¿Para qué sirve el xenón de los faros? (1)

Lampara de Xenón usada en proyectores IMAX

Si a uno acude al paraíso de las lamparas y pide la reina de las bombillas de xenón, lo que le darán será algo similar a una especie de zepelín de cuarzo, como la imagen que encabeza este humilde artículo. No es que más el sistema de iluminación de 15 mil vatios de un proyector de cine IMAX. Este tipo de fuente luminosa son utilizadas para muchísimas cosas debido a su eficiencia, poder lumínico y su similitud con la luz natural diurna.

Eh, para un momento. ¿Has dicho similitud con la luz diurna natural? Eso puede que no acabe de cuadrar, porque todo el mundo sabe que los famosos faros de xenón, que cada vez montan más coches, producen una luz azulada, nada que ver con la iluminación solar. La respuesta es muy sencilla: lo que se usa en automoción no son bombillas de xenón.

Entonces, ¿por qué les llamamos faros de xenón? Pues porque somos unos incultos. Además, la palabra mola. No farda nada decir «ya verás que lámparas de haluro metálico trae mi coche nuevo», que es lo que deberíamos decir.

Aunque los faros de los vehículos en efecto contienen ese gas noble, el origen físico de la luz es otro. Tanto las bombillas de xenón (las de verdad), como las lámparas de haluro metálico son lo que se conoce como lámparas de descarga. Por lo tanto, el dispositivo es similar al que vemos en la foto de la bombilla del proyector IMAX.

La lámpara contiene dos electrodos metálicos enfrentados (normalmente, de tugnsteno), pero sin tocarse. Como no hay contacto, en condiciones normales la corriente eléctrica no puede pasar. Sin embargo, si se llega a acumular suficiente carga eléctrica en uno de los electrodos, al final se puede producir una chispa, similar a un rayo de tormenta (la famosa descarga).

Cuando se produce la descarga, el gas que queda entre ambos electrodos se convierte en un plasma, el cuarto estado de la materia. En este estado, se convierte en un buen conductor de la electricidad, por lo que la corriente puede continuar atravesando el espacio entre los electrodos aunque la tensión disminuya un poco.

Si el gas entre los electrones fuera aire normal y corriente, gran parte de la energía producida se malgastaría produciendo diferentes reacciones químicas (por ejemplo, el oxígeno se convertiría en ozono), y la humedad podría producir cortocircuitos. Por lo tanto, para mantener el entorno lo más estable posible, el sistema se introduce dentro de una campana protectora hermética, donde se ha substituido el aire por un gas inerte.

Lamparas de descarga, calentándose

Todo esto está muy bien, pero ¿cómo se produce la luz? Además de gas, el interior de la bombilla contiene trazas de sales metálicas (lo que los químicos llaman haluros; un compuesto que contiene un átomo halógeno y otro metálico) y un poco de vapor de mercurio (aunque, debido a su toxicidad, se están empezando a utilizar bombillas sin mercurio, pero por desgracia son incompatibles).

Los átomos de estas substancias (en total, apenas unos miligramos, si llega) se encuentran flotando mezclados con los del gas principal. Cuando se establece la corriente eléctrica que atraviesa por el canal de plasma entre ambos electrodos, estas metálicas absorben una pequeña parte de la energía, que después vuelven a emitir en forma de luz.

Para explicar en detalle como se produce esta absorción de energía y reemisión de luz, antes tendría que explicaros toda la mecánica cuántica, cosa que obviamente no voy a hacer (aunque nunca está de más recordar que, cada vez que encendemos una de estas bombillas, estamos demostrando experimentalmente que la mecánica cuántica es más o menos correcta; la Física no es algo alejado de la realidad). Pero si alguien ha estudiado un poco en bachiller, quizá le suene el concepto de transición electrónica.

Por lo tanto, la luz procede de los pocos átomos de mercurio y compuestos metálicos que flotan en el gas, cuya única función es convertirse entre los electrodos para permitir el paso de la corriente. A parte de eso, cuanto más inerte sea el gas, mejor. Por ese motivo, normalmente se usan gases nobles (que son el equivalente a los adolescentes, demasiado vagos para producir ninguna reacción química interesante).

De hecho, normalmente se utiliza argón, simplemente porque es el gas noble más habitual en nuestra atmósfera (y por lo tanto, más barato). Estas son las lámparas que podemos encontrar en la mayor parte de los alumbrados públicos y de instalaciones deportiva, como la que podemos ver en la imagen anterior.

Entonces, ¿para qué sirve el xenón que contienen los faros que montan cada vez más vehículos hoy en día? La respuesta… el próximo martes.

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Fotos | Atlant, Mg rotc2487