eficientes y aproximadamente el 90% de la energía eléctrica de entrada se pierde en forma de calor.
Disponibilidad de las bombillas incandescentes en el mercado
Hay varias formas y tamaños atractivos de las bombillas disponibles en el mercado. Las lámparas PS30 tienen forma de pera, la bombilla T12 es tubular con un diámetro de 1,5 pulgadas, la bombilla R40 tiene una envoltura de bombilla reflectora con un diámetro de 5 pulgadas. Según la disponibilidad de potencia, las bombillas son comunes en el mercado con 25, 40, 60, 75, 100, 150 y 200W, etc. Podemos seguir la tabla a continuación para obtener datos importantes sobre la lámpara incandescente .
