UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA MECANICA Y ELECTRICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE “INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA”
TEMA CUESTIONARIO CUESTIONARIO N°1
FECHA:
27/04/2012
SECCION: X-ME-1
CURSO: INGENIERIA DE LA ILUMINACION COMPUESTO POR: VARGAS DONAYRE VICTOR SAUL DOCENTES: ING. ING. VICTOR MANUEL MANUEL BRAVO RAMOS
ICA-PERU
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 1
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
INGENIERIA DE LA ILUMINACION CUESTIONARIO N°01
1) Elaborar una tabla de longitud de onda y frecuencia de las radiaciones del espectro visible. Investigar la elaboración de la misma tabla de las otras radiaciones del espectro del éter. ESPECTROFOTOMETRO DE LUZ VISIBLE Y ULTRAVIOLETA
ESPECTROFOTOMETRIA La Espectrofotometría es la medida de la absorción o de la emisión de la radiación electromagnética al pasar a través de una sustancia, en función de su longitud de onda, para la cuantificación y la determinación de la naturaleza de una sustancia a través del análisis de la radiación, ya que el método fotométrico es el más importante en el análisis cuantitativo, y cuando se aplica en la región ultravioleta también nos proporciona información sobre la estructura de las moléculas.
CONCEPTOS
TEORICOS:
ESPECTROFOTOMETRO: Instrumento que mide la energía radiante absorbida o transmitida por una muestra, en función de la longitud de onda. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO: Existen en la naturaleza diferentes tipos de radiaciones electromagnéticas, como rayos cósmicos, gama, X, radiación visible, ultravioleta, infrarroja, etc. El ordenamiento secuencial de estas formas de
radiación se conoce como espectro electromagnético.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 2
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Espectro Electromagnético Espectro Visible
LUZ O ESPECTRO VISIBLE: La radiación visible y la ultravioleta son sólo una pequeña porción del espectro electromagnético y pueden presentar los fenómenos de reflexión, refracción y difracción. La radiación visible llamada así por que es la única parte del espectro electromagnético que es percibida por el ojo humano y tiene un intervalo de 380 nm a 780 nm y cuando ésta se difracta, podemos observar los diferentes colores que la conforman, para cada color se tiene un intervalo de longitudes de onda como se muestra en la tabla: COLOR INTERVALO DE m VIOLETA 380-430 nm AZUL 450-495 nm VERDE 495-550 nm VERDE-AMARILLO 550-570 nm AMARILLO 570-590 nm NARANJA 590-620 nm ROJO 620-750 nm
ESPECTRO ULTRAVIOLETA: Radiación ultravioleta o Luz ultravioleta: La radiación visible y la ultravioleta son sólo una pequeña porción del espectro electromagnético y pueden presentar los fenómenos de reflexión, refracción y difracción. : La radiación visible y la ultravioleta son sólo una pequeña porción del espectro electromagnético y pueden presentar los fenómenos de reflexión, refracción y difracción. El intervalo de radiaciones cubierto por la región VIS en la Espectrofotometría va de 380 a 780 nm. La región ultravioleta completa va de 10 a 380 nm la cual se divide en ultravioleta lejano [1] (10-20 nm) y ultravioleta cercano [2] (200-380), pero en Espectrofotometría solo se utiliza la región UV cercano.
Observaciones empíricas nos muestran que algunas formas de radiación son más energéticas que otras, por ejemplo la luz visible es relativamente inofensiva, pero los rayos ultravioleta causan quemaduras, los rayos X causan serias quemaduras, los rayos cósmicos pueden ser detectados en minas profundas, aún penetrando a cientos de pies del suelo. La conclusión a la que se llega bajo estas observaciones
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 3
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
es que a cortas longitudes de onda o radiación de alta frecuencia son más energéticas que largas longitudes de onda o radicaciones de baja frecuencia.
LONGITUD DE ONDA (y sus unidades): Las radiaciones electromagnéticas se propagan describiendo ondas o ciclos, y la forma de medirlas es mediante el tamaño de la onda. Longitud de onda es la distancia que hay entre las crestas o valles de dos ondas adyacentes, medidas a lo largo de la línea de propagación y la representamos con la letra griega m (lambda).
