FÍSICA: ELECTRICIDAD: Electrostática y fuentes de energía eléctrica - 7ª parte
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Física

ELECTRICIDAD

Electrostática y fuentes de energía eléctrica - 7ª parte


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Electricidad por luz

a luz es otra fuente de energía eléctrica, ampliamente estudiada y con grandes posibilidades como energía alternativa a las convencionales.

Su fundamento se basa en la capacidad de la luz, que es energía en si misma, para desplazar electrones de la superficie de determinados materiales creando en ellos una carga eléctrica.

Este método tiene variadas aplicaciones. Algunos de ellos son los sensores de luz, alarmas, fotómetros y en placas fotoeléctricas solares (paneles de células solares) para la generación de energía.

Características de los materiales fotoeléctricos

Como se ha dicho, cuando la luz incide sobre la superficie de determinada sustancia puede desalojar electrones de los átomos de su superficie. Esto sucede debido a que la luz es un movimiento y por lo tanto tiene energía.

Algunas sustancias, principalmente metales, son más sensibles a la luz que otras. Esto es, para una cierta cantidad de luz se desalojarán y emitirán más electrones de la superficie de un metal altamente sensible, que de otra sustancia que lo sea menos. Debido a la pérdida de electrones el metal fotoeléctrico se carga positivamente y se crea una fuerza electromotriz o voltaje fotoeléctrico.

Los metales fotosensibles utilizados para producir energía eléctrica en células fotoeléctricas y células solares suelen ser compuestos de óxido de plata y óxido de cobre, o aleaciones de selenio.

Una célula fotoeléctrica típica consiste en una especie de emparedado o disco metálico, compuesto por tres capas de material. Las dos capas externas hacen de electrodos, una de ellas es de hierro; la otra es una película de material transparente o semitransparente que permite el paso de la luz. La capa central puede ser una aleación de selenio, que tiene propiedades eléctricas al recibir la luz.

Cuando incide la luz sobre una célula fotoeléctrica, entre las dos capas externas se produce una diferencia de potencial que puede ser medida con un voltímetro
Cuando incide la luz sobre una célula fotoeléctrica, entre las dos capas externas se produce una diferencia de potencial que puede ser medida con un voltímetro

Cuando incide el haz de luz sobre la aleación de selenio a través del material transparente, se produce una diferencia de potencial entre las dos capas externas. Si en ese momento se conecta un voltímetro entre esas capas se puede medir el voltaje que proporciona.

Tipos de células y dispositivos sensibles a la luz

Los dispositivos electrónicos sensibles a la luz se dividen en tres clases según su forma de actuar:

Células fotoemisoras o fototubos

Son células fotoeléctricas ya en desuso que se basan en el efecto fotoeléctrico. Constan de una ampolla de vidrio con un cátodo fotoemisor de gran superficie. El ánodo suele ser un hilo muy fino, con objeto de que proyecte la menor sombra posible sobre el cátodo. Entre ambos electrodos se manifiesta una diferencia de potencial, y de esta forma, los electrones emitidos por el cátodo al incidir la luz sobre él, proporcionan una corriente en el circuito del ánodo que puede ser medido colocando un amperímetro en serie.

La célula fotoemisora consta de un cátodo de gran superficie y un ánodo muy fino. Al incidir la luz se puede medir una corriente entre ambos electrodos.
La célula fotoemisora consta de un cátodo de gran superficie y un ánodo muy fino. Al incidir la luz se puede medir una corriente entre ambos electrodos.

La intensidad de corriente de este dispositivo es muy débil, no superior a 60 miliamperios. Las células fotoemisoras pueden ser de vacío o de gas; en la actualidad van siendo reemplazadas por otros dispositivos más evolucionados basados en semiconductores. Se han utilizado sobre todo para realizar medidas fotométricas, y para la lectura de la banda sonora de las películas cinematográficas.

Fotorresistencias o células fotoconductoras

Las fotorresistencias o células fotoconductoras, son resistencias cuyo valor cambia al incidir luz sobre ellas. Están formadas por un material semiconductor colocado entre dos electrodos. Cuando la energía de los electrones incidentes es suficiente para que algunos electrones puedan saltar de su órbita, aumenta la conductividad. Se construyen de forma que su superficie tenga la máxima exposición a la luz. Se utilizan en circuitos conmutados, para el gobierno de relés, en alarmas, fotometría, etc.

Células fotovoltaicas o fotoeléctricas

Las células fotovoltaicas o fotoeléctricas son dispositivos semiconductores que proporcionan una fuerza electromotriz cuyo valor depende de la luz que incide sobre ellos. Tienen algunos inconvenientes, sobre todo su desgaste y sensibilidad a la temperatura. Se utilizan para la conmutación mediante detectores de luz. Los fotodiodos y los fototransistores son un tipo especial de células fotovoltaicas en los que la luz incidente puede modular la corriente que circula por ellos.

Célula solar

La célula solar no es más que una célula fotovoltaica que se utiliza para producir energía eléctrica por la radiación solar. Las células solares se suelen encapsular en resinas, para disminuir su fragilidad. El material de que están formadas suele ser silicio.

Las células solares poseen un voltaje pequeño, 0,7 ó 0,8 V, lo cual resulta inviable para su práctico, por ello se asocian varias células solares en serie hasta formar una pila solar (panel solar) que suministre él voltaje adecuado para su manipulación y distribución.

Panel de células solares utilizado en una instalación doméstica
Panel de células solares utilizado en una instalación doméstica

Las células solares se utilizan ampliamente en los satélites artificiales como recargadores de baterías eléctricas. En nuestra vida diaria podemos observar múltiples casos de utilización de las células solares: Colocadas en el tejado de los edificios para suministrar energía eléctrica al hogar; en la ayuda a la navegación (faros, sirenas luminosas, etc.); en la agricultura (invernaderos); en las carreteras y autopistas (teléfonos de emergencia, balizamientos, semáforos de obra, etc.).

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