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L.A.R.R
2010
La Ampolleta
Tecnologia
Jose Rivera & Macarena Silva

L.A.R.R
2010
La Ampolleta
Tecnologia
Jose Rivera & Macarena Silva


La Ampolleta

1-QUÉ ES

Una "ampolleta" o lámpara incandescente es un dispositivo eléctrico formado por un filamento metálico delgado, con forma de espiral, encerrado en una atmósfera inerte (sin oxígeno y con un gas como argón o neón), quecuando sus extremos se conectan a una apropiada fuente de voltaje, emite un determinado tipo de luz (radiación electromagnética).

2-PARA QUÉ SIRVE

Sirve para producir iluminación a partir de la energía eléctrica.

3-CÓMO FUNCIONA

Desde el punto de vista eléctrico, la ampolleta es simplemente un filamento conductor, cuya resistencia eléctrica R hace que una corriente eléctrica I genere calorpor "disipación Joule", manteniendo su temperatura en un valor T, que determina el color de la luz emitida por radiación.

Para un mismo tipo de iluminación, hay distintas ampolletas para diferentes fuentes de voltaje. Por ejemplo, hay linternas de dos elementos (i.e., dos pilas), cuya ampolleta funciona con una caída de voltaje continuo ("DC") de V = 3 V, provisto por 2 pilas en serie. Enmuchos países, a las ampolletas de la iluminación domiciliaria se les aplica el voltaje alterno ("AC") de la red eléctrica. Por ejemplo, en Chile, Argentina y Europa continental, el voltaje eficaz o efectivo (root-mean-square, "RMS") de la red es 220 V a una frecuencia de 50 Hz. En este caso, el flujo luminoso procedente de las ampolletas, también es alterno pero de 100 Hz, debido a que el máximo seproduce cada 10 ms, en cada semiciclo del voltaje.

La resistencia R del filamento de una ampolleta no verifica la Ley de Ohm, ya que la temperatura del delgado filamento de tungsteno es muy sensible al voltaje V aplicado. A mayor voltaje, la temperatura aumenta más incrementando la resistividad eléctrica del material, y haciendo que la corriente I no aumente proporcionalmente al voltaje, sinomenos.

Por ejemplo, una ampolleta para V = 12V cuya potencia nominal es P = 3W, deja circular una corriente I = 3W / 12V = 0.25 A, cuando su resistencia es R = 12V / 0.25A = 48 ohm. Sin embargo, cuando está desconectada y a unos unos 25°C de temperatura ambiente, se puede medir que el filamento tiene una resistencia unas 9 veces menor: R = 5 ohm aproximadamente. Esto se debe a que cuando disipa 3W,el material alcanza una temperatura T = 1700°C, lo que aumenta considerablemente la resistividad del tungsteno, y por lo tanto la resistencia del filamento.

El tipo de emisión de luz (es decir, la combinación de colores con diferentes intensidades), está determinado por la Ley de Radiación de Planck, la que muestra que un material a una dada temperatura de equilibrio, tiene un espectro continuode radiación, es decir, irradia energía electromagnética con un valor de intensidad que es función continua de la longitud de onda. Por lo tanto, cada temperatura tiene asociada una combinación de colores con la que vemos al cuerpo, independientemente del material que lo compone.

La temperatura de la superficie solar es aproximadamente 5200°C, lo que da una distribución de intensidad cuyo máximocorresponde al azul de 475 nm. Lo que vemos se debe a que el ojo humano evolucionó adaptándose al espectro solar.

4-DE QUÉ ESTÁ HECHO el filamento

Para producir la incandescencia adecuada que proporcione una iluminación del tipo de la solar, el filamento debe alcanzar temperaturas muy altas. En particular, ampolletas de 40 y 100 W operan con el filamento a 2400 y 2600 °C respectivamente. Esaes la razón de que en la mayoría de las ampolletas se utilicen filamentos de tungsteno (o wolframio), metal refractario que funde a 3410°C.

En Inglaterra, Sir Humphrey Davy inventó en 1801 la lámpara eléctrica de arco de carbón. Sin embargo, a alta temperatura, el elemento incandescente se oxida y destruye casi instantáneamente. En una ampolleta, el material incandescente no debe estar en...
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