Ondas electromagnéticas y longitud de onda DENOMINACIÓN SÍMBOLO EQUIVALENCIA Centímetro Cm 1x10-2 m Micrómetro m 1x10-6 m Milimícra Mm 1x10-9 m Nanómetro Nm 1x10-9 m Ängstrom Ä 1x10-10 m Unidades de la longitud de onda De la tabla anterior podemos observar que mm= nm que nm = 1x10-1 A
COLOR: La absorción selectiva de parte de las radiaciones del espectro visible es
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 4
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
causa determinante del color de los cuerpos
LUZ POLICROMATICA: Es la radiación electromagnética compuesta de dos o más colores. Es la radiación electromagnética compuesta de dos o mas longitudes de onda. LUZ MONOCROMATICA: Es la radiación electromagnética compuesta de un solo color. Es la radiación electromagnética compuesta de una sola longitudes de onda. LEY DE BEER: Establece que al hacer pasar un haz de luz monocromático a través de una solución transparente y colorida la cantidad de luz absorbida por esta es directamente proporcional a su concentración. LEY DE LAMBERT: Establece que al hacer pasar un haz de luz monocromático a través de una solución transparente y colorida la cantidad de luz absorbida por esta es directamente proporcional al diámetro de la celda que contiene a dicha solución LEY DE LAMBERT-BOUGER-BEER: Establece que al hacer pasar un haz de luz monocromático a través de una solución transparente y colorida la cantidad de luz absorbida por esta es directamente proporcional a su concentración y al diámetro de la celda que contiene dicha solución. ABSORBANCIA: La absorción de la radiación electromagnética se lleva a cabo al hacerla pasar a través de la materia con la frecuencia adecuada, la radiación es retenida por la materia originando diferentes fenómenos de acuerdo a sus niveles de energía como: rotaciones, transiciones o vibraciones. En la práctica cuando un rayo de luz pasa a través de una solución colorida parte de esta radiación es absorbida y la restante se refleja o se transmite, de acuerdo a sus características físico químicas, a este fenómeno se le denomina absorción diferencial y constituye parte fundamental de la espectrofotometría ya que en ella es muy importante el tipo y la cantidad de energía absorbida. TRANSMITANCIA: En la práctica cuando un rayo de luz pasa a través de una solución colorida parte de esta radiación es absorbida y la restante se refleja o se transmite, cuando se mide la cantidad de luz transmitida se le llama transmitancia.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 5
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
LA TEORIA DEL ETER Artículo principal: Teoría del eter .
En 1850 Foucault, Fizeau y Breguet realizaron un experimento crucial para decidir entre las teorías ondulatoria y corpuscular. El experimento fue propuesto inicialmente por Arago y consiste en medir la velocidad de la luz en aire y agua. La teoría corpuscular explica la refracción en términos de la atracción de los corpúsculos luminosos hacia el medio más denso, lo que implica una velocidad mayor en el medio más denso. Por otra parte, la teoría ondulatoria implica, de acuerdo con el principio de Huygens que en el medio más denso la velocidad es menor. En las décadas que siguieron, se desarrolló la teoría del éter. El primer paso fue la formulación de una teoría de la elasticidad de los cuerpos sólidos desarrollada por Claude Louis Marie Henri Navier que consideró que la materia consiste de un conjunto de partículas ejerciendo entre ellas fuerzas a lo largo de las líneas que los unen. Diferentes desarrollos aplicables a la Óptica fueron realizados por Siméon Denis Poisson,George Green, James MacCullagh y Franz Neuman. Todas ellas encontraban dificultades por intentar explicar el fenómeno óptico en términos mecánicos. Por ejemplo, al incidir sobre un medio una onda transversal, se deberían producir ondas, tanto longitudinales como transversales, pero, según los experimentos de Arago y Fresnel, solo se producen del segundo tipo. Otra objeción a la hipótesis del éter es la ausencia de resistencia al movimiento de los planetas. Un primer paso para abandonar el concepto de éter elástico lo realizó MacCullagh, que postuló un medio con propiedades diferentes a la de los cuerpos ordinarios. Las leyes de propagación de ondas en este tipo de éter son similares a las ecuaciones electromagnéticas de Maxwell. A pesar de las dificultades, la teoría del éter elástico persistió y recibió aportaciones de físicos del siglo XIX, entre ellos William Thomson (Lord Kelvin), Carl Neumann, John William Strutt (Lord Rayleigh) y Gustav Kirchhoff.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 6
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
2) Definir en forma concreta las teorías sobre la naturaleza de la luz.
