agosto 26, 2020 17 lectura mínima 2 Comentarios
Hay una diferencia entre saber cómo trabajar algo y cómo funciona. Para las linternas, trabajar con una requiere asegurarse de tener baterías, que las luces funcionen y saber cómo encenderlas. Pero, ¿cómo funciona una linterna LED?
Una linterna LED, o de diodo emisor de luz, funciona moviendo electrones para crear luz. Un material semiconductor, como el silicio o el galio, se modifica para que la corriente pueda fluir a través de él. La luz se crea modificando la trayectoria de los electrones en el semiconductor.
Comprender cómo funciona un LED requiere algunos conocimientos básicos de química, electricidad y luz. Saber cómo funcionan le ayudará a comprender por qué proporcionan más luz con mayor eficiencia que las linternas con bombillas incandescentes.
Las linternas tradicionales utilizan una bombilla incandescente alimentada por una batería para proporcionar luz. La corriente de la batería calienta el cable del filamento dentro de la bombilla, lo que hace que brille y emita luz. Las linternas con bombillas incandescentes se utilizan desde 1899 , pero son ineficientes. El calor de la bombilla es energía desperdiciada y encender y apagar la linterna con frecuencia hace que el filamento se queme.
Las linternas de diodos emisores de luz (LED), que se vendieron por primera vez a principios de la década de 2000, dependen del movimiento de electrodos para crear luz. Debido a la forma en que generan luz, las linternas LED consumen menos energía que las tradicionales o las halógenas. Al mismo tiempo, pueden generar más luz.
La iluminación LED se ha utilizado desde la década de 1960: las computadoras, los semáforos, los automóviles, los televisores y los controles remotos usan LED. Antes de que pudieran utilizarse en linternas, se requirieron varios avances técnicos.
Por último, las linternas incandescentes son menos costosas que las luces LED; sin embargo, tanto las baterías como las bombillas de un LED duran mucho más. Cuando se tienen en cuenta los costos de reemplazo, las linternas LED son menos costosas a largo plazo .
El primer LED fue inventado por accidente en 1961 por James R. Biard y Gary Pittman, mientras trabajaban en el desarrollo de semiconductores. Poco después, IBM empezó a utilizarlos en lectores de tarjetas perforadas. Aunque los LED se utilizaron ampliamente en numerosas industrias, no fue hasta 1999 que se vendió la primera linterna LED .
Entonces, ¿cómo crean luz las linternas LED? Lo hacen mediante el movimiento de electrones a través de un semiconductor. Pero, ¿qué es un semiconductor y cómo el movimiento de los electrones crea luz? Para explicar esto, comenzaremos con los semiconductores.
Un semiconductor está hecho de una sustancia que es mal conductora de la electricidad. Las impurezas añadidas al material permiten manipularlo para conducir electricidad en algunos casos, pero no en otros.
El silicio es un elemento de uso común (como en Silicon Valley), aunque para fabricar LED se utiliza otro elemento, el galio. El proceso, sin embargo, es el mismo. Por sí solos, el silicio o el galio no permiten que la electricidad fluya a través de ellos. Sin embargo, cuando se le añaden otros elementos, el silicio puede conducir electricidad, de ahí un semiconductor.
El primer paso para crear un diodo emisor de luz consiste en añadir impurezas al silicio, lo que también se conoce como dopaje. Se requieren dos tipos de dopaje (N y P) para el diodo.
Un transistor se crea utilizando tres capas de un diodo. Un chip de silicio puede contener miles de transistores, creando así los chips de silicio que hacen funcionar nuestras computadoras y muchos otros dispositivos electrónicos. Nada de eso sería posible sin el diodo.
Para entender esto, se requiere un poco de experiencia sobre átomos y fotones. La luz se crea a partir de átomos en pequeños paquetes de energía que pueden moverse pero que no contienen masa. Cuando estos paquetes se combinan, forman fotones, unidades básicas de luz.
Sabemos que los átomos están formados por electrones que orbitan alrededor de un núcleo. Si no se les molesta, los electrones permanecen dentro de su órbita. Sin embargo, si los electrones se ven obligados a moverse a una órbita más baja, crean fotones.
Todos los diodos liberan fotones, pero los hechos exclusivamente de silicio crean fotones de baja frecuencia o luz infrarroja que nuestros ojos no pueden ver. Esa es la razón por la que no puedes ver la luz que proviene de un control remoto.
