Fotoconductores Control de la Electricidad

Objetivos:

Luego de finalizar la lección podrás:

• Definir el concepto fotoconductor.
• Explicar como se puede controlar la electricidad a través de un fotoconductor.
• Explicar las características importantes de un fotoconductor.
• Identificar ejemplos y aplicaciones de este fenómeno.
• Comparar y contrastar la función de un fotoconductor con otros controladores.

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Fotoconductores

Introducción

La exposición a la luz también es un factor importante. Este puede determinar, para algunos materiales, el mostrar un comportamiento de conductor o aislador. La fotoconductividad es un fenómeno óptico y eléctrico que ocurre cuando los rayos de luz inciden en un material. Este material absorbe la radiación electromagnética y en respuesta se vuelve mejor conductor.

Un fotoconductor es un material cuya conductividad eléctrica aumenta cuando se expone a la luz o a la radiación electromagnética. Es decir, un fotoconductor es sensible a la luz; puede pasar de ser un mal conductor a un mejor conductor cuando absorbe fotones (partículas de luz).

Características principales:

1. Sensibilidad a la luz: Un fotoconductor es capaz de detectar luz porque cuando los fotones impactan en el material. Los electrones en la banda de valencia absorben la energía de la luz y saltan a la banda de conducción. Esto crea pares de electrones-huecos (huecos son las “ausencias” de electrones que actúan como partículas cargadas positivamente). Estos electrones libres permiten que el material conduzca electricidad con mayor facilidad.
2. Dependencia de la intensidad de luz: Es cuanta más luz se proyecta sobre un fotoconductor. Esto significa que más pares de electrones-huecos se generan, lo que mejora su conductividad.
3. Recuperación: Cuando se deja de iluminar el fotoconductor, los electrones regresan a su estado original, y la conductividad vuelve a su nivel bajo o nulo.

Ejemplos de materiales fotoconductores:

El Sulfuro de cadmio (CdS) y el selenio (Se) son materiales comunes en dispositivos fotoconductores. El selenio se comporta como un conductor ante la presencia de luz y como aislador ante la ausencia de ésta.  Debido a esta propiedad especial, el selenio juega un rol importante en la fabricación de artefactos tecnológicos tales como fotocopiadoras, sensores de luz y los fotodetectores entre otros.

Aplicaciones:

1. Fotocopiadoras: En las fotocopiadoras, los cilindros fotoconductores se cargan eléctricamente, y cuando se proyecta una imagen con luz sobre el cilindro, las áreas expuestas a la luz pierden su carga, lo que permite la formación de la imagen en el papel.
2. Sensores de luz: Los fotoconductores se usan en sensores de iluminación para detectar cambios en la cantidad de luz ambiental, por ejemplo, para controlar el brillo automático de pantallas.
3. Fotodetectores: En algunos tipos de cámaras y equipos de visión nocturna, se utilizan fotoconductores para captar imágenes basadas en la cantidad de luz presente.

En resumen, un fotoconductor es un material cuya capacidad de conducir electricidad se activa o mejora cuando está expuesto a la luz, y tiene aplicaciones en diversos dispositivos que responden a estímulos luminosos.

¿Serán los fotoconductores controladores de la electricidad?

Control de la electricidad

Sí, los fotoconductores pueden considerarse controladores de la electricidad, pero de una manera específica y dependiente de la luz. Su capacidad de modificar la conductividad eléctrica cuando están expuestos a la radiación electromagnética (como la luz) los convierte en dispositivos sensibles a la luz que controlan el flujo de electricidad.

El control sobre la electricidad ha sido uno de los factores principales de los adelantos tecnológicos de hoy día.  Algunos fotoconductores se utilizan para controlar el flujo de la corriente y comunmente son utilizados para encender o apagar las luces o luminarias de las carreteras. Sin embargo, no funcionan como los interruptores. Los fotoconductores controlan la electricidad mediante el movimiento de cargas eléctricas de un punto a otro.  Para ello es necesario proveer algún medio a través del cual las cargas eléctricas puedan viajar.  