NATURALEZA DE LA LUZ La luz presenta una naturaleza compleja: depende de cómo la observemos se manifestará como una onda o como una partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios (véase Dualidad onda corpúsculo). Sin embargo, para obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fenómenos en los que participa según su interpretación teórica:
Teoría ondulatoria Esta teoría, desarrollada por Christiaan Huygens, considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampère) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday ). De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas sonsinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación.
Para poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parámetros habituales de cualquier onda:
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 7
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Amplitud (A ): Es la longitud máxima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento. Periodo (T ): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio. Frecuencia (ν ): Número de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad inversa al periodo. Longitud de onda ( λ): Es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas. Velocidad de propagación (V ): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la velocidad de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c . La velocidad, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda están relacionados por las siguientes ecuaciones:
Teoría corpuscular Descripción La teoría corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de partículas sin carga y sin masa llamadas fotones, capaces de portar todas las formas de radiación electromagnética. Esta interpretación resurgió debido a que, la luz, en sus interacciones con la materia, intercambia energía sólo en cantidades discretas (múltiplos de un valor mínimo) de energía denominadas cuantos. Este hecho es difícil de combinar con la idea de que la energía de la luz se emita en forma de ondas, pero es fácilmente visualizado en términos de corpúsculos de luz o fotones. FENOMENO CORPUSCULAR EXISTEN TRES EFECTOS QUE DEMUESTRAN EL CARÁCTER CORPUSCULAR DE LA LUZ . SEGÚN EL ORDEN HISTÓRICO , EL PRIMER EFECTO QUE NO SE PUDO EXPLICAR POR LA CONCEPCIÓN ONDULATORIA DE LA LUZ FUE LA RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO
.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 8
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Teorías cuánticas Diagrama de Feynman donde se muestra el intercambio de un fotón virtual (simbolizado por una línea ondulada y ) entre un positrón y un electrón. La necesidad de reconciliar las ecuaciones de Maxwell del campo electromagnético, que describen el carácter ondulatorio electromagnético de la luz, con la naturaleza corpuscular de los fotones, ha hecho que aparezcan varías teorías que están aún lejos de dar un tratamiento unificado satisfactorio. Estas teorías incorporan por un lado, la teoría de la electrodinámica cuántica, desarrollada a partir de los artículos de Dirac, Jordan, Heisenberg y Pauli, y por otro lado la mecánica cuántica de de Broglie, Heisenberg y Schrödinger.
3)Describa el proceso y principios de funcionamiento de la fotografía, célula fotoeléctrica, resaltando la aplicación de la luz.