Para que podamos ver los fotones, el silicio necesita estar dopado con materiales que generen más energía . Se puede generar una variedad de colores a partir de luces LED utilizando diferentes materiales. El elemento común es el galio, pero otros elementos crean un amplio espectro de opciones de color:
Debido a que los diodos no emiten luz de manera efectiva, están diseñados para que los fotones se reflejen lejos del cuerpo de resina sobre el que se asientan los diodos. Además, la carcasa de plástico epoxi transparente que protege el diodo está diseñada para concentrar la luz .
Dado que los LED son componentes de estado sólido , crean luz "fría" en lugar de la luz "cálida" de las bombillas incandescentes. La mayor parte de la energía generada por una luz incandescente no es luz, sino calor . En un LED, sin embargo, casi toda la energía se emite en forma de ondas luminosas . Ésa es una de las razones por las que las LED son mucho más eficientes que las bombillas “normales”.
Aunque los LED crean luz fría, el calor aún puede ser un problema con los LED. La temperatura de la unión aumenta a medida que la corriente pasa a través del diodo. Esto puede provocar cambios en el color de la luz, una reducción de la eficiencia y una caída en la salida de luz.
Para combatir esto, los ingenieros de iluminación utilizan adhesivos, placas base y almohadillas que aíslan el exceso de electricidad y la alejan del diodo. Las características de diseño de la carcasa, como las crestas, aumentan la superficie, lo que permite disipar más calor. Eliminar este calor excesivo es algo que abordaremos más adelante en una discusión sobre las luces LED extremadamente brillantes.
Las linternas LED incandescentes y económicas funcionan mediante un accionamiento directo , es decir, funcionan directamente con la batería. Este método directo es sencillo, pero también significa que la salida de luz se basa en la cantidad de energía que tiene una batería. A medida que la batería se agota, la linterna se atenúa.
La mayoría de las linternas LED tienen un controlador que regula el voltaje que reciben las luces. Estos controladores pueden realizar una variedad de funciones:
Los conductores se clasifican según su función. Por ejemplo, un controlador FET utiliza un transistor y un microprocesador para regular la corriente. Un circuito elevador o elevador aumenta el voltaje de entrada para que coincida con el de salida. Las linternas que pueden funcionar con una o dos baterías utilizan un circuito de refuerzo.
Un circuito reductor reduce el voltaje y generalmente se usa en luces que tienen celdas conectadas en serie. Un circuito de refuerzo puede aumentar y reducir el voltaje. Aunque hay a la venta circuitos como el AK47-Mode , los compran entusiastas y coleccionistas que quieren modificar sus linternas.
Lumen es una palabra que se utiliza con frecuencia. Cuantos más lúmenes, más brillante será la luz, pero ¿qué son exactamente los lúmenes? Vamos a averiguar.
La respuesta simple es que un lumen es una forma de medir la producción de luz. Entonces las velas afirmarán que emiten un cierto nivel de lúmenes. Sin embargo, medir el brillo no es tan sencillo como podría parecer.
Por ejemplo, un lumen es sólo una de cinco formas de medir la luz. Aquí están los cinco:
Su percepción del brillo que emite una linterna está determinada no sólo por los lúmenes sino también por otros factores. Por ejemplo, una linterna con 900 lúmenes y una lente estándar brillará más sobre un objeto lejano.
Sin embargo, cambiar la lente de una linterna para crear un haz amplio afecta la luminancia. La linterna seguirá emitiendo 900 lúmenes, pero el efecto reflector significa que tampoco podrás ver objetos distantes, sino que se iluminará un área más grande más cercana a la fuente de luz.
Con un par de excepciones, los LED funcionan con baterías. Su modelo puede recomendar un tipo de batería en particular, pero es bueno comprender las propiedades de las diferentes baterías si el tipo que desea no está disponible cuando lo necesita.
Dado que los LED son más caros, es razonable preguntarse si valen la pena el gasto adicional. Se nos ocurren muchas razones por las que los LED merecen el coste adicional , pero ya que estamos hablando de dinero, comencemos por ahí.
La mayoría de las linternas LED tienen una duración estimada de al menos 50.000 horas . Si mantienes la linterna encendida durante 24 horas, obtendrás más de 2000 días o cinco años de luz antes de que la bombilla se agote. Una bombilla incandescente tiene una duración nominal de 1000 a 2000 horas, por lo que se necesitarían 25 bombillas para durar más que una LED.
