Fuentes de luz: tipos y aparatos que emiten luz
Las fuentes de luz son aquellas que emiten radiación electromagnética en las longitudes de onda de entre 380 nm y 750 nm (nanómetros), la banda conocida como espectro visible, porque es detectable por el sentido de la vista.
La principal fuente de luz para la Tierra es el Sol, seguido de la Luna, los planetas y las estrellas. Cuando las luces artificiales no existían, si las noches eran lo suficientemente claras, la Vía Láctea iluminaba tenuemente la noche, proyectando sombras en el suelo.
En algún momento, se estima que fue hace unos 200.000 años, la humanidad descubrió el fuego y con él la posibilidad de alumbrar la noche, obtener calor, alejar a los depredadores y realizar actividades.
Además de los cuerpos celestes existen otras fuentes de luz natural, entre las que se puede mencionar a los rayos o relámpagos, que son de breve duración, la lava incandescente, e incluso animales y plantas que son capaces de emitir luz propia.
La luz está vinculada a las altas temperaturas, las descargas eléctricas y las reacciones químicas donde ocurre la combustión. Todos estos fenómenos se pueden utilizar para obtener una fuente de luz estable, duradera y transportable, regulable a voluntad para iluminar los espacios interiores y facilitar las actividades nocturnas.
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Las fuentes de luz se clasifican de varias formas. Básicamente pueden ser:
-Primarias: emiten la luz que producen.
-Secundarias: reflejan la luz que producen las fuentes primarias.
El Sol es la fuente de luz primaria más familiar de todas. El astro rey, al igual que todas las estrellas, produce grandes cantidades de luz y energía a causa de las reacciones que ocurren en su núcleo.
Otras fuentes primarias son las velas, las antorchas y las lámparas.
En cambio, los cuerpos que no producen luz por sí mismos deben ser iluminados para ser vistos. Ellos reflejan la luz que viene de las fuentes primarias y por lo tanto reciben el nombre de fuentes de luz secundarias.
La Luna y los planetas como Venus, Marte y Júpiter, por ejemplo, son fuentes secundarias, puesto que reflejan la luz de Sol.
Sin embargo, hay que acotar que materiales que no producen luz por sí mismos en circunstancias normales, pueden volverse luminosos bajo ciertas condiciones, por ejemplo si se calientan: un metal calentado al rojo vivo emite luz.
El Sol es la estrella más importante para la Tierra y la más estudiada de todas. Gracias a la luz y al calor del Sol se desarrolla la vida en el planeta, de allí que el astro rey despertase el interés de la humanidad desde el principio de la historia.
El Sol es una enorme bola de gas, en cuyo centro se alcanzan elevadas temperaturas para permitir la fusión o conversión de hidrógeno en helio, un proceso que genera una gran cantidad de energía en forma de radiación.
Para obtener un átomo de helio se requieren cuatro átomos de hidrógeno, pero una pequeña fracción de la masa presente se convierte en energía, según la famosa fórmula de Einstein E = m.c2, donde E representa la energía, m la masa y c la velocidad de la luz en el vacío.
Esta energía viaja como una onda electromagnética en el vacío y contiene varias longitudes de onda, principalmente en el rango de la luz visible. Pero también contiene otras longitudes no perceptibles por el ojo humano, como el infrarrojo y el ultravioleta.
Las lámparas hicieron posible extender el horario de actividad de las personas y contribuyeron a la seguridad en caminos y ciudades. Al comienzo, las primeras lámparas hacían uso de la combustión, como las antorchas y las velas.
Los materiales de combustión utilizados en las distintas épocas dependían de los recursos que la gente tuviese a mano: aceite y cera, por ejemplo. Esta forma de iluminación perduró durante muchísimo tiempo, hasta que en el siglo XIX el diseño de las lámparas mejoró notablemente produciendo luz más intensa. Para entonces, las lámparas de gas eran de uso común en el alumbrado público de las principales ciudades europeas.
El advenimiento de la luz eléctrica trajo consigo el desarrollo de los sistemas de iluminación basados en la electricidad y diversos dispositivos emisores de luz.