PRINCIPIO DE LA FOTOGRAFIA Hacia el siglo XVII se sabía que ciertos compuestos de plata se ennegrecían al exponerlos al sol, pero se ignoraba si era el calor o la luz la causa del oscurecimiento. Jihann Heinri Schulze, profesor de anatomía de la Universidad de altdorf (Alemania), descubrió que la luz causaba el proceso de ennegrecimiento. En 1725, cuando trabajaba en un soleado laboratorio sobre un método para obtener fósforo, descubrió por accidente que el compuesto que usaba en un matraz adquiría en el lado iluminado por el sol una coloración púrpura negruzca. Schulze abandonó su experimento sobre el fósforo e investigó el
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 9
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
fenómeno. Recortó varias palabras de una hoja de papel y la colocó al rededor del matraz. Situó este cerca del calor de una llama pero no se produjo ningún cambio de color. Cuando colocó el recipiente al sol durante largo tiempo y luego quitó el papel, las palabras aparecieron en el matraz tal como habían sido cortadas, "fotografiadas" por el nitrato de plata oscurecido. Schulze tardó algún tiempo en comprender que era la pequeña cantidad de plata de compuesto original lo que había causado el cambio. Sus hallazgos constituyeron la base de posteriores investigaciones sobre sustancias sensibles a la luz. LOS PRIMEROS PROCESOS FOTOGRÁFICOS Niépce inició en 1829 una incómoda asociación con Jacques Louis Daguerre, un conocido pintor, diseñador teatral y creador del Diorama, espectáculo popular en el que producía ilusiones ópticas de gran tamaño. También había experimentado con diferentes métodos fotográficos. Frustrado por su falta de resultados, consideró ventajoso colaborar con Niépce murió en 1833, no mucho antes de que Daguerre perfeccionase un tipo de fotografía denominada daguerrotipo. El invento fue presentado ante un público curioso en enero de 1839, pero Daguerre mantuvo en secreto hasta agosto el proceso que utilizaba para sus fotografías. Empleaba una lámina de cobre recubierta de plata que trataba con vapor de yodo para fotosensibilizarla. Después de ser expuesta en la cámara, la placa se sometía a vapor de mercurio para revelar la imagen, que se fijaba luego con una solución de sal común. Al enterarse del invento de Daguerre en enero, William Henry Foz un acomodado científico inglés, decidió defender sus derechos dando a conocer si propio proceso antes que Daguerre. El 31 de enero de 1839 no sólo anunció su invento sino que además describió los detalles técnicos de su proceso. El invento de Talbot, llamado "Dibujo fotogénico", se remontaba a 1835. Hacia 1841, Talbot realizó importantes modificaciones y lo rebautizó "calotipo". Se trataba del primer proceso negativo - positivo del mundo. Talbot usaba papel tratado con nitrato de plata y yoduro potásico. Tras la exposición usaba un baño de ácido gálico y calentaba el negativo para revelar por completo la imagen latente recibida durante la exposición. A continuación usaba papel sensibilizado con sales de plata para recibir las copias positivas, que finaba con sal.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 10
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Las diferencias entre el daguerrotipo y el calotipo eran substanciales. Un daguerrotipo era positivo directo, una imagen nítida formada por minúsculos glóbulos de mercurio sobre la placa metálica. Cada fotografía era única y sólo se podía reproducir fotografiándola. Resultado sumamente frágil y requería una protección de cristal. Al principio las exposiciones duraban de 20 a 30 minutos, pero al cabo de unos años se redujeron a un minuto. El calotipo era un método negativo positivo. Las exposiciones duraban de uno a cinco minutos. El proceso permitía un infinito número de copias sobre papel de un negativo único. A pesar de la popularidad del daguerrotipo, fue el calotipo, que permitía la reproducción, el que había de perdurar. El daguerrotipo pasó de moda a mediados del siglo pasado. Reducidos los tiempos de exposición uno o dos minutos, hacia 1841 fue posible realizar retratos con una cámara. Pero permanecer sentado inmóvil, aunque fuera por poco tiempo, podía resultar incómodo, a pesar del uso de soportes para mantener la cabeza inmóvil. A veces, en función de la comodidad, se fotografiaba al sujeto con los ojos cerrados. Luego se abrían en la foto mediante la hábil aplicación de pintura con un pincel.
LA CÁMARA FOTOGRÁFICA Máquina donde se impresiona la imagen mediante la luz en una superficie sensibilizada llamada clisé, placa, película o filme.
