Antes de la invención de la bombilla, iluminar el mundo después de la puesta de sol era algo arcaico, poco perfeccionado y un poco irregular. Se podía hacer con un puñado de velas o antorchas para poder iluminar una habitación de tamaño medio, o lámparas de aceite, que aunque eran bastante efectivas, tendían a dejar residuos en las cercanías de donde se pusiera.
Cuando la ciencia de la electricidad realmente empezó a funcionar a mediados del siglo 19, inventores de todas partes clamaban por un dispositivo práctico y económico para iluminar los hogares.
El británico Joseph Swan y el americano Thomas Edison lo consiguieron al mismo tiempo (prácticamente en el mismo año, que fue 1879), y en los 25 años siguientes, millones de personas por todo el mundo ya habían instalado luz eléctrica es sus casas. Esta tecnología fácil de usar fue una mejora tan grande sobre los anteriores sistemas, que no se volvió a mirar atrás con respecto a la iluminación general.
Una de las cosas más increíbles sobre este giro en la historia moderna, es que la bombilla por si misma con podría ser más sencilla. La bombilla moderna, que prácticamente no ha cambiado desde el modelo de Edison, esta hecho solo de unas pocas partes de gran utilidad. Veremos en este artículo como esas partes se unen para producir una luz brillante por horas y horas.
Principios básicos de la luz
La luz es una forma de energía que puede ser liberada por un átomo. Está compuesta de diminutas partículas parecidas a pequeños paquetes, que llevan energía pero ninguna masa. Estas partículas, llamadas fotones, son las unidades más básicas de la luz. Los átomos liberan los fotones de luz cuando sus electrones son excitados.
Como se ha explicado en otros artículos de esta Web, los electrones son las partículas cargadas negativamente que se mueven alrededor del núcleo del átomo. Los electrones de un átomo tienen diferentes niveles de energía, dependiendo de varios factores, incluyendo velocidad y distancia del núcleo.
Los electrones en diferentes niveles de energía, ocupan diferentes órbitas. Cuando un átomo gana o pierde energía, el cambio es expresado por el movimiento de los electrones. Cuando algo pasa energía a un átomo, un electrón puede ser enviado temporalmente a una órbita más alta (más lejos del núcleo) . El electrón solo sostiene esta posición durante una fracción de segundo, ya que casi de inmediato vuelve a su posición original. Al volver a donde estaba, libera energía extra en forma de un fotón.
La longitud de onda de la luz emitida (la cual determina el color) depende de la energía que se ha liberado, que a su vez depende de la posición particular del electrón. De forma consecutiva, diferentes clases de átomos liberarán diferentes clases de protones de luz. En otras palabras, el color de la luz es determinado por el tipo de átomo que es excitado.
Estructura y partes de una bombilla
Las bombillas tienen una estructura muy simple. En la base, tienen dos contactos metálicos los cuales conectan a los terminales de un circuito eléctrico. Los contactos metálicos están conectados a dos cables rígidos que a su vez están unidos un fino filamento de metal. Este filamento se localiza en el medio de la bombilla, sostenido por una montura de vidrio. Los cables y el filamento están dentro de una cápsula de cristal que está rellena con gas inerte, como puede ser el argón.
Cuando la bombilla es enchufada a una fuente de energía, una corriente eléctrica fluye de un contacto a otro, a través de los cables y el filamento. Una corriente eléctrica en un conductor sólido es el movimiento de electrones libres – electrones que no están fuertemente atados a un átomo – de un área cargado negativamente a un área cargado positivamente.
Según los electrones pasan por el filamento, están constantemente golpeando los átomos que forman el filamento. La energía de tal impacto hace vibrar un átomo, o dicho de otra manera la corriente calienta los átomos. Un conductor fino se calienta con más facilidad que uno más grueso porque es más resistente al movimiento de los electrones.
Electrones unidos en los átomos que vibran puede llevar a un nivel temporal de energía alto. Cuando caen de nuevo a sus niveles normales, los electrones liberan la energía extra en la forma de fotones.
