Las lámparas de descarga de gas son una familia de fuentes de luz artificial que generan luz enviando una descarga eléctrica a través de un gas ionizado , un plasma . Normalmente, estas lámparas utilizan un gas noble ( argón , neón , criptón y xenón ) o una mezcla de estos gases. Algunos incluyen sustancias adicionales, como mercurio , sodio y haluros metálicos , que se vaporizan durante el arranque para formar parte de la mezcla de gases. En funcionamiento, algunos de los electrones se ven obligados a abandonar los átomos del gas cerca del ánodo.por el campo eléctrico aplicado entre los dos electrodos, dejando estos átomos ionizados positivamente . Los electrones libres así liberados fluyen hacia el ánodo, mientras que los cationes así formados son acelerados por el campo eléctrico y fluyen hacia el cátodo . Normalmente, después de viajar una distancia muy corta, los iones chocan con átomos de gas neutro, que transfieren sus electrones a los iones. Los átomos que perdieron un electrón durante las colisiones se ionizan y aceleran hacia el cátodo, mientras que los iones que ganaron un electrón durante las colisiones regresan a un estado de menor energía mientras liberan energía en forma de fotones.. De este modo se emite luz de una frecuencia característica. De esta manera, los electrones se transmiten a través del gas desde el cátodo al ánodo. El color de la luz producida depende de los espectros de emisión de los átomos que componen el gas, así como de la presión del gas, la densidad de corriente y otras variables. Las lámparas de descarga de gas pueden producir una amplia gama de colores. Algunas lámparas producen radiación ultravioleta que se convierte en luz visible mediante una capa fluorescente en el interior de la superficie de vidrio de la lámpara. La lámpara fluorescente es quizás la lámpara de descarga de gas más conocida.
En comparación con las lámparas incandescentes , las lámparas de descarga de gas ofrecen una mayor eficiencia , [1] [2] pero son más complicadas de fabricar y la mayoría exhibe una resistencia negativa , lo que hace que la resistencia en el plasma disminuya a medida que aumenta el flujo de corriente. Por lo tanto, generalmente requieren equipos electrónicos auxiliares, como balastos, para controlar el flujo de corriente a través del gas, evitando la fuga de corriente ( arco eléctrico ). Algunas lámparas de descarga de gas también tienen un tiempo de encendido perceptible para lograr su máxima potencia luminosa. Aún así, debido a su mayor eficiencia, se prefirieron las lámparas de descarga de gas a las luces incandescentes.en muchas aplicaciones de iluminación, hasta las recientes mejoras en la tecnología de lámparas LED .
Historia [ editar ]
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La historia de las lámparas de descarga de gas comenzó en 1675 cuando el astrónomo francés Jean-Felix Picard observó que el espacio vacío en su barómetro de mercurio brillaba mientras el mercurio se agitaba mientras llevaba el barómetro. Los investigadores, incluido Francis Hauksbee , intentaron determinar la causa del fenómeno. Hauksbee demostró por primera vez una lámpara de descarga de gas en 1705. Demostró que un globo de vidrio evacuado o parcialmente evacuado, en el que colocaba una pequeña cantidad de mercurio, mientras se cargaba con electricidad estática, podía producir una luz lo suficientemente brillante para leer. El fenómeno del arco eléctrico fue descrito por primera vez por Vasily V. Petrov en 1802; Sir Humphry Davy demostró en el mismo año el arco eléctrico en elReal Institución de Gran Bretaña. Desde entonces, se han investigado las fuentes de luz de descarga porque crean luz a partir de la electricidad de manera considerablemente más eficiente que las bombillas incandescentes .
El padre del tubo de descarga de gas de baja presión fue el soplador de vidrio alemán Heinrich Geissler , quien a partir de 1857 construyó coloridos tubos de cátodo frío artísticos con diferentes gases en ellos que brillaban con muchos colores diferentes, llamados tubos Geissler . Se descubrió que los gases inertes como los gases nobles neón, argón, criptón o xenón, así como el dióxido de carbono, funcionaban bien en los tubos. Esta tecnología fue comercializada por el ingeniero francés Georges Claude en 1910 y se convirtió en iluminación de neón , utilizada en letreros de neón .
La introducción de la lámpara de vapor de metal, incluidos varios metales dentro del tubo de descarga, fue un avance posterior. El calor de la descarga de gas vaporizó parte del metal y la descarga es producida casi exclusivamente por el vapor de metal. Los metales habituales son el sodio y el mercurio debido a su espectro de emisión visible.