Control de la electricidad en los fotoconductores:

• Los fotoconductores no controlan directamente el flujo de electricidad como lo harían un interruptor o un transistor, que permiten encender o apagar un circuito. Sin embargo, al cambiar su conductividad cuando se ilumina, controlan el nivel de corriente eléctrica que puede fluir a través de ellos.
• En ausencia de luz, un fotoconductor puede comportarse como un aislante o un mal conductor. Al recibir luz, su resistencia disminuye, permitiendo que la corriente fluya más fácilmente. Por lo tanto, controlan el paso de corriente dependiendo de la cantidad de luz que reciben.

Ejemplo de control:

En un sensor de luz, el fotoconductor puede controlar un circuito en el que, dependiendo de la cantidad de luz, el material permite más o menos corriente. Esto puede activar otros componentes del sistema, como una lámpara o un interruptor automático, ajustando el nivel de electricidad en función de la luminosidad del ambiente.

Comparación con otros controladores:

• Un fotoconductor regula la electricidad basado en la luz, mientras que un interruptor o un transistor la controla a través de señales eléctricas directas.
• El fotoconductor actúa como un controlador pasivo, ya que su comportamiento depende de un estímulo externo (luz), en lugar de ser activado directamente por una señal eléctrica.

En resumen, la respuesta a la pregunta es sí, los fotoconductores pueden actuar como controladores de electricidad, pero su control es indirecto y dependiente de la luz. Son esenciales en aplicaciones donde la respuesta a la luz es clave para regular el flujo eléctrico.

¿Qué es un fotoresistor?

Un fotoresistor, también conocido como resistor dependiente de la luz (LDR, por sus siglas en inglés – Light Dependent Resistor), es un componente electrónico cuya resistencia eléctrica disminuye cuando se expone a la luz. Al igual que los fotoconductores, los fotoresistores responden a la luz cambiando su conductividad, lo que permite controlar el flujo de corriente en un circuito en función de la cantidad de luz recibida.

Características de un fotoresistor:

1. Dependencia de la luz: Su resistencia es mayor en condiciones de oscuridad (actúa como un aislante) y menor cuando está expuesto a la luz, lo que permite que más corriente fluya a través de él. Cuanta más luz, menor será la resistencia.
2. Funcionamiento sencillo: No tiene polaridad, lo que significa que puede ser colocado en un circuito en cualquier orientación. Su funcionamiento se basa en la cantidad de luz que incide sobre él, sin necesidad de fuentes de energía adicionales o circuitos de control complicados.
3. Materiales: Los fotoresistores generalmente están hechos de semiconductores como el sulfuro de cadmio (CdS). Al recibir fotones de luz, los electrones en el material ganan suficiente energía para moverse libremente, reduciendo la resistencia.

Aplicaciones comunes:

1. Control de iluminación: Se usan en sistemas de encendido automático de luces. Por ejemplo, las luces de las calles pueden encenderse cuando oscurece y apagarse durante el día usando un fotoresistor para detectar los cambios en la luz ambiental.
2. Sensores de luz: En dispositivos electrónicos, como teléfonos y cámaras, los fotoresistores ayudan a ajustar automáticamente el brillo de la pantalla o a detectar si hay suficiente luz para tomar una foto.
3. Alarmas de seguridad: Los fotoresistores se utilizan en alarmas que detectan cambios en la cantidad de luz, por ejemplo, cuando una persona bloquea un haz de luz.

En resumen, un fotoresistor es un dispositivo sencillo que responde a la luz variando su resistencia, lo que lo convierte en un controlador pasivo de la corriente eléctrica en función de la luz. Se usa ampliamente en aplicaciones que requieren una respuesta automática a los cambios en la iluminación ambiental.

Enlaces externos para explorar

• Simulaciones: PhET
• Conceptos de Física: Hyperphysics
• Tutorial de Física en Inglés: Physics Classroom

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Simulación

Fotoresistencia

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Videos de referencia

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