- ESTRUCTURA: El cuerpo de la cámara es una caja donde se aloja la Película y que contiene además un soporte para el Objetivo, el cual reproduce, sobre la película, el motivo. También debe tener un Visor, para poder dirigirla hacia el motivo, y un Obturador para regular el tiempo de exposición (el tiempo en que se dejan pasar los rayos luminosos hacia la película). El Diafragma del objetivo sirve para regular la intensidad de los rayos de luz que inciden sobre el plano de la película. Para obtener la máxima nitidez a diferentes distancias entre el motivo y el plano de la película, es necesario desplazar el objetivo mediante un Regulador de Distancia. En las cámaras provistas de objetivo fijo, éste se halla situado de tal forma que puede obtenerse una imagen nítida entre infinito y 3 m, aproximadamente.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 11
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
A través del Visor, el fotógrafo ve y compone el tema, éste es una ventanita para mirar por ella, puede tener una pequeña lente propia o utilizar un aparato que le permita ver a través del cuerpo de la cámara. El Objetivo, recibe la luz que refleja el sujeto y enfoca una imagen invertida sobre la película. Todos los objetivos, excepto los de las cámaras más sencillas, comprenden varias lentes separadas que funcionan como una sola, y se llama Lente Compuesta. El Diafragma, es el agujero circular en medio de la lente por el que entra la luz. Su tamaño puede variar para alterar la cantidad de luz que entra en la cámara y va a dar a la película. Cuando está abierto del todo deja pasar toda la luz posible, como habrá que hacer, por ejemplo en un día muy nublado. Pero cuando la luz es muy intensa, reduce la cantidad de luz cerrándolo. Además, las cámaras poseen una Palanca de Arrastre de Película, el cual hace avanzar la película en la distancia adecuada después de cada exposición. En la mayoría de los casos está conectado al obturador, e forma que si se olvida pasar la película queda bloqueado el Disparador. Un Contador registra el número de fotografías que se han hecho. El Telémetro, mide la distancia entre la cámara y el objeto y vienen adaptados a muchos visores de cámaras de 35 mm.
TIPOS DE CÁMARAS La cámara de caja y la cámara de fuelle son los tipos clásicos a partir de los cuales se han desarrollado muchos modelos; la cámara reflex monocular del tipo Hasselblad, predecesora del tipo Rolleiflex y las cámaras miniaturizadas, como la Minox, son algunas de las muestras que ofrece el mercado.
CÁMARA DE VISOR DIRECTO: son cámaras muy sencillas. Se ve el sujeto a través de un visor, su enmarcado ayuda a compensar cualquier error que se pudiera producir en el encuadre. Muchas de estas cámaras son de poco peso y de fácil manejo, pero estas no son apropiadas para primeros planos o para sujetos en movimiento, no deben utilizarse con poca luz y su objetivo no es intercambiable. - Tamaños de película: 110, 126, 135, 120.
CÁMARA CON TELÉMETRO: es una cámara de visor directo, pero con mandos más avanzados que suelen incluir un exposímetro. El telémetro mide la distancia a la que se encuentra el sujeto para un mejor enfoque. El sistema de enfoque del
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 12
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
objetivo funciona en combinación con el telémetro del visor, de forma que si se ve una imagen doble o rota en éste hay que girar el mando de enfoque hasta que ambas imágenes coincidan en una sola. Son muy fáciles de manejar y suelen ofrecer una amplia gama de velocidades de obturación adecuadas para la mayoría de las condiciones de luz. Casi todas admiten películas de 35 mm. La mayoría poseen objetivos fijos, por lo que no sirven para primeros planos y la imagen del visor aunque nítida, es pequeña. - Tamaños de película: 110, 135, 120, 220.
CÁMARA REFLEX DE UN SOLO OBJETIVO (SRL), 35 mm: ofrece el sistema de visor más eficaz. Un espejo, con una inclinación de 45º, detrás del objetivo, dirige la luz hacia arriba a una pantalla de enfoque, lo cual elimina los errores de encuadre. Estas cámaras tienen un gran surtido de accesorios. El obturador de plano focal, está incorporado al cuerpo de la cámara, permite cambiar el objetivo sin peligro de velar la película. Una reflex de un solo objetivo es de fácil enfoque, pero son más pesadas y más complejas que las de visor directo, suelen ser más costosas y delicadas. - Tamaño de película: 135 (hay unas cámaras muy parecidas que llevan películas de 110).