Esta bombilla LED de repuesto cuesta alrededor de 10 dólares, mientras que un paquete de 8 luces de repuesto para una linterna Ryobi cuesta alrededor de 12 dólares. Multiplícalo por tres y tus bombillas incandescentes te costarán 36 dólares.
Irónicamente, cuanto más enciendes y apagas una luz incandescente , más rápido se apaga . Esto se debe a que el calentamiento y enfriamiento repetido del filamento hace que se expanda y se contraiga. La expansión provoca pequeñas grietas que eventualmente hacen que el filamento se rompa. La Centennial Light en Livermore, California, se instaló en 1901 y todavía funciona.
Por supuesto, no se puede hacer funcionar una linterna durante cinco años con una sola batería. Los LED requieren menos energía , lo que también significa menos baterías. Las baterías de una linterna LED durarán entre 6 y 10 veces más que las utilizadas en una batería incandescente. Por lo tanto, una batería LED le permitirá ahorrar dinero en bombillas y baterías. Pero eso no es todo.
A estos dispositivos los llamamos linternas porque las primeras luces debían apagarse repetidamente. Esto se debió a la naturaleza de las baterías en ese momento, ya que no podían proporcionar corriente eléctrica durante más de unos minutos.
Cada vez que se cae una bombilla normal, existe una gran posibilidad de que el filamento de la bombilla se rompa. Como un LED no tiene bombilla, eso no puede suceder. Y como los LED son más ligeros, golpean el suelo con menos fuerza.
Las características clave en las que la gente suele pensar al seleccionar una linterna LED, además del precio, son el costo, la potencia luminosa, los requisitos de batería y el tamaño y peso. Hay otras funciones que quizás quieras considerar, incluidas algunas que quizás no sepas que están disponibles.
Algunas linternas brindan al usuario la opción de controlar la cantidad de haz amplio o enfocado que desea.
Una linterna que comienza brillante y emite menos luz cuanto más se usa es una luz no regulada . Una linterna regulada nunca alcanza el brillo máximo, pero el mecanismo de regulación permite que la luz permanezca nivelada. Se agregan circuitos adicionales a una luz regulada que le permite controlar mejor el flujo de corriente entre la batería y las luces.
Afortunadamente, la mayoría de las luces LED están reguladas, por lo que no tienes que preocuparte por esto. Una linterna regulada normalmente describirá su salida de luz como si tuviera dos salidas de lúmenes separadas, como 1000 lúmenes durante dos minutos y luego 500 durante el tiempo que dure la batería.
Por ejemplo, la Mobile Task Light de STKR emitirá la asombrosa cifra de 1200 lúmenes durante todo el tiempo que la luz esté encendida. Nunca se atenuará cuando se agote la batería. Esto es fantástico porque el usuario sabe que siempre aprovechará todo el potencial del LED. La luz está diseñada con un controlador inteligente que regula la batería para obtener el mayor tiempo de funcionamiento posible. También cuenta con varios modos de energía para que pueda extender la duración de la batería seleccionando una configuración de energía más baja.
Para el uso diario, probablemente todo lo que se necesita sea una batería con una única configuración. Algunas linternas tienen configuraciones adicionales:
Hay múltiples opciones sobre cómo se pueden encender las luces. Algunos tienen un simple interruptor deslizante de encendido/apagado o un pulsador. Un control deslizante puede tener un bloqueo de seguridad que evita que la luz se encienda, una buena característica si la luz se transporta con frecuencia.
Las luces también se pueden encender con un bisel giratorio. Requieren dos manos, pero pueden proporcionar control sobre la salida de luz. Las linternas con un botón en la base del mango son populares entre las autoridades. Otra característica popular es una función de botón momentáneo silencioso que permite encender y apagar la luz instantáneamente presionando y soltando el interruptor de presión. Hacer clic completamente en el interruptor permite que la luz permanezca encendida.
Las linternas vienen con múltiples accesorios que aumentan su versatilidad.
Los fabricantes de linternas de alta calidad utilizan los estándares ANSI FL1 para calificar sus linternas. Estos estándares se basan en métodos de prueba acordados. Por ejemplo, los fabricantes acuerdan utilizar métodos similares para medir los lúmenes y la distancia del haz.
Otras cualidades que se miden incluyen:
Tanto las pruebas de resistencia al agua como de impermeabilidad se completan después de la prueba de resistencia al impacto para simular condiciones de la vida real.
