La lámpara incandescente básica consiste en un bulbo de vidrio del cual se retira el oxígeno para que no pueda ocurrir ningún proceso de combustión. En las lámparas antiguas, se hacía simplemente el vacío, pero eso hace que la lámpara sujeta a enormes presiones externas que pueden causar su implosión. En las lámparas modernas, el oxígeno es sustituido por un gas inerte de modo que la presión interna y externa se mantiene igual, evitando así el peligro de la implosión.
Dentro del bulbo se instala un fino filamento de tungsteno, un metal que presenta un altísimo punto de fusión. Esto nos lleva a la estructura mostrada en la figura 1.
Cuando una corriente recorre el filamento, se calienta lo suficiente para emitir luz. La luz tiene un espectro que depende de la temperatura, como muestran las curvas de la figura 2, dadas por lo que se denomina Ley de Boltzmann.
Así, un calentamiento insuficiente lleva a un componente más intenso de energía en la banda del rojo. El filamento aparece entonces "encendido" en rojo. Si el calentamiento es mayor, la energía pasa a concentrarse en la parte media del espectro visible, proporcionando así una luz que tiende de amarillo a blanco, como ocurre con las lámparas en funcionamiento normal.
Si el calentamiento es excesivo, pero no lo suficiente para causar la quema del filamento, la mayor parte de la energía ya se concentra en la región alta del espectro con un componente más intenso en el azul.
El brillo de la luz comienza a ser blanco-azulado. Por supuesto, si pasamos de eso, el filamento se funde y la lámpara se quema. La durabilidad de una lámpara incandescente depende de la temperatura en que opera. Para las lámparas comunes, esta durabilidad se mide en cientos o miles de horas para una determinada corriente o tensión.
Es interesante observar que la simple reducción de un 10% de la tensión de alimentación de una lámpara puede proporcionar aumentos de vida útil que llegan a 30 o 40%. Las lámparas incandescentes se pueden encontrar en los más diversos formatos, tensiones de trabajo y tamaños, como muestra la figura 3.
Especificaciones
Cuando se utiliza una lámpara incandescente en una aplicación práctica, necesitamos estar atenta a sus especificaciones técnicas. No seguir una especificación técnica para ese tipo de lámpara puede significar su quema, reducción de su vida útil, obtención de cantidad menor de luz de lo esperado e incluso modificación del color de la luz obtenida.
Las siguientes son las especificaciones que debemos observar en una lámpara:
a) Tensión
En uso, la tensión en las lámparas debe mantenerse lo más cerca posible de la tensión nominal. El gráfico de la figura 4 muestra que las pequeñas variaciones son toleradas, pero afectan tanto el brillo y la vida útil, como ya hemos explicado.
En las aplicaciones en que la fuente no es estabilizada o aún en que puedan ocurrir oscilaciones muy grandes de la tensión es necesario tener cuidado para no causar la quema indebida de las lámparas. En muchos casos, las tensiones especificadas para las pequeñas lámparas pueden no corresponder a los valores "enteros" del número de pilas que las alimenta.
Así, es común tener una lámpara de 2,7 V para ser usada en una linterna de 2 pilas (que proporciona 3 V). Una lámpara de 3,7 V también se puede encontrar en una linterna de 3 pilas (4,5 V). Normalmente, lo que ocurre es que en esta aplicación, una reducción de la vida útil se acepta para obtener más luz cuando las pilas están nuevas.
Como la tensión de las pilas cae rápidamente con el uso, en poco tiempo, alcanza el valor nominal de la lámpara, sin una pérdida de rendimiento que pueda comprometer la aplicación. El gráfico de la figura 5 muestra lo que ocurre.
Por lo tanto, no se debe tener la preocupación de que si una aplicación de 3 V se utiliza una lámpara de 2,7 V o una aplicación de 6 V utiliza una lámpara que tiene una tensión nominal ligeramente menor.
b) Corriente o resistencia
Las lámparas son dipolos óhmicos no lineales. Esto significa que su resistencia depende de la temperatura del filamento y, por lo tanto, de la tensión aplicada conforme un gráfico como el mostrado en la figura 6.
En frío, la resistencia de una lámpara es menor, ya medida que se calienta con la aplicación de mayor tensión, su resistencia aumenta. Así, la especificación que tenemos tanto de la corriente y de la resistencia de una lámpara debe ser hecha para su tensión nominal.
Una lámpara de 6 V x 50 mA, por ejemplo, tiene una resistencia de 120 ohmios cuando está siendo alimentada por una tensión de 6 V. En frío, si medimos su resistencia con un multímetro, encontraremos un valor mucho menor, figura 7.
Es por este motivo que el multímetro no sirve para determinar las características de una lámpara con precisión. Sólo puede revelarnos si una lámpara está quemada o no. Las lámparas comunes usadas con baterías tienen especificaciones que van típicamente de 20 mA a 500 mA. Las corrientes más grandes se encuentran en las lámparas de los faros de automóviles y las linternas de alta potencia.
c) Potencia
La potencia de una lámpara incandescente no es comúnmente especificada, porque basta multiplicar la corriente por la tensión para obtenerla. Una lámpara de 6 V x 100 mA tiene una potencia de 600 mW. Es importante observar que las lámparas incandescentes comunes tienen un rendimiento en la conversión de energía muy baja. Menos del 30% de la energía que les entregamos se convierte en luz. La mayor parte se pierde en calor, calentando el filamento y concentrándose en la región infrarroja del espectro.
En otras palabras, las lámparas incandescentes necesitan mucho más energía para producir la misma cantidad de luz que otras fuentes.
d) Formato y base
Las bases de las lámparas pueden tener diversos formatos que determinan la forma en que se encajan o los formatos de los sockets. Para las pequeñas lámparas de baja tensión los formatos más comunes son los de rosca y bayoneta, como se muestra en la figura 8. También encontramos los tipos de "rabillo" o terminales paralelos que están destinados a la soldadura directamente en una placa o en un circuito.
Los soportes o sockets apropiados se utilizan entonces en las aplicaciones en las que se encuentran tales lámparas. En muchos casos, sin embargo, para ahorrar el zócalo es posible soldar los hilos de conexión directamente en las bases de las lámparas.