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Wikichicos: Cómo funcionan las cosas/Bombilla

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¿Quién la inventó?

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Bombilla incandescente con filamento incandescente.

Aunque la conversión de la energía eléctrica en luz fue demostrada en laboratorios ya en 1801 por el científico inglés Humphry Davy, tuvieron que pasar más de 100 años para que se desarrollara la forma moderna de la bombilla eléctrica, con la contribución de muchos inventores.

La primera bombilla incandescente fue obra del inventor británico Sir Joseph Swan. En 1850 empezó a trabajar en una bombilla que utilizaba filamentos de papel carbonizado en una ampolla de vidrio al vacío.

En 1860 pudo demostrar que el dispositivo funcionaba y obtuvo una patente británica que cubría una lámpara incandescente de filamento de carbono con vacío parcial. Quince años más tarde, en 1875, Swan volvió a plantearse el problema de la bombilla con la ayuda de un mejor vacío y un hilo carbonizado como filamento.

La característica más significativa de la lámpara mejorada de Swan era que había poco oxígeno residual en el tubo de vacío para encender el filamento, lo que permitía que éste brillara casi al rojo vivo. Swan obtuvo la patente británica de su dispositivo en 1878, aproximadamente un año antes que Thomas Edison.

Swan había informado de su éxito a la Sociedad Química de Newcastle y en una conferencia en el Sunderland Technical College, en febrero de 1879, hizo una demostración de una lámpara que funcionaba. A partir de ese año empezó a instalar bombillas en casas y lugares emblemáticos de Inglaterra. Su casa, Underhill, en Kells Lane, Low Fell, Gateshead, fue la primera del mundo en la que se instalaron bombillas que funcionaban. En 1881 fundó su propia empresa, The Swan Electric Light Company, e inició la producción comercial.

En 1879, el estadounidense Thomas Edison adoptó la bombilla incandescente de Swan, que utilizaba un filamento de carbono en una bombilla sin oxígeno, tras fracasar con otros diseños. Llegó a fabricar una bombilla que podía producir luz durante más de 1.500 horas. Perdió un litigio sobre patentes contra Swan, pero la mitología estadounidense sigue atribuyendo la invención de la bombilla a Edison y no a Swan.

¿Cómo funciona?

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Estructura de la bombilla

La bombilla tiene un filamento de tungsteno como medio emisor de luz. La electricidad fluye a través de un fino hilo de tungsteno en la bombilla llamado filamento.

El filamento utilizado en una bombilla tiene una propiedad llamada "resistencia". La resistencia es la cantidad de fricción que un objeto opone a la electricidad que fluye a través de él.

El filamento de tungsteno está fabricado de tal manera que tiene mucha resistencia a la electricidad. Como resultado de esta resistencia, el filamento se calienta y empieza a brillar, convirtiendo la energía eléctrica en energía luminosa. Esto se debe al efecto Joule, que significa que las resistencias se calientan cuando las atraviesa una corriente eléctrica. La electricidad se convierte en luz y calor iluminando su entorno.

¿Es peligrosa?

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Las bombillas en sí, si se utilizan correctamente, no son peligrosas. Aunque su función principal es producir energía luminosa, como efecto secundario también producen calor.

Las bombillas se venden según el número de vatios que consumen: cuanto mayor es el número, más brillante es la bombilla y más energía consume. A pesar de calentarse, las bombillas no explotan. Sin embargo, el cristal exterior de una bombilla que ha estado encendida durante algún tiempo está bastante caliente y puede causar quemaduras leves, o los bordes rotos pueden cortar la piel.

Tras cientos de horas de funcionamiento, el filamento de la bombilla acaba quemándose y la bombilla deja de funcionar. Entonces es necesario sustituir la bombilla.

Hay que tener cuidado al sustituir la bombilla. En primer lugar, hay que apagar el interruptor de la lámpara o desconectar el cable. Esto se debe a que la electricidad que fluye por el casquillo, donde se asienta la parte metálica de la bombilla, puede provocar una descarga eléctrica grave si se toca el interior del casquillo o la base metálica de la bombilla mientras aún está parcialmente en el casquillo.

Además, si el cristal se rompe es posible sufrir cortes. Estos peligros pueden reducirse asegurándose de que la bombilla está fría al tacto antes de agarrarla y sujetándola con firmeza pero sin apretar por la parte más gorda del cristal mientras se gira en sentido contrario a las agujas del reloj hasta que se suelte por completo.

¿Qué hace la bombilla?

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La luz eléctrica permite a la gente vivir y trabajar en grandes edificios. Esta es una imagen de la ciudad de Londres, Inglaterra, de noche iluminada por diferentes tipos de bombillas.

Emite luz convirtiendo la energía eléctrica en energía luminosa.