Busque clasificaciones estándar FL 1 en linternas si desea comparar qué tan bien se comparan las linternas entre sí.
Aunque tener una linterna sin batería parece una idea excelente, es bueno analizar los pros y los contras antes de elegir una.
Una linterna de manivela contiene una batería recargable de iones de litio. El mango hace girar el generador, que recarga la batería. Un minuto de arranque normalmente produce unos 30 minutos de luz. Sin embargo, la mayoría de las baterías de iones de litio tienen una capacidad nominal de 500 cargas.
Algunas baterías de manivela ahora incluyen un cargador solar. Sin embargo, a menos que el fabricante indique cuántas cargas puede contener la batería, la linterna tiene una vida útil limitada . Técnicamente, las linternas de manivela no funcionan sin batería.
Una linterna exprimible es una opción verdaderamente sin batería. Al apretar el mango de estas luces se hace girar un volante. La energía del volante va a un pequeño generador, que genera corriente para un LED. Durante la Segunda Guerra Mundial se utilizaron versiones sin LED de linternas exprimibles.
Otra luz LED sin batería es una linterna Faraday. Comúnmente conocidas como linternas vibratorias, estas baterías se basan en la Ley de Inducción de Faraday , que, en términos generales, crea electricidad mediante imanes. Agitar una linterna Faraday horizontalmente hace que un imán de tierras raras cree una corriente a medida que se mueve a través de una bobina de alambre de cobre.
Para obtener cinco minutos de luz utilizable, es necesario agitar vigorosamente la batería durante unos 30 segundos. Si desea una linterna que siempre le brinde varios minutos de luz y sea un excelente tema de conversación, vale la pena considerar una luz agitada.
Esté atento a las luces de batidos falsificadas que funcionan con una pequeña batería de litio. Por ejemplo, esta linterna Shake Light indica que su batería de NiMH tiene 10.000 cargas. Una verdadera luz de vibración no debería tener batería.
Cualquiera puede fabricar una linterna LED o incandescente. Si tienes una bombilla, una batería y algunos cables, puedes construir tu propia linterna. Energizer, por ejemplo, proporciona instrucciones para fabricar una linterna sencilla utilizando una bombilla, una batería, cables y un tubo de cartón.
Sin embargo, una linterna de bombilla no permite muchos retoques. Un LED, por el contrario, se puede modificar de numerosas formas:
Busque en Google "construcción de linternas LED" y encontrará cientos de páginas con diseños de linternas de bricolaje. Algunos se centran en cómo construir una de forma económica, mientras que otros se centran en los lúmenes, como un artículo sobre una linterna casera de 72.000 lúmenes .
Las linternas LED son sencillas y fascinantes al mismo tiempo. Debido a que están creadas con semiconductores y diseño de estado sólido, estas linternas crean más luces usando menos energía. Duran más y son más duraderos. Las linternas LED son más que la cantidad de lúmenes que emiten. La intensidad, el tipo de haz y la adición de lentes los hacen adaptables para muchos usos, desde acampar y cazar hasta hacer cumplir la ley y defenderse.
A la hora de comprar una linterna LED, tenga en cuenta que existen muchas opciones en el mercado. Aunque muchas parecen casi idénticas, hay linternas de alta y baja calidad en el mercado. Amazon es un mar de linternas sin marca que ofrecen especificaciones de rendimiento increíbles a bajo costo. Son increíbles porque, bueno, la mayoría no son éticos en sus especificaciones de marketing y desempeño.
A largo plazo, será inteligente evitar las linternas baratas, sin marca, directas de China y ceñirse a marcas conocidas de calidad, como STKR, Surefire, Streamlight, Nebo, etc. Este tipo de empresas son los verdaderos innovadores. Crean productos de calidad y respaldan sus garantías. Puede que cuesten un poco más, pero si realmente necesita una buena luz (corte de energía, emergencia, en la carretera, etc.), querrá una linterna en la que pueda confiar.
marzo 28, 2022
Best explanation of how LED batteries work, on the Internet,
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febrero 08, 2023 5 lectura mínima
¿Está buscando una manera de agregar más seguridad a su hogar? ¿Le gustaría una forma de lucir sus jardines o crear un exterior de hogar más agradable? Entonces necesitas conseguir una luz solar para canalones.
febrero 01, 2023 6 lectura mínima
enero 23, 2023 4 lectura mínima
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STKR Concepts
marzo 28, 2022
Thanks, Robert for the comment and the props.