Cien años de investigación más tarde condujeron a lámparas sin electrodos que, en cambio, son energizadas por microondas o fuentes de radiofrecuencia. Además, se han creado fuentes de luz de salida mucho más baja, extendiendo las aplicaciones de iluminación de descarga al uso doméstico o en interiores.
La lámpara "Ruhmkorff" [ editar ]
Las lámparas Ruhmkorff fueron una forma temprana de lámpara eléctrica portátil, nombrada en honor a Heinrich Daniel Ruhmkorff y utilizada por primera vez en la década de 1860. La lámpara consistía en un tubo Geissler que estaba excitado por una bobina de inducción Ruhmkorff alimentada por baterías ; un transformador temprano capaz de convertir corrientes de CC de bajo voltaje en altos voltajes. Inicialmente, la lámpara generaba luz blanca usando un tubo Geissler lleno de dióxido de carbono. Sin embargo, el dióxido de carbono tendió a descomponerse. Por lo tanto, en lámparas posteriores, el tubo Geissler se llenó con nitrógeno (que generó luz roja) y el vidrio se reemplazó con vidrio que contenía sales de uranio (que emitían fluorescencia con una luz verde). [3]
Diseñada para su uso en el entorno potencialmente explosivo de la minería, así como en entornos sin oxígeno como el buceo o para una lámpara sin calor para su posible uso en cirugía, la lámpara fue desarrollada tanto por Alphonse Dumas, un ingeniero de las minas de hierro de Saint- Sacerdote y de Lac, cerca de Privas , en el departamento de Ardèche , Francia, y por la Dra. Camille Benoît, doctora en medicina en Privas. [4] En 1864, la Academia de Ciencias de Francia otorgó a Dumas y Benoît un premio de 1.000 francos por su invención. [5] Las lámparas, tecnología de vanguardia en su época, ganaron fama después de ser descritas en varias de las novelas de ciencia ficción de Julio Verne . [6]
Color [ editar ]
Cada gas, dependiendo de su estructura atómica emite determinadas longitudes de onda, su espectro de emisión , que determina el color de la luz de la lámpara. Como una forma de evaluar la capacidad de una fuente de luz para reproducir los colores de varios objetos iluminados por la fuente, la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) introdujo el índice de reproducción cromática (CRI). Algunas lámparas de descarga de gas tienen un CRI relativamente bajo, lo que significa que los colores que iluminan parecen sustancialmente diferentes de cómo lo hacen bajo la luz del sol u otra iluminación de alto CRI.
| Gas | Color | Espectro | Notas | Imagen |
|---|---|---|---|---|
| Helio | Blanco a naranja ; en algunas condiciones puede ser gris , azul o verde azulado . | Utilizado por artistas para iluminación con fines especiales. | ||
| Neón | Naranja roja | Luz intensa. Se utiliza con frecuencia en letreros y lámparas de neón . | ||
| Argón | Violeta a azul lavanda pálido | A menudo se usa junto con vapor de mercurio. | ||
| Criptón | Gris , blanquecino a verde . En corrientes de pico alto, blanco azulado brillante. | Utilizado por artistas para iluminación con fines especiales. | ||
| Xenón | Gris o azul grisáceo , blanco tenue . En corrientes de pico alto, verde azulado muy brillante . | Se utiliza en tubos de destellos , faros de xenón HID y lámparas de arco de xenón . | ||
| Nitrógeno | Similar al argón pero más apagado, más rosado ; a altas corrientes pico azul-blanco brillante | |||
| Oxígeno | Violeta a lavanda , más tenue que el argón | |||
| Hidrógeno | Lavanda a bajas corrientes, rosa a magenta sobre 10 mA | |||
| Vapor de agua | Similar al hidrógeno, atenuador | |||
| Dióxido de carbono | Blanco azulado a rosa , en corrientes más bajas más brillante que el xenón | Utilizado en láseres de dióxido de carbono . | ||
| vapor de mercurio | Azul claro , ultravioleta intenso | Ultravioleta no mostrado | En combinación con fósforos utilizados para generar muchos colores de luz. Ampliamente utilizado en lámparas de vapor de mercurio . | |
| Vapor de sodio (baja presión) | Amarillo anaranjado brillante | Ampliamente utilizado en lámparas de vapor de sodio . |
Tipos [ editar ]
Las lámparas se dividen en familias según la presión del gas y si el cátodo se calienta o no. Las lámparas de cátodo caliente tienen electrodos que funcionan a alta temperatura y se calientan con la corriente del arco en la lámpara. El calor expulsa electrones de los electrodos por emisión termoiónica , lo que ayuda a mantener el arco. En muchos tipos, los electrodos consisten en filamentos eléctricos hechos de alambre fino, que se calientan con una corriente separada al inicio, para iniciar el arco. Las lámparas de cátodo frío tienen electrodos que funcionan a temperatura ambiente. Para iniciar la conducción en la lámpara un voltaje suficientemente alto (el voltaje de golpe) deben aplicarse para ionizar el gas, por lo que estas lámparas requieren un voltaje más alto para arrancar.