Aunque digamos que el filamento "se quema", en realidad se vaporiza con el tiempo. Parte de él puede verse como un oscurecimiento en el cristal donde se ha solidificado. El gas que se encuentra dentro de la envoltura de vidrio es argón, que se utiliza porque es inerte y, por tanto, no puede unirse al filamento.

¿Cómo varía?

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El brillo del filamento puede variar modificando la cantidad de corriente que circula por él (el amperaje), o la tensión entre los extremos, ya que el amperaje está relacionado con la tensión por la ley de Ohm. Además, a medida que el filamento envejece, su brillo disminuirá un poco y su luz será cada vez más roja. Finalmente, todos los filamentos se vaporizarán lentamente y fallarán debido a la alta temperatura causada por la electricidad que fluye a través de él.

¿Por qué se quema?

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Por su diseño, una bombilla no contiene oxígeno. El fabricante la llena de un gas inerte como el argón o el nitrógeno. Sin embargo, esto no impide que los átomos se desprendan de la superficie del filamento debido al intenso calor. Esto hace que el filamento sea cada vez más fino. Finalmente, se vuelve tan fino que se rompe.

Durante un breve periodo de tiempo, los dos extremos rotos están muy cerca el uno del otro, y la electricidad puede saltar a través de ellos en una chispa azul brillante. Sin embargo, los dos extremos rotos pronto se separan, rompiendo la chispa, y la bombilla deja de encenderse.

¿Cómo ha cambiado el mundo?

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La bombilla es probablemente uno de los inventos más importantes de la ciencia.

Ha cambiado el mundo al permitir que la gente trabaje de noche. Antes era muy difícil hacerlo porque otras fuentes de luz (como las velas o las hogueras) no proporcionaban luz suficiente.

El impacto total de la bombilla es mucho mayor que sólo leer o escribir por la noche.

Los viajes: Los viajes nocturnos en automóvil han sido posibles en gran medida gracias a la bombilla. Además, los faros de todo el mundo utilizan bombillas muy potentes, que proporcionan la orientación adecuada a todos los barcos.

Medicina: Todos los procedimientos médicos internos y no intrusivos utilizan variantes de la bombilla original.

Minería: Antes, los mineros subterráneos utilizaban antorchas, que también aumentaban el contenido de dióxido de carbono en el aire y, por tanto, dificultaban la respiración. Con la llegada de las bombillas, la minería también se ha vuelto más sana y segura. En las minas de carbón, el riesgo de explosión del polvo de carbón contenido en el aire era tan alto que no se podían utilizar las linternas de fuego convencionales (utilizaban unas linternas recubiertas de una malla metálica tibia), con las bombillas la minería del carbón se hizo mucho más segura.

Guerra: El desarrollo de la bombilla permitió construir reflectores que podían encontrar aviones enemigos, eliminando el riesgo de ser bombardeados por sorpresa.

Además, la bombilla se utiliza en otros campos, como las comunicaciones, el deporte, etc.

¿Qué ideas y/o inventos tuvieron que desarrollarse antes de poder crearse?

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Se necesitaban generadores de energía eléctrica antes de poder instalar bombillas en los hogares. La sustitución de la insegura iluminación con velas o gas fue el motor inicial para crear una Red de Distribución de Energía, para poner cables eléctricos en los hogares de la gente corriente. El filamento que podía "arder" durante muchas horas tuvo que desarrollarse antes de que la gente se planteara comprar una bombilla.

El desarrollo inicial se centró en electrificar las zonas comerciales de las ciudades con alumbrado para las calles y las oficinas. Había que inventar cables eléctricos de calidad y fabricación suficientes. La bombilla debía evacuar la mayor parte del aire para prolongar la vida del filamento, por lo que se necesitaba una bomba de vacío. Había que desarrollar un medio para aislar adecuadamente los cables, conectarlos entre sí y crear equipos para distribuir la energía de forma segura.

Hubo que inventar técnicas y equipos para transmitir energía a grandes distancias, de ahí que Nikola Tesla desarrollara la corriente alterna y las líneas de transmisión de alta tensión. Hubo que desarrollar fusibles y, más tarde, disyuntores para evitar dañar toda la línea o partes inaccesibles de la misma. Los medios para encender y apagar luces, motores y electrodomésticos, y para moverlos de vez en cuando, condujeron al desarrollo de los interruptores y enchufes eléctricos.

La bombilla eléctrica fue también la génesis de muchos otros inventos basados en la electricidad, incluido el tubo de vacío que dio lugar al transistor utilizado en casi todos los dispositivos electrónicos que se utilizan hoy en día. Cuando la electricidad llegó a las casas y lugares de trabajo de la gente, inventos como las lavadoras, las planchas eléctricas, los motores y las radios pudieron aprovechar la cómoda fuente de energía disponible que necesitaban para funcionar. Sin la bombilla eléctrica, el mundo en que vivimos sería muy diferente.

Bombilla fluorescente

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Una bombilla fluorescente incandescente.

¿Quién la inventó?

