Una de las aplicaciones más importantes de la energía eléctrica es el alumbrado eléctrico. Conocer determinadas propiedades de la luz es fundamental a la hora de diseñar un sistema de alumbrado. La luz apropiada en la cantidad correcta, en el lugar y en el momento adecuado, estimula la confortabilidad. Hoy en día al ser estos conceptos cada vez más aplicados, surge la necesidad de posibilitar la regulación de la intensidad de luz en nuestras luminarias de manera rápida, sencilla, y sin tener que realizar instalaciones y cableados complejos.
Una de las controversias más apasionantes en la historia de la ciencia ha sido la determinación de la naturaleza de la luz.
En 1864, el físico y matemático escocés J.C. Maxwell (1831-1879) estableció la teoría electromagnética de la luz, que consistía en que las ondas luminosas consisten en la propagación , sin necesidad de soporte material alguno, de un campo eléctrico y de un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación. Estos dos campos son funciones periódicas en el espacio y en el tiempo.
Einstein en 1905 propuso que la luz estaba formada por un haz de pequeños corpúsculos o cuantos de energía, llamados fotones. La energía de los fotones es proporcional a la frecuencia de la luz (E = hf).
Así la luz tiene una doble naturaleza, corpuscular y ondulatoria. No manifiesta simultáneamente las dos naturalezas, en un fenómeno concreto se comportará o bien como onda o bien como partícula.
Espectro Electromagnético
Hoy en día conocemos muchas clases de ondas electromagnéticas que cubren de forma continua un amplio margen de longitudes de onda, desde decenas de km hasta 10-14m. Llamamos espectro electromagnético a la secuencia de todas las ondas electromagnéticas conocidas, ordenadas según su longitud de onda o su frecuencia.
|
|
La luz forma parte del espectro electromagnético que comprende tipos de ondas tan dispares como los rayos cósmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, los infrarrojos y las ondas de radio o televisión entre otros. Cada uno de estos tipos de onda comprende un intervalo definido por una magnitud característica que puede ser la longitud de onda (λ) o la frecuencia (f). Recordemos que la relación entre ambas es:
λ = c/f
donde c es la velocidad de la luz en el vacío (c = 3•108 m/s).
La luz, que llega a nuestros ojos y nos permite ver, es un pequeño conjunto de radiaciones electromagnéticas de longitudes de onda comprendidas entre los 380 nm (nanómetros) y los 770 nm (nanómetros).
Las ondas electromagnéticas son variaciones periódicas del estado eléctrico y magnético del espacio, y por ello se propagan también en el vacío, (así podemos ver la luz del sol que viaja a través del espacio). Estas ondas parten del foco de luz. Las fuentes de luz pueden ser naturales (el Sol) o artificiales (una lámpara ).
En la actualidad existen muy diferentes tipos de fuentes luz alimentados por energía eléctrica, cuya clasificación suele basarse en sus distintos principios de funcionamiento. Las más utilizadas son:
- Lámparas de Incandescencia
- Lámparas de Incandescencia halógenas
- Lámparas fluorescentes tubulares
- Lámparas fluorescentes compactas
- Lámparas de descarga de mercurio
- Lámparas de halogenuros metálicos
- Lámparas de vapor de sodio a baja y alta presión
- Lámparas sin electrodos
El lumen (lm) es la unidad del SI para medir el flujo luminoso, una medida de la potencia luminosa percibida. El flujo luminoso se diferencia del flujo radiante (la medida de la potencia total emitida) en que el primero se ajusta teniendo en cuenta la sensibilidad variable del ojo humano a las diferentes longitudes de onda de la luz.
Una vela emite alrededor de 14 lúmenes, una puesta de sol 400. La mayoría de las oficinas que tienen las lámparas fluorescentes emiten alrededor de 400 lúmenes y la iluminación en conjunto es una película alrededor de 1.000 lúmenes. El mediodía en un día soleado puede ser de hasta 100.000 lúmenes.
La luz, por tanto, de naturaleza ondulatoria, se propaga siguiendo trayectorias rectilíneas que llamamos rayos.
|
|
Propiedades de la luz
Cuando una onda alcanza la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza, una parte se refleja, mientras que la otra parte se refracta (los rayos luminosos pasan al segundo medio cambiando su dirección de propagación). Así tenemos los dos fenómenos luminosos: Reflexión y Refracción de la luz, junto con la transmisión.
Estas tres propiedades son las más importantes en el alumbrado eléctrico, para el diseño de un sistema de alumbrado determinado.
La luz tiene también otras propiedades, como la polarización, la interferencia y la difracción.
Fenómenos de la luz en relación a la materia
La reflexión es un fenómeno que se produce cuando la luz choca contra la superficie de separación de dos medios diferentes (ya sean gases como la atmósfera, líquidos como el agua o sólidos) y está regida por las leyes de la reflexión. La dirección en que sale reflejada la luz viene determinada por el tipo de superficie. Si es una superficie brillante o pulida se produce la reflexión regular en que toda la luz sale en una única dirección. Si la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todas direcciones se llama reflexión difusa. Y, por último, está el caso intermedio, reflexión mixta, en que predomina una dirección sobre las demás. Esto se da en superfícies metálicas sin pulir, barnices, papel brillante, etc.
La refracción se produce cuando un rayo de luz es desviado de su trayectoria al atravesar una superficie de separación entre medios diferentes según las layes de la refracción. Esto se debe a que la velocidad de propagación de la luz en cada uno de ellos es diferente.
La transmisión se puede considerar una doble refracción. Si pensamos en un cristal; la luz sufre una primera refracción al pasar del aire al vidrio, sigue su camino y vuelve a refractarse al pasar de nuevo al aire. Si después de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria se dice que la transmisión es regular como pasa en los vidrios transparentes. Si se difunde en todas direcciones tenemos la transmisión difusa que es lo que pasa en los vidrios translúcidos. Y si predomina una dirección sobre las demás tenemos la mixta como ocurre en los vidrios orgánicos o en los cristales de superficie labrada.
Curiosidades
- El color de un objeto depende de la luz que incide sobre él y de su propia naturaleza. Un cuerpo de color negro es aquel que absorbe toda la radiación incidente y uno de color blanco refleja toda la luz que incide sobre él. Un objeto de color verde ha absorbido todas las frecuencias (rojo, naranja, amarillo…) menos el verde, que la refleja.
- En un día muy caluroso las capas de aire próximas al suelo están a mayor temperatura que las situadas por encima, por lo que su índice de refracción ha cambiado (son menos densas) y es como si la luz pasara a otro medio (se refracta). El efecto óptico son los espejismos, que hacían ver esas masas de agua imaginaria.
|
|