Lámparas de descarga de baja presión [ editar ]
Las lámparas de baja presión tienen una presión de trabajo mucho menor que la presión atmosférica. Por ejemplo, las lámparas fluorescentes comunes funcionan a una presión de aproximadamente el 0,3% de la presión atmosférica.
Lámparas fluorescentes , una lámpara de cátodo calentado, la lámpara más común en la iluminación de oficinas y muchas otras aplicaciones, produce hasta 100 lúmenes por vatio
Iluminación de neón , una forma ampliamente utilizada de iluminación especial de cátodo frío que consiste en tubos largos llenos de varios gases a baja presión excitados por altos voltajes, utilizados como publicidad en letreros de neón .
Lámparas de sodio de baja presión , el tipo de lámpara de descarga de gas más eficiente, que produce hasta 200 lúmenes por vatio, pero a expensas de una reproducción cromática muy pobre . La luz amarilla casi monocromática solo es aceptable para el alumbrado público y aplicaciones similares.
Se utiliza una pequeña lámpara de descarga que contiene un interruptor bimetálico para encender una lámpara fluorescente . En este caso, el calor de la descarga se utiliza para accionar el interruptor; el motor de arranque está contenido en un recinto opaco y la pequeña salida de luz no se utiliza.
Las lámparas de incandescencia continua se producen para aplicaciones especiales en las que los electrodos pueden cortarse en forma de caracteres alfanuméricos y figuras. [7]
Una bombilla de luz parpadeante, una bombilla de llama parpadeante o una lámpara de luz parpadeante es una lámpara de descarga de gas que produce luz ionizando un gas , generalmente neón mezclado con helio y una pequeña cantidad de gas nitrógeno , mediante una corriente eléctrica que pasa a través de dos electrodos en forma de llama. pantallas recubiertas con azida de bario parcialmente descompuesta . El gas ionizado se mueve aleatoriamente entre los dos electrodos, lo que produce un efecto de parpadeo, que a menudo se comercializa como sugerente de la llama de una vela (ver imagen). [8]
Lámparas de descarga de alta presión [ editar ]
Las lámparas de alta presión tienen una descarga que tiene lugar en gas a una presión ligeramente menor a mayor que la atmosférica. Por ejemplo, una lámpara de sodio de alta presión tiene un tubo de arco a una presión de 100 a 200 torr , aproximadamente del 14% al 28% de la presión atmosférica; algunos faros HID de automóviles tienen hasta 50 bar o cincuenta veces la presión atmosférica.
Las lámparas de halogenuros metálicos producen una luz casi blanca y alcanzan una salida de luz de 100 lúmenes por vatio. Las aplicaciones incluyen iluminación interior de edificios altos, estacionamientos, tiendas, terrenos deportivos.
Las lámparas de sodio de alta presión , que producen hasta 150 lúmenes por vatio, producen un espectro de luz más amplio que las lámparas de sodio de baja presión. También se utiliza para el alumbrado público y para la fotoasimilación artificial de plantas en crecimiento.
Las lámparas de vapor de mercurio de alta presión son el tipo de lámpara de alta presión más antiguo y han sido reemplazadas en la mayoría de las aplicaciones por lámparas de haluro metálico y de sodio de alta presión. Requieren una longitud de arco más corta.
Lámparas de descarga de alta intensidad [ editar ]
Una lámpara de descarga de alta intensidad (HID) es un tipo de lámpara eléctrica que produce luz por medio de un arco eléctrico entre electrodos de tungsteno alojados dentro de un tubo de arco de alúmina o cuarzo fundido translúcido o transparente . En comparación con otros tipos de lámparas, existe una potencia de arco relativamente alta para la longitud del arco. Ejemplos de lámparas HID incluyen lámparas de vapor de mercurio , lámparas de haluros metálicos , lámparas de descarga de cerámica de haluro de metal , de sodio vapor lámparas y de xenón de arco lámparas
Las lámparas HID se utilizan normalmente cuando se desean altos niveles de luz y eficiencia energética.