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La madre de la lámpara fluorescente moderna fue inventada a finales de la década de 1890 por Peter Cooper Hewitt. Las lámparas de Cooper Hewitt se utilizaban en estudios fotográficos e industrias. Posteriormente, Edmund Germer, Friedrich Meyer y Hans Spanner patentaron una lámpara de vapor de alta presión en 1927. Más tarde, George Inman se asoció con General Electric para crear una lámpara fluorescente práctica, vendida en 1938 y patentada en 1941. La primera bombilla fluorescente y su aparato se presentaron al público en la Exposición Universal de Nueva York de 1939.

¿Cómo funciona?

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La bombilla fluorescente crea luz enviando electricidad a través de un gas. Esto produce luz visible, pero también algo de luz ultravioleta, que es invisible para el ojo humano. Para hacer visible la luz ultravioleta, el interior de la bombilla fluorescente está recubierto de una sustancia que absorbe la luz ultravioleta y la transforma en luz visible. Esto hace que la luz del fluorescente sea más brillante.

¿Cuál es su peligrosidad?

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Si se manipulan correctamente, las bombillas fluorescentes no son peligrosas. Sin embargo, contienen mercurio, por lo que hay que tener cuidado al deshacerse de ellas. También pueden calentarse, aunque no tanto como las bombillas incandescentes. Y pueden explotar.

¿Qué hace?

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Las bombillas fluorescentes transforman la energía eléctrica directamente en luz. Esto las hace mucho más eficientes que las bombillas incandescentes, que desperdician la mayor parte de su energía en forma de calor.

¿Cómo varía?

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Hay tres tipos diferentes de bombillas fluorescentes. Una es un tubo largo que requiere un enchufe especial. Es la que se encuentra con más frecuencia en colegios y tiendas. El segundo es un tubo que se dobla en dos bucles. Encaja en una lámpara normal y es muy popular en Europa. El tercer tipo también encaja en una lámpara normal. Es un tubo en espiral y es el más común en Estados Unidos.

¿Por qué se funden?

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Aunque las bombillas fluorescentes tardan mucho tiempo en fundirse, acaban fallando. La causa suele ser el fallo de algún componente de la electrónica del interior de la bombilla; sin embargo, también puede deberse al fallo de los vapores que conducen la electricidad a través de la lámpara.

¿Cómo ha cambiado el mundo?

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Ha cambiado el mundo al hacer que las bombillas sean mucho más eficientes desde el punto de vista energético, lo que significa que gastan menos electricidad.

¿Qué idea(s) y/o inventos tuvieron que desarrollarse antes de su creación?

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Hubo que inventar generadores eléctricos, una red de distribución y cables eléctricos para que la electricidad llegara a los hogares. Además, para que la electricidad fuera más segura, hubo que inventar el fusible. Por último, hubo que inventar el fósforo para poder inventar la bombilla fluorescente.

Otros tipos de bombillas

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Otros tipos de bombillas son los LED, las lámparas halógenas y las lámparas de sodio.

LEDs

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Los LED, o diodos emisores de luz, son un tipo de componente eléctrico que brilla cuando se hace pasar electricidad a través de ellos.

Lámparas halógenas

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Las lámparas halógenas son muy similares a las lámparas incandescentes. Ambas tienen un filamento de tungsteno. Sin embargo, las lámparas halógenas también tienen una pequeña cantidad de halógeno, como flúor o cloro, que se combina químicamente con el filamento para aumentar su vida útil. Como resultado, pueden utilizarse a mayor temperatura, lo que hace que produzcan más luz azul y, por tanto, mejor color que una bombilla incandescente del mismo tamaño y vida útil.

Lámparas de vapor de sodio

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Las lámparas de vapor de sodio son similares a las lámparas fluorescentes, salvo que su luz ya está toda en el rango visible y, por lo tanto, no necesitan una superficie interior recubierta. También son similares a las luces de neón que se ven en las señales, salvo que cuando se apagan el material del tubo se solidifica o licua, a diferencia de las luces de neón.

Hay dos tipos de lámparas de vapor de sodio: las de sodio de alta presión y las de sodio de baja presión. Las lámparas de sodio de baja presión contienen metal de sodio sólido cuando se apagan, pero se vaporiza rápidamente y produce luz amarilla. Esta luz es de color amarillo intenso y todos los objetos iluminados por ella se ven sólo en este color.

Las lámparas de sodio de alta presión contienen una mezcla, o amalgama, de sodio y mercurio, que es líquida cuando la lámpara está apagada. Emiten un resplandor rosáceo que contiene más colores del espectro y que parece más "natural" que la luz de las lámparas de sodio de baja presión.

Lámparas de vapor de mercurio

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Las lámparas de vapor de mercurio son muy similares a las bombillas fluorescentes, salvo que son más luminosas y el vapor de mercurio que produce la luz está confinado en una bombilla más pequeña dentro de la lámpara.