Energía lumínica
La energía lumínica es la energía que transporta la luz en forma de fotones y que puede convertirse en calor, electricidad o energía química.
La energía lumínica es la energía que transporta la luz en forma de radiación electromagnética. Cada fotón lleva una cantidad de energía proporcional a su frecuencia, y al ser absorbido puede convertirse en calor, en electricidad o en energía química, como ocurre en la fotosíntesis y en las placas solares.
¿Qué es la energía lumínica?
También llamada energía radiante en su porción visible, es la parte de la energía electromagnética que el ojo humano percibe como luz, con longitudes de onda aproximadas de 380 a 750 nm. Se propaga como onda y, a la vez, se intercambia en paquetes discretos llamados fotones, una dualidad que sostiene la física cuántica.
No necesita medio material: viaja por el vacío a 299 792 458 m/s (la velocidad de la luz). La fuente principal en la Tierra es el Sol, que aporta en el límite de la atmósfera unos 1 361 W/m² (la constante solar); sobre la superficie llega, en un día despejado y con el Sol alto, alrededor de 1 000 W/m².
Fórmula y unidades
La energía de un fotón se calcula con la relación de Planck-Einstein:
donde h = 6,626 × 10⁻³⁴ J·s es la constante de Planck, f la frecuencia, c la velocidad de la luz y λ la longitud de onda. A mayor frecuencia (menor longitud de onda), más energía: un fotón violeta transporta más que uno rojo.
| Magnitud | Unidad SI | Qué mide |
|---|---|---|
| Energía radiante | julio (J) | Energía total transportada por la radiación |
| Potencia radiante | vatio (W) | Energía por unidad de tiempo |
| Irradiancia | W/m² | Potencia que incide por unidad de superficie |
| Flujo luminoso | lumen (lm) | Luz emitida, ponderada por la sensibilidad del ojo |
| Iluminancia | lux (lx = lm/m²) | Luz recibida por unidad de superficie |
Para fotones individuales es habitual emplear el electronvoltio: 1 eV = 1,602 × 10⁻¹⁹ J.
Cómo se produce
- Incandescencia: un cuerpo muy caliente emite luz, como el Sol, una llama o el filamento de una bombilla clásica.
- Luminiscencia: los electrones excitados de un átomo bajan de nivel y emiten un fotón, como en los LED, los fluorescentes o los animales bioluminiscentes.
- Reacciones químicas y nucleares: la fusión en el interior del Sol libera la energía que acaba saliendo como luz.
Propiedades de la luz
La energía lumínica puede reflejarse en una superficie, refractarse al cambiar de medio, difractarse en rendijas u obstáculos y absorberse. Lo que un objeto absorbe se transforma en otra forma de energía, normalmente calor; por eso un coche negro se calienta más al sol que uno blanco.
Transformaciones y aplicaciones
- Fotosíntesis: las plantas, algas y cianobacterias captan luz con la clorofila y la convierten en energía química, base de casi toda la cadena alimentaria.
- Energía solar fotovoltaica: el efecto fotoeléctrico, explicado por Einstein en 1905, permite generar corriente al incidir fotones sobre un semiconductor. Los paneles comerciales de silicio convierten del orden del 20 % de la luz recibida en electricidad.
- Energía solar térmica: colectores y centrales que concentran la luz para calentar un fluido.
- Telecomunicaciones: la fibra óptica transmite información con pulsos de luz.
- Medicina y tecnología: láseres quirúrgicos, fototerapia, sensores de cámaras e iluminación.
Ejercicios resueltos
1. Calcula la energía de un fotón de luz verde de 550 nm. (c = 3,0 × 10⁸ m/s)
E = h·c/λ = (6,626 × 10⁻³⁴ · 3,0 × 10⁸) / (550 × 10⁻⁹) ≈ 3,6 × 10⁻¹⁹ J, es decir, unos 2,3 eV.
2. ¿Cuántos fotones de 550 nm emite por segundo una fuente de luz verde de 1,0 W de potencia radiante?
N = P / E = 1,0 / (3,6 × 10⁻¹⁹) ≈ 2,8 × 10¹⁸ fotones/s.
3. Un panel solar de 1,6 m² recibe una irradiancia de 800 W/m² y tiene un rendimiento del 20 %. ¿Qué potencia eléctrica entrega?
Potencia incidente: 800 · 1,6 = 1 280 W. Potencia eléctrica: 0,20 · 1 280 = 256 W.
¿La energía lumínica y la energía solar son lo mismo?
No exactamente. La energía solar es la que llega del Sol, que incluye luz visible, infrarroja y ultravioleta. La energía lumínica es la transportada por la luz, venga o no del Sol.
¿En qué se transforma la energía lumínica?
Según el material que la absorbe, puede transformarse en calor, en electricidad (efecto fotovoltaico) o en energía química (fotosíntesis).
¿Qué diferencia hay entre lumen y lux?
El lumen mide el flujo luminoso total que emite una fuente; el lux mide cuánta luz llega a cada metro cuadrado de una superficie (1 lx = 1 lm/m²).
¿Por qué el fotón violeta tiene más energía que el rojo?
Porque la energía de un fotón es proporcional a su frecuencia y la luz violeta tiene mayor frecuencia (y menor longitud de onda) que la roja.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Hecht, E. Óptica. Addison-Wesley.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
Para profundizar: espectro electromagnético, espectro visible y energía.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2023). «Energía lumínica». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/energia-luminica/