Otros ejemplos [ editar ]
La lámpara de flash de xenón produce un solo destello de luz en el rango de milisegundos-microsegundos y se usa comúnmente en películas, fotografía e iluminación teatral. Las versiones particularmente robustas de esta lámpara, conocidas como luces estroboscópicas , pueden producir largas secuencias de destellos, lo que permite el examen estroboscópico del movimiento . Esto ha encontrado uso en el estudio del movimiento mecánico, en medicina y en la iluminación de salones de baile.
Ver también [ editar ]
- Arco eléctrico
- Descarga de resplandor eléctrico
- Espectro de emisión
- Lámpara fluorescente
- Tubo lleno de gas
- Hydrargyrum medio de arco yoduro de lámpara
- Lista de fuentes de luz
- Sobreiluminación
Referencias [ editar ]
- ^ "Tipos de iluminación" . Energy.gov . Departamento de Energía de EE. UU . Consultado el 10 de junio de 2013 .
- ^ "Tecnologías de iluminación: una guía para la iluminación energéticamente eficiente" (PDF) . Energy Star . Agencia de Protección Ambiental de EE . UU . Consultado el 10 de junio de 2013 .
- ^ Paolo Brenni (2007) "Vidrio de uranio y sus usos científicos", archivado el 30 de junio de 2014 en el Wayback Machine Bulletin de la Scientific Instrument Society , no. 92, páginas 34–39; consulte la página 37.
- ^ Ver:
- A. Dumas y Benoit (1862) "Physique Appliquée - Note sur un appareil propre à éclairer les ouvriers mineurs dans leurs travaux souterrains au moyen de la lumière d'induction" (Física aplicada - Nota sobre un aparato adecuado para proporcionar luz a los mineros en su trabajo subterráneo mediante la lámpara de inducción), Comptes Rendus , vol. 55, páginas 439–440.
- Dumas, "Note descriptive de la lampe photo-électrique" , Bulletin de la Société de l'Industrie Minérale , vol. 9, páginas 5–14 (1863–1864).
- "Lampe Dumas", Bulletin de la Société de l'Industrie Minérale , vol. 9, páginas 113-117 (1863-1864).
- "Note sur la lampe électrique de Dumas et Benoît" , Bulletin de la Société de l'Industrie Minérale , vol. 9, páginas 118–120 (1863–1864).
- Bulletin des Lois de l'Empire Francais , serie 9, vol. 23, página 639 (1864); ver solicitud de patente no. 1160 °.
- "Nueva luz de seguridad para minas de carbón" , Revista del Instituto Franklin , tercera serie, vol. 49, páginas 262–263 (1865). Reimpreso del Athenæum (revista literaria de Londres, Inglaterra), 25 de febrero de 1865.
- comte Théodose Du Moncel , "Application à l'éclairage des galeries de mines", Notice sur l'appareil d'induction électrique de Ruhmkorff (París, Francia: Gauthier-Villars, 1867), páginas 394–398.
- Véase también: Colección Jules Verne de Andreas Fehrmann: "Jules Verne und die Elektrizität: Kapitel 2: Die Ruhmkorfflampe" [en alemán]. Disponible en línea en: Jules Verne .
- ^ "Prix dit des arts insalubres" , Comptes rendus , 60 : 273 (1865).
- ^ Viaje al centro de la tierra (1864), De la tierra a la luna (1865) y 20.000 leguas de viaje submarino (1869).
- ^ "sitio de BOMBILLA DE LUZ ANTIGUA de kilokat: lámparas de neón" . bulbcollector.com .
- ^ Patente estadounidense 3238408 , Kayatt Philip J., "Lámparas de brillo parpadeante", emitida el 1 de marzo de 1966
Lectura adicional [ editar ]
- Waymouth, John (1971). Lámparas de descarga eléctrica . Cambridge, MA: The MIT Press. ISBN 978-0-262-23048-3.
- Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras. "Deslumbramiento de los faros y otras luces frontales" . Norma federal de seguridad de vehículos motorizados No. 108 . Departamento de Transporte de EE. UU . Consultado el 23 de enero de 2006 .
Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Lámparas de descarga de gas . |
- Lámparas e indicadores en Curlie
