Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Los diodos emisores de luz o ledes son unos dispositivos electrónicos que se iluminan cuando pasa corriente eléctrica a través de ellos. En este sencillo experimento observaremos cómo cambia el color de esa luz con la temperatura.
El experimento
Se puede probar con ledes de distintos colores. Para encenderlos hay que crear un pequeño circuito uniendo un diodo con cable a una pila. El diodo tiene polaridad, por lo que solo funcionará cuando la corriente pase en el sentido correcto. Hay que fijarse en sus conectores, de distinta longitud; el más largo es el que debe ir al polo positivo de la pila.
Una vez encendido el led, se introducirá en nitrógeno líquido y se podrá observar cómo poco a poco cambia de color.
Fundamentos
Los ledes están compuestos por un material semiconductor con dos terminales, una llamada cátodo, que posee una banda de conducción que permite a los electrones moverse fácilmente, y otra llamada ánodo, que posee una banda de valencia en la que se encuentran unos huecos en los que pueden caer los electrones. Los electrones “saltan” desde la banda de conducción a la banda de valencia emitiendo luz cuya frecuencia es proporcional a la diferencia de energía entre ambas bandas. De esta forma, si la separación entre bandas es grande, la luz será más azul, y si es pequeña será más roja.
La separación entre bandas depende, entre otras cosas, de la temperatura. Cuanta más alta sea la temperatura, más cerca estarán las bandas entre sí. Por tanto, variando la temperatura del semiconductor podremos cambiar la distancia energética entre bandas, y, consiguientemente, el color de la luz emitida por el led. Por ejemplo, un led de color verde emitirá luz azul enfriándolo suficientemente, y roja calentándolo.
Con diferencias pequeñas de temperatura este efecto no es apreciable, por lo que tendremos que recurrir a cambios muy grande. Si calentamos el led corremos el riesgo de fundirlo y estropearlo; de hecho, si se aumenta el voltaje al que está conectado un led se verá el desplazamiento hacia el rojo, pero el dispositivo terminará fundiéndose. Por ello, es preferible enfriarlo.
Una forma de conseguir una temperatura realmente baja es empleando nitrógeno líquido. El nitrógeno hierve a unos –195,8 oC (77,35 K). Desde la temperatura ambiente hasta –195,8 oC hay unos 220 K, diferencia suficiente para apreciar un cambio de color significativo en el led. Dependiendo del color y composición de este, el efecto puede ser tan acusado que el led parecerá que se apaga porque podría desplazarse tanto la longitud de onda de la luz emitida que esta emisión se produciría en la región ultravioleta, no visible por el ojo humano. (También podría ocurrir que la diferencia sea tal que los electrones no puedan saltar de una banda a otra).
Seguridad
Se debe tener precaución al manejar nitrógeno líquido, pues puede producir “quemaduras” por congelación. Utilícense gafas y guantes criogénicos.
Bibliografía
- LED in Liquid Nitrogen. Classroom Physics Demos (Saint Mary’s University in Halifax, NS). https://www.demos.smu.ca/index.php/demos/e-n-m/5-led-in-liquid-nitrogen.
- E. Inglis-Arkell. Watch an LED Light Change Color In Liquid Nitrogen. Gizmodo, 2014. https://io9.gizmodo.com/watch-an-led-light-change-color-in-liquid-nitrogen-1574982405.
Imagen de cabecera: Wikipedia.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
