Per què hem de canviar les bombetes?

Bombetes1.jpg Hem de canviar les bombetes perquè es fonen, com tots sabem. Però també sabem que unes bombetes duren més que les altres. Les que més duren solen ser més eficients, com veurem tot seguit. Cóm podem fer que durin més, les bombetes? És aquí on entra la ciència. Des de fa un segle, cada cop entenem millor com interactuen la matèria i la llum. Els descobriments de la física ens permetran, d’aquí a no massa temps, que quasi no calgui canviar les bombetes. Les làmpades dels propers anys tindran una durada de trenta, quaranta o cinquanta anys.

Aquest any, el Premi Nobel de física ha estat atorgat a Serge Haroche i David J. Wineland, justament per la seva recerca sobre la manera com interactuen la matèria i la llum, l’energia electromagnètica. La seva recerca en el camp dels estats quàntics ens proporciona noves eines per avançar en el camí de la computació quàntica (val a dir que sóc dels informàtics que creuen que això va per llarg, i que els ordinadors quàntics no seran pas més fàcils d’aconseguir que la fusió nuclear a nivell industrial, per exemple). Els mecanismes que governen la interacció entre els fotons de llum i els electrons dels àtoms són complexes. Ara sabem que els fotons poden transferir energia als electrons, i que l’energia dels electrons d’un corrent elèctric pot generar nous fotons. Però el que no és tan conegut és que Albert Einstein va rebre el premi Nobel l’any 1921 no pas per la teoria de la relativitat, sinó per la seva formulació de l’efecte fotoelèctric. A l’article que va publicar l’any 1905, Einstein donava una explicació quàntica de la interacció fotons-electrons, i explicava que l’energia dels fotons és funció de la seva freqüència, del seu color. Els fotons de freqüència massa baixa no tenen prou energia i no generen electricitat en no poder fer saltar els electrons.

Totes les bombetes són fàbriques de fotons. Generen fotons a partir de l’energia del corrent elèctric. Les bombetes clàssiques, incandescents, es basen el l’efecte Joule: els cables elèctrics s’escalfen. És el mateix principi que fa que funcionin molts calefactors i estufes elèctriques, però a una temperatura molt més elevada, que fa que el filament esdevingui incandescent. Aquestes bombetes fan llum, però també generen molta radiació infraroja, molta calor. I a la factura elèctrica acabem pagant més la calor que no volem que la llum que necessitem. En canvi, les bombetes de LED són molt més “fredes”. Tot va començar l’any 1927 quan Oleg Lósev va publicar, a la revista de telefonia de Rússia, els detalls dels seus experiments. Lósev va descriure el fenomen de l’electroluminescència, que va descobrir quan va veure que els díodes emetien fotons. Els díodes són vàlvules d’electricitat: la deixen passar en un sentit, però no en sentit invers. És com un riu en un saltant d’aigua. L’aigua ve per la part de dalt, cau i continua a baix, pel riu; però no pot fer-ho a l’inrevés, no hi cap riu que pugi pels saltants d’aigua. En un díode, els electrons cauen pel saltant però només poden moure’s en un sentit perquè no el poden tornar a pujar. El que passa és que, en “caure”, els electrons desprenen energia, com l’aigua en els saltants d’una central hidroelèctrica. I aquí és on apareix la teoria quàntica i els treballs d’Einstein de l’any 1905. L’energia que tenen i que poden desprendre els electrons està empaquetada en petits “farcellets”. Cada farcellet és un quant d’energia. Si el saltant és petit (i això depèn dels materials del díode) l’electró cau però no genera cap fotó perquè no pot desembolicar farcellets. Si és més gran, pot generar un fotó de baixa energia (radiació infraroja). Si encara és més alt, el díode por arribar a fabricar fotons de llum de color visible pels humans. Trobar nous materials no va ser fàcil. La recerca sobre els LED i l’emissió de fotons va haver d’avançar molt i de fet no es va poder aprofitar tècnicament fins als descobriments de Bob Biard i Gary Pittman l’any 1961 i de Nick Holonyak l’any 1962 (que va aconseguir generar llum visible). Finalment, va ser la revista Nature Photonics, l’any 2007 i amb un article de Nikolay Zheludev, qui va reconèixer Oleg Lósev com inventor dels LED.

Parlem ara de la durada i de l’eficiència de les bombetes. A la imatge del començament d’aquest article, d’esquerra a dreta i de dalt a baix, podeu veure la clàssica bombeta incandescent, una bombeta halògena, una fluorescent de baix consum i una bombeta de LED. Segons un recent article de la revista Scientific American, una bombeta incandescent de 100 watts produeix una intensitat lumínica de 1600 lumens. Per aconseguir la mateixa llum, una bombeta halògena consumeix 77 watts mentre que una fluorescent de baix consum en consumeix 23, de watts. Les bombetes de LED donen aquesta llum tot consumint 20 watts. Però les dades sobre les seves durades són aclaparadores. Les bombetes incandescents duren unes 750 hores, les halògenes unes 1000 hores, les fluorescents unes 10000 hores i les LED duren entre 25000 i 30000 hores. Val a dir que això té a veure amb les actuals polítiques comercials i amb l’anomenada obsolescència programada. La prova és que hi ha bombetes incandescents que han estat enceses permanentment els últims 110 anys sense fondre’s.

Les làmpades LED són el futur. Són molt més eficients, gasten poc, generen molt poc calor i radiació infraroja, i duren molt més. El seu problema actual és encara el preu, però és clar que la tendència és a la baixa i que els propers anys seran més econòmiques. En tot cas, si feu un petit càlcul i compteu el que us estalvieu en compra de bombetes i en el rebut elèctric, veureu que surt a compte…

Les làmpades LED són petites obres d’art que encapsulen la recerca de més d’un segle en el camp de la interacció entre llum i matèria, començant el 1905 amb la teoria quàntica de l’efecte fotoelèctric d’Einstein, continuant amb els dispositius d’Oleg Lósev de l’any 1927 i amb els díodes emissors en espectre visible de Nick Holonyak, i arribant als treballs actuals en fotònica, en el camp del color i de la millora de rendiment. No hem pas acabat. Els LED dels nostres fills seran millors, menys cars i més eficients que els que ara coneixem.

2 comentaris

  • pbrunet

    16/10/2012 22:48

    Gràcies, Àngel. Ja ho he corretgit

  • Àngel

    12/10/2012 8:37

    Genial, però calor és femení

Comenta

*

(*) Camps obligatoris

L'enviament de comentaris implica l'acceptació de les normes d'ús