CÁMARA CUADRADA REFLEX DE UN SOLO OBJETIVO: tienen los visores arriba, por lo que hay que colocarlas a la altura de la cintura, pero muchas admiten pentaprismas u otros visores. La mayoría producen negativos de 6 x 6 cm. Los modelos que producen los negativos rectangulares sólo se pueden utilizar para hacer fotos verticales si tienen pentaprisma. El negativo al ser mayor, da una mejor calidad que el de 35 mm. Es más fácil ver el detalle en la pantalla del visor. La mayoría de los modelos tienen cartuchos o insertadores de películas intercambiables, lo que permite cargar la máquina muy de prisa. Algunas tienen el obturador incorporado en el objetivo y se sincronizan con el flash a cualquier velocidad. - Tamaños de película: 6 x 6 cm, 6 x 7 cm, 4,5 x 6 cm, 70 mm de doble perforación.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 13
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
FUNCIONAMIENTO. Toda cámara, desde el modelo de bolsillo más simplificado hasta la más complicada reflex de un solo objetivo, es básicamente una cámara hermética a la luz con un trozo de película en el fondo y un agujero enfrente para permitir la entrada de la luz. La luz es enfocada hasta la película por un objetivo, formando una imagen de lo que está delante de la cámara. La cantidad de luz que entra en la cámara está controlada por el tamaño del agujero y la duración del tiempo en que permanece abierto. Arriba de la cámara hay n aparato visor que permite seleccionar el área que ha de incluirse en la fotografía. Todo lo que se añada a esta cámara básica la hará más versátil, pero no es esencial.
CELULA FOTOELECTRICA Una célula fotoeléctrica, también llamada célula, fotocélula o celula fotovoltaica, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (flujo de electrones libres) mediante el efecto fotovoltaico. Compuestos de un material que presenta efecto fotoeléctrico: absorben fotones de luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. La eficiencia de conversión media obtenida por las células disponibles comercialmente (producidas a partir de silicio monocristalino) está alrededor del 11-12%, pero según la tecnología utilizada varía desde el 6% de las células de silicio amorfo hasta el 14-19% de las células de silicio monocristalino. También existen Las células multicapa, normalmente de Arseniuro de galio, que alcanzan eficiencias del 30%. En laboratorio se ha superado el 42% con nuevos paneles experimentales.[cita requerida]
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 14
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
La vida útil media a máximo rendimiento se sitúa en torno a los 25 años, período a partir del cual la potencia entregada disminuye. Al grupo de células fotoeléctricas para energía solar se le conoce como panel fotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos consisten en una red de células solares conectadas como circuito en serie para aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado (usualmente se utilizan 12V ó 24V) a la vez que se conectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo. El tipo de corriente eléctrica que proporcionan es corriente continua, por lo que si necesitamos corriente alterna o aumentar su tensión, tendremos que añadir un inversor y/o un convertidor de potencia PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO En un semiconductor expuesto a la luz, un fotón de energía arranca un electrón, creando al pasar un «hueco». Normalmente, el electrón encuentra rápidamente un hueco para volver a llenarlo, y la energía proporcionada por el fotón, pues, se disipa. El principio de una célula fotovoltaica es obligar a los electrones y a los huecos a avanzar hacia el lado opuesto del material en lugar de simplemente recombinarse en él: así, se producirá una diferencia de potencial y por lo tanto tensión entre las dos partes del material, como ocurre en una pila. Para ello, se crea un campo eléctrico permanente, a través de una unión pn, entre dos capas dopadas respectivamente, p y n:
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 15
