Lichtquelle

Die Sonne als unsere primäre Lichtquelle

Eine Lichtquelle ist der Ort, von dem Licht ausgeht. Primäre globale Lichtquelle ist die Sonne.

Unterteilungen und Charakteristik

Charakteristisches Merkmal aller Lichtquellen ist die Wellenlängenverteilung nach Frequenz und Intensität.

Die Vielfalt von Lichtquellen lässt sich nach weiteren Kriterien einteilen: nach den Merkmalen messbarer Strahlung, nach der Geometrie des Strahlengangs oder nach einzelnen physikalischen Kennzeichen wie der Quantenenergie. Nach der räumlichen Ausdehnung der strahlenden Quelle unterscheiden sich Punktlichtquellen und diffuse Lichtquellen, nach der jeweiligen Abstrahlcharakteristik als rundum oder gerichtet strahlend.

Physikalisch werden natürliche lokal begrenzte Lichtquellen (Glühwürmchen, Polarlicht, Blitz) und vom Menschen geschaffene künstliche technische Lichtquellen (Öllampe, Leuchtmittel bzw. Lampe, Laser, Bildröhre, Leuchtdiode) unterschieden.

Eine selbstleuchtende Lichtquelle, auch als „aktive Lichtquelle“ oder Lichtquelle 1. Ordnung erzeugt das abgestrahlte Licht in der Lichtquelle. Zu diesen Selbstleuchtern gehören die Sonne, Sterne, Glühwürmchen, Feuer oder Lampen.

Alle anderen Körper, die nicht selbst leuchten, werden als „passive Lichtquellen“, auch Lichtquellen 2. oder höherer Ordnung, bezeichnet. Sie können erst durch Beleuchtung (Anstrahlung) mit anderen Lichtquellen

  • andere Lichtfarben aussenden (induzierte Emission), wie beispielsweise Leuchtfarben, oder
  • das eingestrahlte Licht reflektieren, wie beispielsweise der Mond Sonnenlicht auf die Erde wirft. Zu diesen passiven Quellen gehören ebenfalls Rückstrahler (Katzenaugen) an Verkehrsmitteln, die Licht reflektieren.

Thermische Strahler

Petroleumlampe der Gotthardbahn

Thermische Strahler liefern eine kontinuierliche Strahlung, mit steigender Temperatur verschiebt sich das Strahlungs-Maximum vom infraroten über rotes, hin zu blauem und ultraviolettem Licht (siehe Plancksches Strahlungsgesetz). Je heißer ein Strahler ist, desto blauer erscheint er. Dabei spielt die Energieform, die in Wärme umgesetzt wird und zur Strahlung führt, keine Rolle.

Nichtthermische Strahler

Im Gegensatz zum thermischen Strahler können Moleküle und Atome durch Zufuhr von Energie unterschiedlicher Provenienz in einen angeregten Zustand versetzt werden. Geht dann der angeregt wieder in den Grundzustand (Rekombination) so wird die Differenz der Energie wieder freigesetzt. Für die praktische Nutzung ist es von besonderer Bedeutung, dass diese als Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich abgegeben wird. Der optische Anteil der so entstehenden Strahlung ist Lumineszenz. Bei der Lumineszenz werden zwei Formen nach der Zeit zwischen Anregung und Abstrahlung unterschieden. Fluoreszenz tritt nur während der Anregung auf, Phosphoreszenz dagegen auch, nachdem die äußere Anregung bereits erloschen ist. Beides sind Formen der Lumineszenz. Die Phosphoreszenz (Nachleuchten nach dem Beleuchten) wird bei Sicherheitsschildern, Zifferblättern oder als Dekoration verwendet. Im Gegensatz zum kontinuierlichen Spektrum des thermischen Strahlers entstehen auf Grund der Prozessabläufe diskontinuierliche Spektrallinien oder -banden. Gasentladungen in verdünnten Gasen zeigen sehr scharfe Spektrallinien, bei Gasen unter Druck (Hochdruck-Metalldampflampen) verbreitern sich die Linien.

Die anregende Energie kann auf unterschiedlichen Energieformen zur Lichtquelle führen. Bei Glühwürmchen oder dem Leuchtstab führt die chemische Reaktion zur Reaktion und der Lichtabgabe. Leuchtdioden, Gasentladungslampen und EL-Folien erhalten mittels Gasentladung oder Elektrolumineszenz die Funktion als Lichtquelle durch elektrischen Strom. Durch Elektronenbeschuss, auch Betastrahlung aus einem fluoreszierenden Leuchtstoff, werden Bildröhren, Fluoreszenzanzeigen zum Leuchten angeregt, hier sind auch Kathodolumineszenz und Tritiumlicht zu nennen.

