Filamento eléctrico: definición y funcionamiento en bombillas
Descubre qué es el filamento eléctrico en bombillas, cómo funciona, por qué el tungsteno produce luz y su importancia en el diseño de incandescentes.
Una bombilla incandescente tiene un pequeño y fino cable con dos cables más grandes que lo sostienen. Este cable se llama filamento. El filamento es la parte de la bombilla que produce la luz.
Los filamentos de las bombillas incandescentes están hechos de tungsteno. Cada vez que una corriente eléctrica pasa por el filamento, éste se ilumina. También se le conoce como el elemento emisor de electrones en un tubo de vacío. Para que la bombilla produzca más luz, el filamento suele estar formado por bobinas de alambre fino, también conocido como bobina.
¿Por qué se usa tungsteno?
El tungsteno se emplea porque tiene un punto de fusión muy alto (alrededor de 3.422 °C) y buena resistencia mecánica a altas temperaturas. Eso permite que el filamento se caliente hasta temperaturas de varios miles de grados kelvin sin fundirse, lo que hace posible la incandescencia (emisión de luz por calentamiento).
¿Cómo funciona un filamento?
El funcionamiento básico es por calentamiento resistivo: cuando la corriente eléctrica atraviesa el filamento, la resistencia del metal convierte la energía eléctrica en calor. Al alcanzar temperaturas elevadas, el filamento emite radiación en forma de luz visible y calor infrarrojo. Gran parte de la energía se pierde como calor, por eso las bombillas incandescentes son menos eficientes que otras tecnologías de iluminación (como LED o fluorescente).
Diseño del filamento
Para aumentar la resistencia y la cantidad de luz emitida en un espacio pequeño, el hilo de tungsteno suele enrollarse formando una bobina. En muchos diseños modernos esa bobina se enrolla nuevamente formando una "coiled-coil" (una bobina de bobina), lo que reduce la pérdida por convección y permite temperaturas aún mayores sin que el filamento se deforme rápidamente.
Ambiente dentro de la bombilla
Originalmente las bombillas se fabricaban con el interior evacuado (vacío) para evitar que el filamento se oxide. Hoy en día muchas bombillas contienen una mezcla de gases inertes (por ejemplo argón y nitrógeno) o gas halógeno en las halógenas, lo que reduce la evaporación del tungsteno y permite operar a mayor temperatura y con mayor eficiencia y vida útil.
Filamento en tubos de vacío y emisión termiónica
En los tubos de vacío el filamento puede usarse como calentador que provoca la emisión termiónica de electrones desde un cátodo. En algunos diseños el propio filamento actúa como cátodo emisivo; en otros hay un filamento independiente que calienta un cátodo recubierto para emitir electrones de forma más eficiente.
Vida útil y fallos comunes
- Los filamentos se deterioran con el tiempo por la evaporación gradual del tungsteno, lo que hace que el cable se adelgace hasta romperse.
- Los ciclos frecuentes de encendido y apagado provocan expansión y contracción térmica que también acortan su vida útil.
- Golpes o vibraciones pueden romper el filamento cuando está frío o caliente.
- En las bombillas halógenas, el ciclo químico del gas halógeno ayuda a redepositar tungsteno sobre el filamento y prolonga su vida.
Ventajas y desventajas
- Ventajas: luz de espectro continuo y color cálido, coste inicial bajo.
- Desventajas: baja eficiencia energética (gran parte de la energía se transforma en calor), vida útil corta en comparación con LEDs y lámparas fluorescentes.
Precauciones y recomendaciones
- No tocar una bombilla encendida o recién apagada: el filamento y el vidrio están muy calientes.
- Evitar golpes y vibraciones cuando la bombilla esté en uso o caliente.
- Para reducir el consumo eléctrico y la sustitución frecuente, considerar tecnologías más eficientes (por ejemplo LED) cuando sea posible.
Brevemente, el filamento es el corazón de la bombilla incandescente: un hilo de tungsteno diseñado para calentarse y emitir luz por incandescencia, con un diseño y ambiente interno específicos que buscan maximizar su brillo y vida útil dentro de las limitaciones físicas del material.
Filamento de bombilla
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un filamento eléctrico?
R: Un filamento eléctrico es un pequeño alambre delgado en una bombilla incandescente que produce luz.
P: ¿Qué sostiene el filamento eléctrico de una bombilla incandescente?
R: El filamento eléctrico de una bombilla incandescente está sostenido por dos cables más grandes.
P: ¿De qué está hecho el filamento de las bombillas incandescentes?
R: Los filamentos de las bombillas incandescentes están hechos de tungsteno.
P: ¿Qué ocurre cuando una corriente eléctrica atraviesa el filamento?
R: Cuando una corriente eléctrica atraviesa el filamento, éste se ilumina y produce luz.
P: ¿Cómo se denomina también el filamento en un tubo de vacío?
R: En un tubo de vacío, el filamento también se conoce como elemento emisor de electrones.
P: ¿Cómo suele fabricarse el filamento para producir más luz en una bombilla incandescente?
R: Para producir más luz, el filamento de una bombilla incandescente suele estar hecho de espirales de alambre fino, también conocido como espiral.
P: ¿Cuál es la función principal del filamento de una bombilla incandescente?
R: La función principal del filamento de una bombilla incandescente es producir luz cuando lo atraviesa una corriente eléctrica.
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