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Estructura de una célula fotovoltaica. La capa superior de la celda se compone de silicio dopado de tipo n.1 En esta capa, hay un número de electrones libres mayor que una capa de silicio puro, de ahí el nombre del dopaje n, como carga negativa (electrones). El material permanece eléctricamente neutro: es la red cristalina quien tiene globalmente una carga negativa. La capa inferior de la celda se compone de silicio dopado de tipo p.2 Esta capa tiene por lo tanto una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro, los electrones están ligados a la red cristalina que, en consecuencia, está cargada positivamente. La conducción eléctrica está asegurada por los huecos, positivos (p). En el momento de la creación de la unión pn, los electrones libres de la capa n entran en la capa p y se recombinan con los huecos en la región p. Existirá así durante toda la vida de la unión, una carga positiva en la región n a lo largo de la unión (porque faltan electrones) y una carga negativa en la región en p a lo largo de la unión (porque los huecos han desaparecido); el conjunto forma la «Zona de Carga de Espacio» (ZCE) y existe un campo eléctrico entre las dos, de n hacia p. Este campo eléctrico hace de la ZCE un diodo, que solo permite el flujo de corriente en una dirección: los electrones pueden moverse de la región p a la n, pero no en la dirección opuesta y por el contrario los huecos no pasan más que de n hacia p. En funcionamiento, cuando un fotón arranca un electrón a la matriz, creando un electrón libre y un hueco, bajo el efecto de este campo eléctrico cada uno va en dirección opuesta: los electrones se acumulan en la región n (para convertirse en polo negativo), mientras que los huecos se acumulan en la región dopada p (que se convierte en el polo positivo). Este fenómeno es más eficaz en la (ZCE), donde casi no hay portadores de carga (electrones o huecos), ya que son anulados, o en la cercanía inmediata a la (ZCE): cuando un fotón crea un par electrón-hueco, se separaron y es improbable que encuentren a su opuesto, pero si la creación tiene lugar en un sitio más alejado de la unión, el electrón (convertido en hueco) mantiene una gran oportunidad para recombinarse antes de llegar a la zona n (resp. la zona p). Pero la ZCE es necesariamente muy delgada, así que no es útil dar un gran espesor a la célula.3 En suma, una célula fotovoltaica es el equivalente de un Generador de Energía a la que hemos añadido un diodo.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 16
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Es preciso añadir contactos eléctricos (que permitan pasar la luz: en la práctica, mediante un contacto de rejilla, una capa antireflectante para garantizar la correcta absorción de fotones, etc. Para que la célula funcione, y produzca la potencia máxima de corriente se le añade la banda prohibida de los semiconductores a nivel de energía de los fotones. Es posible aumentar las uniones a fin de explotar al máximo el espectro de energía de los fotones, lo que produce las células multijuntas. INVESTIGACION Y DESARROLLO La técnica no ha alcanzado la madurez y muchas vías de investigación están siendo exploradas, primero se debe reducir el costo de la electricidad producida, y también avanzar en la resistencia de los materiales, flexibilidad de uso, facilidad de integración en los objetos, en la vida, etc.). Todas las etapas de los procesos de fabricación se pueden mejorar, por ejemplo: La empresa «Evergreen Solar » ha conseguido realizar el depósito de silicio todavía líquido en una película donde se cristaliza directamente con el espesor preciso de la lámina. La empresa "Nanosolar" ha industrializado la producción de células CGIS mediante una técnica de impresión en continuo, esperando un costo de 1 $/W en el año 2010. Todas las compañías han anunciado sucesivos aumentos de la eficiencia de sus células. El tamaño de las obleas está creciendo de manera constante, reduciendo el número de manipulaciones
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 17
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Se trata de utilizar mejor todas las longitudes de onda del espectro solar (incluyendo el infrarrojo, lo que abre perspectivas interesantes: la conversión directa de la luz de una llama en electricidad, refrigeración). Concentradores(ya utilizados en los satélites) se están probando en la tierra. A
