Wie funktionieren die Lichtquellen?

Lichtquellen: Vom glühenden Draht zur LED – ein Blick hinter die Kulissen

Lichtquellen, essentiell für unser tägliches Leben, funktionieren auf unterschiedlichsten physikalischen Prinzipien. Während die altbekannten Glüh- und Halogenlampen auf dem Prinzip der thermischen Strahlung basieren, nutzen moderne Technologien wie LEDs und Leuchtstoffröhren deutlich effizientere Verfahren. Ein genauerer Blick offenbart die faszinierenden Unterschiede.

Die Urväter des künstlichen Lichts: Glüh- und Halogenlampen

Glühlampen, der Klassiker unter den Lichtquellen, basieren auf einem simplen, aber ineffizienten Prinzip: Ein dünner Wolframdraht, die Glühwendel, wird durch elektrischen Strom zum Glühen gebracht. Die hohe Temperatur des Wolframs führt zur Abstrahlung von Licht, wobei das Spektrum der abgestrahlten Energie dem eines schwarzen Körpers entspricht. Ein Großteil der zugeführten Energie wird jedoch in Wärme umgewandelt, was die geringe Lichtausbeute erklärt – ein signifikanter Nachteil im Hinblick auf Energieeffizienz.

Halogenlampen, eine Weiterentwicklung der Glühlampe, versuchen diese Ineffizienz zu minimieren. Durch die Zugabe von Halogengasen (meistens Jod oder Brom) im Inneren des Glaskolbens wird der Verdampfungsvorgang des Wolframs reduziert. Der verdampfte Wolfram wird an der kühleren Kolbenwand wieder abgeschieden und kehrt in die Glühwendel zurück. Das verlängert die Lebensdauer der Lampe und ermöglicht höhere Betriebstemperaturen und damit eine etwas höhere Lichtausbeute, jedoch bleibt auch hier der Wirkungsgrad im Vergleich zu modernen Lichtquellen gering. Die höhere Lichttemperatur führt jedoch zu einem weißeren Licht.

Moderne Alternativen: Effizienz im Fokus

Im Gegensatz zu den ineffizienten Glüh- und Halogenlampen setzen moderne Lichtquellen auf andere physikalische Effekte, um Licht zu erzeugen. Hierbei spielen insbesondere zwei Prinzipien eine entscheidende Rolle:

• Fluoreszenz (Leuchtstofflampen): In Leuchtstoffröhren wird durch einen elektrischen Strom ein Gas (meist Quecksilberdampf) angeregt. Dieses Gas sendet ultraviolette (UV) Strahlung aus, die wiederum eine Leuchtstoffschicht an der Innenseite der Röhre zur Fluoreszenz anregt, wodurch sichtbares Licht erzeugt wird. Leuchtstofflampen erreichen eine deutlich höhere Lichtausbeute als Glühlampen, allerdings ist die Lichtqualität oft weniger angenehm und sie enthalten Quecksilber, was ihre Entsorgung aufwändig macht.

• Elektrolumineszenz (LEDs): Leuchtdioden (LEDs) nutzen den Effekt der Elektrolumineszenz. Hierbei wird durch den Durchfluss von elektrischem Strom in einem Halbleitermaterial Licht erzeugt. Im Gegensatz zu Glüh- und Leuchtstofflampen ist die Umwandlung von elektrischer Energie in Licht bei LEDs extrem effizient. Darüber hinaus bieten LEDs eine lange Lebensdauer, eine hohe Farbwiedergabe und sind in verschiedenen Farben erhältlich.

Fazit:

Die Entwicklung von Lichtquellen ist eng mit dem Streben nach höherer Energieeffizienz und besserer Lichtqualität verbunden. Während Glüh- und Halogenlampen aufgrund ihrer Ineffizienz zunehmend an Bedeutung verlieren, etablieren sich LEDs und – trotz der Umweltauswirkungen – auch Leuchtstofflampen als moderne und nachhaltigere Alternativen. Die Forschung an neuen Lichtquellen konzentriert sich weiterhin auf die Verbesserung der Effizienz, der Farbwiedergabe und der Lebensdauer, um unsere Bedürfnisse an Licht in Zukunft noch besser zu erfüllen.