¿Cómo funciona una bombilla?

El concepto básico de una bombilla es simple. Corres electricidad a través de un cable con cierta resistencia. La resistencia calienta el cable hasta que esté muy caliente, alrededor de 3.000 ° C, donde emite radiación de cuerpo negro. Una bombilla incandescente emite una luz agradable porque genera aproximadamente el mismo espectro que el sol, por las mismas razones.

(En realidad, el sol es mucho más cálido, alrededor de 5.000 ° C, pero gran parte de la luz azul está dispersa, y la temperatura más baja de la bombilla imita las partes más amarillas del espectro, con una amplia gama de frecuencias diferentes. Fluorescente las bombillas, que utilizan un mecanismo totalmente diferente, no obtienen esa amplia combinación de frecuencias, por lo que el color nunca coincide, aunque mejoran cada año).

El problema es encontrar un filamento que resista la electricidad lo suficientemente bien (de lo contrario, se produce un cortocircuito), pero no se derrite ni se evapora. Eso requirió un trabajo considerable, porque solo tenían que probar cosas para descubrir qué funcionaría. El primer éxito de Edison utilizó carbono casi puro, que tiene una alta resistencia agradable y es sorprendentemente resistente al calor, siempre que no haya oxígeno. Ahora, tienden a usar tungsteno.

Aún debe mantenerlo alejado del oxígeno, lo que puede hacer con una aspiradora o con un gas no reactivo. El vacío es mejor, pero difícil de producir, e incluso pequeñas cantidades de átomos de oxígeno restantes reaccionarán con el filamento. Además, el vacío ejerce presión sobre el bulbo de vidrio, haciéndolo frágil. Los gases inertes hacen el trabajo con vidrio más delgado, y convenientemente generalmente se rompen en lugar de implosionar cuando se rompen.

Todavía tienes que preocuparte por la evaporación; a 5.500 ° C prácticamente todo se evapora un poco. Eso gradualmente oscurece el interior del bulbo, absorbe el calor y debilita el bulbo. Lo ideal sería subir la temperatura aún más, pero eso lo convierte en un problema de fabricación aún más desafiante.

Las bombillas incandescentes están llenas de gas argón. Debido a la alta temperatura alcanzada por los filamentos de tungsteno, se pueden oxidar fácilmente si se llenan de aire. Por lo tanto, Argón / Nitrógeno se usa para crear un ambiente inerte. Este ambiente inerte evita cualquier oxidación. Alternativamente, si se usara oxígeno, inmediatamente sufriría una reacción de oxidación.

Esta simulación de una bombilla en SimScale muestra el procedimiento natural de transferencia de calor por convección que ocurre dentro de una bombilla. Como se ve, a partir de las imágenes de procesamiento posterior, se pueden ver las distribuciones de temperatura en la superficie de una bombilla.

Las bombillas incandescentes funcionan por radiación térmica. A medida que la electricidad pasa a través del filamento, se calienta. A medida que las cosas se calientan, liberan radiación electromagnética. Si se calienta lo suficiente, parte de esta radiación electromagnética entra en el rango de luz visible. Es por eso que el filmante brilla … está liberando fotones electromagnéticos que están en las ondas visibles.

Las bombillas CFL se llenan de gas. Cuando una carga eléctrica pasa a través del gas, la convierte en plasma. Los electrones en el plasma liberan el exceso de energía como luz ultravioleta a medida que regresan a un nivel de energía más bajo; Esta luz ultravioleta emitida se convierte en luz visible cuando golpea el revestimiento fluorescente de la bombilla.

Las luces LED funcionan con semiconductores. Cuando se aplica un voltaje adecuado, los electrones pueden recombinarse con agujeros de electrones dentro del dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto se llama electroluminiscencia, y el color de la luz (correspondiente a la energía del fotón) está determinado por el intervalo de banda de energía del semiconductor.

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