El principio fundamental es, como se indicó al comienzo, convertir algún tipo de energía en luz. Por ejemplo, cuando los átomos o las moléculas de ciertas sustancias pasan del estado energético de menor energía a otro superior y después de regreso al estado base, se emiten fotones, que son diminutos paquetes de energía luminosa.
Hay diversas formas de conseguir que los átomos hagan esto. La más conveniente es hacer pasar a través del material, sea sólido o gas, una corriente eléctrica.
A continuación se describen algunos de las lámparas más utilizadas en la actualidad, basadas en la electricidad. Las dos formas en que se emite luz mediante el paso de corriente son la incandescencia y la luminiscencia.
En el proceso de la incandescencia los átomos del material se excitan gracias al aumento de la temperatura causado por la corriente. En cambio, en la luminiscencia la energía es absorbida por el material y vuelta a emitir acompañada de fotones.
Lámparas incandescentes
Consisten en una bombilla o cápsula de vidrio transparente o de colores, y resistente a la temperatura, con un filamento de metal en su interior, usualmente tungsteno, un elemento muy apropiado gracias a su alto punto de fusión. Adicionalmente la bombilla se llena de un gas inerte, como el argón, por ejemplo.
Cuando la corriente eléctrica pasa a través del filamento lo calienta y este emite energía, la mayor parte en forma de calor, pero un pequeño porcentaje se transforma en luz.
Aunque son fáciles de producir y su costo es asequible, tienen bajo rendimiento y por ello desde algún tiempo se los viene sustituyendo por otros tipos de lámparas más rendidoras y duraderas.
Lámparas halógenas
El principio de funcionamiento de las lámparas halógenas es el mismo que el de la bombilla incandescente común, solo que el interior se llena con un gas halógeno, generalmente de bromo. La adición de gas halógeno mejora muchísimo el rendimiento de la lámpara y prolonga la durabilidad del filamento.
Lámparas de descarga
Consisten en un gas encerrado en un tubo, cuyas partículas se excitan (cambian a un estado de mayor energía) al pasar corriente. Cuando los electrones del gas regresan a su estado original, emiten luz, cuyo color depende del gas utilizado en la lámpara.
Originalmente la corriente provenía de la descarga de un condensador, por eso el nombre dado a este tipo de lámpara.
Lámparas fluorescentes
Consisten en un tubo, que además de un gas de mercurio en su interior, contiene una capa de material que también emite luz por fluorescencia, cuando sus átomos se excitan por la corriente.
La radiación que emiten los átomos de mercurio al regresar al estado original es casi toda ultravioleta, sin embargo el recubrimiento de material fluorescente hace que aumente la emisión en el rango de luz visible, pero su eficiencia es mayor que la de las lámparas incandescentes.
Lámparas led
Se construyen mediante diodos emisores de luz, cuyos electrones se excitan temporalmente por el paso de la corriente. Al regresar a su estado fundamental emiten luz intensa y de muy buen rendimiento, motivo por el cual están sustituyendo a los tipos de lámpara tradicionales.
Es una fuente de luz monocromática, es decir, de una longitud de onda única, a diferencia de las fuentes anteriormente descritas, que contienen variedad de longitudes de onda.
La palabra “láser” es un acrónimo, formada por las iniciales del nombre en inglés: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. La traducción es “amplificación de luz mediante emisión por radiación estimulada”.
La luz del láser es de elevada potencia y se puede manejar para producir una diversidad de efectos en la materia, no solamente de iluminación. Se emplean en los dispositivos de CD, para la transmisión de información y en el ámbito de la salud.
- Una linterna.
- Un mechero.
- Una bombilla.
- Una fogata.
- Una cerilla.
- Una vela.
- Fundación Española para la Ciencia y la tecnología. Unidad Didáctica: Ciencia con luz propia. Recuperado de: fecyt.es.
- Giambattista, A. 2010. Physics. 2nd. Ed. McGraw Hill.
- Hewitt, Paul. 2012. Conceptual Physical Science. 5th. Ed. Pearson.
- O’Donnell, B. Fuentes Luminosas. Recuperado de: edutecne.utn.edu.ar.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen 2. 7ma. Ed. Cengage Learning.