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¿Cómo se genera la luz energética?

marzo 16, 2022
¿Cómo se genera la luz energética?

Qué es la física de la luz

Con una eficiencia superior al 100%, estos diodos emisores de luz (LED) emiten más energía luminosa que la energía eléctrica que utilizan1. Recuerda que no se puede obtener algo de la nada y que la energía debe conservarse. Entonces, ¿cómo consigue este Grupo de Óptica Física y Electrónica del MIT crear un LED tan súper eficiente?

Figura 1 (a) Bombilla incandescente. Crédito de la imagen: Wikimedia Commons (b) Lámpara halógena Crédito de la imagen: Wikimedia Commons. (c) Bombilla fluorescente compacta, bombilla CFL. Crédito de la imagen: Wikimedia Commons. (d) Bombilla LED Crédito de la imagen: Wikimedia Commons.

Según la información que aparece en la página web de la Agencia de Protección Medioambiental de EE.UU., las bombillas incandescentes sólo transforman alrededor del 10% de la energía eléctrica introducida en energía luminosa visible y alrededor del 90% se convierte en radiación infrarroja (o radiación térmica). Las bombillas fluorescentes compactas transforman alrededor del 20% de la energía eléctrica de entrada en energía luminosa visible, y el resto en radiación infrarroja. Los LEDs tienen diferentes eficiencias, pero deben convertir al menos el 25% de la energía introducida en energía lumínica visible.

Energía luminosa

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La luz puede ser producida por la materia que se encuentra en un estado de excitación y, como mostraremos, la excitación puede provenir de una variedad de fuentes. Los átomos y las moléculas que componen la materia suelen emitir luz a energías características. La emisión de luz puede ser espontánea o estimulada.

En la emisión espontánea, la materia que se encuentra a un nivel de energía suficientemente alto puede relajarse emitiendo fotones de una energía característica: este es el proceso que se produce en las llamas, o en las lámparas de descarga. La emisión estimulada se produce cuando la materia en estado excitado es perturbada por un fotón de luz y da lugar a otro fotón de luz, normalmente con la misma energía y fase que el fotón perturbador. Este fenómeno es el proceso que da lugar a la emisión láser, en la que hay muchos fotones con la misma longitud de onda y en fase entre sí.

De qué está hecha la luz

La luz es una forma de energía que viaja en forma de ondas. Su longitud, o longitud de onda, determina muchas de las propiedades de la luz. Por ejemplo, la longitud de onda determina el color de la luz y su interacción con la materia. La gama de longitudes de onda, desde las más cortas hasta las más largas, se conoce como espectro luminoso. Cualquiera que sea su longitud de onda, la luz irradiará infinitamente a menos o hasta que se detenga. Como tal, la luz se conoce como radiación.

El nombre formal de la luz es radiación electromagnética. Toda la luz comparte tres propiedades. Puede viajar por el vacío. Siempre se mueve a una velocidad constante, conocida como la velocidad de la luz, que es de 300.000.000 metros (186.000 millas) por segundo en el vacío. Y la longitud de onda define el tipo o color de la luz.

Los seres humanos han evolucionado para percibir una pequeña parte del espectro luminoso. Conocemos estas longitudes de onda como luz «visible». Nuestros ojos contienen células conocidas como bastones y conos. Los pigmentos de estas células pueden interactuar con ciertas longitudes de onda (o fotones) de la luz. Cuando esto ocurre, crean señales que viajan al cerebro. El cerebro interpreta las señales de diferentes longitudes de onda (o fotones) como colores diferentes.

La energía sana

Universidad de Wisconsin-Stevens Point > Programas asociados al CNR > Programa de educación energética K-12 de Wisconsin > Educación energética: Conceptos y prácticas > Sección D: Eficiencia energética y la segunda ley de la termodinámica

La Primera Ley de la Termodinámica establece que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo puede convertirse de una forma a otra. Esto podría sugerir que siempre podríamos convertir la energía en cualquier forma que necesitemos sin preocuparnos nunca de agotar nuestros recursos energéticos.

Sin embargo, no toda la energía se convierte en la forma de energía deseada (como la luz).  Aunque la cantidad de energía es la misma antes y después de la conversión, la calidad es diferente.  Una bombilla incandescente tiene un fino filamento de alambre montado en su interior. Cuando la bombilla se enciende, una corriente eléctrica pasa por el filamento, calentándolo tanto que emite luz. La energía térmica producida por la bombilla suele denominarse calor desperdiciado, ya que es difícil utilizar esta forma de energía para realizar un trabajo.

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