través de espejos y lentes incrustados en el panel, focalizan la radiación en la célula fotovoltaica A finales de 2007, Sharp ha anunciado la disponibilidad de un sistema de enfoque hasta 1100 veces la radiación solar (contra 700 veces para la marca previa de 2005); a principios de 2008, Sunrgi ha alcanzado 1600 veces. La concentración permite disminuir la proporción de los grupos de paneles dedicados a la producción de electricidad, y por lo tanto su coste. Por otra parte, estos nuevos materiales soportan muy bien la elevada temperatura debida a la concentración del flujo solar .7 Se está estudiando también la posibilidad de unir el silicio amorfo y el cristalino por heterounión en una célula solar más simple de más del 20% de eficiencia. Proyecto de 2 años anunciado a principios de 2008, con la participación del Laboratorio de Innovación para Nuevas Tecnologías Energéticas y Nanomaterials del CEA-Liten y la empresa coreana JUSUNG (proveedor de equipamiento para los fabricantes de semiconductores), con el INES (Savoy) donde la CEA-Liten ha concentrado sus actividades en la energía solar. Otros semiconductores (selenio;asociación cobre-indio-selenio (CIS) de película fina) se están estudiando por ejemplo en Francia por el instituto de investigación y desarrollo en energía fotovoltaica (IRDEP 8 ). El CIS parece ofrecer un modesto rendimiento del 12%, pero con bajo costo de fabricación. Los compuestos orgánicos de (materias plásticas) también pueden ser usadas para hacer células fotovoltaicas de polímeros, y podría llegar a hacerse paneles flexibles y ligeros, azulejos, tejidos o velas solares, es de esperar que de fabricación a bajo coste. En la actualidad los rendimientos son bajos (5% como máximo), así como su vida, y aún quedan muchos problemas técnicos por resolver. A principios de 2008, el grupo japonés Fujikura anunciaba9 haber puesto a prueba (1000 horas a 85° C y con una humedad del 85%) unas células fotovoltaicas orgánicas de tipo Grätzel no sólo más resistente, sino que su rendimiento mejoró del 50 al 70% con una superficie rugosa que distribuye al azar la luz reflejada dentro de la célula donde se liberan de nuevo las cargas eléctricas mediante la activación de otros pigmentos fotosensibles.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 18
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
4) Elaborar una tabla de la temperatura de color de las fuentes de luz natural y diferentes fuentes artificiales.
TEMPERATURA DE COLOR DE FUENTES NATURALES Y ARTIFICIALES
Sabiendo que se mide en grados Kelvin, no estamos hablando de la temperatura que produce esta luz. Se observa el color que adquiere un cuerpo negro iluminado por una determinada fuente de luz, y se compara con el color que adquiere ese cuerpo negro calentado a una cierta temperatura medida en grados Kelvin. De esta forma a 3000 K de una llama tiene un color rojizo, y a 4600 K de la llama será de color azul. Por lo que una llama de color azul tiene mas temperatura que una de color rojizo. Por lo tanto es tan solo una medida del color de la luz. La luz solar, luz de cielo, la luz incandescente, fluorescente, como también otras fuentes artificiales de luz, tienen características de temperatura de color propias. El ojo humano tiene la capacidad de compensar en cierta medida las diferentes temperaturas de color de cada fuente. El blanco va a parecer blanco para el ojo no importa de qué fuente este reflejando luz. Pero, la película esta balanceada para una temperatura de color determinada, 3.200ºK (tungsteno) o 5.600ºk (luz día), la luz emitida por otras fuentes van a aparecer en la película con variaciones de color. Para balancear las luces a la respuesta de la película, se requiere de filtros de corrección de temperatura de color.
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 19
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Fuente de luz
Temperatura de color (K)
Cielo azul Cielo Nublado Luz solar a mediodía Flash 4 horas después de amanecer 3 horas después de amanecer 2 horas después de amanecer 1 hora después de amanecer Amanecer Luz de luna Lámparas fluorescentes Tipo 'Luz de día' Tipo 'Blanco neutro' Tipo 'Blanco cálido' Lámparas incandescentes Bombilla con cristal azul Focos iluminación vídeo/fotografía Halógenas domésticas (cuarzo) Bombilla 100 vatios doméstica Luz de vela
10.000 a 30.000 7.000 5.600 5.500 5.000 4.850 4.300 3.550 2.200 4.100 6.300 4.000 3.200 4.000 3.200 (tipo A)/ 3.400 (tipo B) 2.900 2.850 1.900
INGENIERIA DE ILUMINACION
Página 20