Los átomos de metal liberan casi en su totalidad, fotones de luz infrarroja, la cual es invisible al ojo humano. Sin embargo, si son calentados a un nivel suficientemente alto – a unos 2000 grados centígrados – podrán emitir una buena luz visible.
El filamento en una bombilla está hecho de un material largo e increíblemente fino. En una típica bombilla de de sesenta vatios, el filamento es de unos 2 metros de largo, pero una centésima parte de pulgada de espesor.
Esto está formado en una doble bobina. Esto quiere decir que el filamento está enrollado para hacer una bobina, y entonces esta bobina se vuelve a enrollar para hacer una bobina más grande. El material utilizado normalmente en todas las bombillas de incandescencia es el Tungsteno, el cual es el ideal para los filamentos.
Como hemos visto anteriormente, un metal debe ser calentado a temperaturas extremas antes de que pueda emitir una cantidad de luz visible que sea útil. Muchos metales se derretirán antes de llegar a esas temperaturas tan altas – la vibración romperá la estructura rígida de las uniones entre los átomos, convirtiendo el material en líquido. Las bombillas están fabricadas con filamentos de Tungsteno porque tiene un increíble aguante a estas temperaturas.
El filamento de la bombilla
Un metal debe ser calentado a temperaturas extremas antes de que pueda emitir una cantidad útil de luz visible. Muchos metales se derretirán antes de conseguir llegar a esas altas temperaturas – la vibración romperá la rígida estructura de lazos entre los átomos haciendo que el material se licue. Las bombillas son fabricadas con filamentos de Tungsteno porque tiene un anormal aguante a las altas temperaturas. Sin embargo, el Tungsteno puede empezar a arder a esas temperaturas si las condiciones son las correctas.
La combustión es causada por una reacción entre dos elementos químicos, que ocurre cuando uno de ellos llega a su temperatura de ignición. Una forma común de combustión es la reacción entre el oxigeno en la atmósfera y otro material calentado, pero otras combinaciones de químicos harán una combustión también.
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[amazon bestseller=»bombillas» items=»4″]El filamento en una bombilla está metida en una cápsula sellada y libre de oxigeno para prevenir la combustión. En las primeras bombillas, todo el aire era absorbido hacia fuera de la bombilla para crear el vacío. Al no haber ningún elemento gaseoso (o prácticamente ninguno), el material no podía tener una combustión.
El problema de esta técnica era la evaporación de los átomos de Tungsteno. A esas temperaturas tan altas, las vibraciones en los átomos del Tungsteno hacían que los átomos de alrededor se desprendieran y escaparan al aire. Cuantos más átomos se evaporaban, el filamento empezaba su desintegración y el cristal empezaba a ponerse oscuro. Esto reduce la vida de la bombilla considerablemente.
En las modernas bombillas, los gases inertes – típicamente Argón – reducen de una forma importante la pérdida de Tungsteno. Cuando un átomo de Tungsteno se evapora, colisionará con el átomo de Argón y rebotará de nuevo al filamento donde se volverá a unir a la estructura sólida. Normalmente, los gases inertes no reaccionan con otros elementos, por lo que no hay peligro de que los elementos combinados entren en combustión.
La bombilla es barata, efectiva y fácil de usar, y no es de extrañar que tuviera un éxito tan rotundo. Es todavía hoy en día el método más popular de iluminar todo de puertas adentro y extender la luz después de que haya caído el sol. Sin embargo, irá paulatinamente dando paso a tecnologías más avanzadas, porque tiene ciertos inconvenientes, a pesar de todo su potencial.
Las bombillas en las lámparas incandescentes dan casi toda su energía en forma de fotones de luz infrarroja – solo un 10 por ciento de la luz producida está en el espectro de visibilidad. Esto gasta mucha electricidad. Otras fuentes de luz, como pueden ser las lámparas fluorescentes y los Leds. No gastan mucha energía generando calor y dan una buena cantidad de luz visible. Por esta razón, con el tiempo, se quieren encontrar modos más prácticos de generar luz sin consumir muchos recursos.