Eine andere Kategorie ist die Wandlung von (vorzugsweise) UV-Licht durch Fluoreszenz mittels Leuchtstoff en in sichtbares Licht, diese Vorgänge der Umwandlung von kürzeren (energiereicheren) Wellenlänge zum (längerwelligen) sichtbaren Licht sind grundlegend für Leuchtstoffröhren und bei den weißen Leuchtdioden. Kürzerwellige Strahlung zur Erzeugung sichtbaren Lichtes ist bei Leuchtschirmen älterer Geräte die Röntgenstrahlung und die Gammastrahlung für „radioaktive“ Leuchtfarbe. Synchrotronstrahlung und Tscherenkowstrahlung haben dagegen keine Bedeutung als künstliche Lichtquellen.

Laser werden durch elektrischen Strom, Strahlung kürzerer Wellenlängen oder chemische Energie angeregt und werden nur selten als Lichtquelle verwendet. Beispiele für den praktischen Einsatz von Lasern als Lichtquelle sind Infrarot-Zielbeleuchtung, Blendlaser oder rote Laserpointer. Das Licht grüner Laserpointer wird durch Frequenzverdopplung aus einem infraroten Laserstrahl erzeugt.

Lichtausbeute haushaltsüblicher Leuchtmittel

Die in den 2010er Jahren langsam aussterbende Glühlampe ist mit rund 10 lm/W der Halogenlampe mit etwa 20 lm/W unterlegen. Als einziges bezüglich der Lichtausbeute noch entwicklungsfähiges haushaltsübliches Leuchtmittel überholt die LED im gleichen Jahrzehnt bei etwa 100 lm/W die (Kompakt-)Leuchtstofflampe.[1]

Beispiele

Lichtquelletypische Werte
GrundtypDetailtypLeistungs­aufnahme (W)Lichtstrom (lm)Lichtausbeute (lm/W)
Flamme (an Docht)Kerzeca. 50ca. 50,1
Öllampe0,2
Flamme (Flüssigbrennstoff-Vergaser) + GlühstrumpfStarklichtlampebis 1000bis 50005,0
Gasflamme + GlühstrumpfCampinGaz-Lampe mit Butan/Propan200
Acetylenbrenner Karbidlampeplane Acetylenflamme, aus Doppelkeramikdüse für 14 l/h200
BogenlampeKohle (ungefüllt) 55 V Wechselstrom – Platzbeleuchtung300
Glühlampe (Wolfram)Glühlampe 230 V5255,0
Glühlampe 230 V4040010
Glühlampe 230 V6072012
Glühlampe 230 V100145014,5
HalogenglühlampeHalogen 12 V[2]3586025
Halogen 12 V (KFZ, real 13,8 V)55150027,5
Halogen 230 V GU105060012
Halogen 230 V100167016,7
Halogen 230 V250420016,8
Halogen 230 V500990019,8
Halogen 230 V10002420024,2
Gasentladung + LeuchtstoffKompaktleuchtstofflampe1155050
Kompaktleuchtstofflampe20115057,5
Kompaktleuchtstofflampe23138060
Leuchtröhre, auch als Kaltkathode oder CCFL bezeichnet1160555
Leuchtstofflampe mit konventionellem Vorschaltgerät (KVG, 50-Hz-Drossel)36270075
Leuchtstofflampe inkl. konventionellem Vorschaltgerät (KVG, 50-Hz-Drossel)55275050
Leuchtstofflampe mit elektronischem Vorschaltgerät (EVG)36342095
Leuchtstofflampe inkl. elektronischem Vorschaltgerät (EVG)50340068
Induktionslampe (Elektrodenlose Leuchtstoffröhre mit induktiver Speisung)80
Gasentladung, GasentladungsröhreXenon-Höchstdruck-Gasentladungslampen in Videoprojektoren100 bis 3002250 bis 675022,5
Xenon-Gasentladungslampe (Höchstdrucklampen in Kinoprojektoren)mehrere Kilowatt47
Halogenmetalldampflampe[3]35 bis 10003290 bis 9400094
Quecksilberdampflampe Hochdrucklampe (HID)55
Glimmentladung (Neon: orange) ohne Leuchtstoff8
Xenon-Bogenlampe50
Quecksilber-Xenon-Bogenlampe (Kfz-Frontscheinwerfer)3552–93
Quecksilberdampf-Hochdrucklampe (HQL), teilweise mit Leuchtstoff5036
Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, teilweise mit Leuchtstoff40060
Halogenmetalldampflampe (HCI, HQI)250100
Natriumdampf-Hochdrucklampe35 bis 10004500 bis 130000140
Natriumdampf-Niederdrucklampe18 bis 1501800 bis 26200175
Schwefellampe140095
Elektrolumineszenz-Folie (EL-Folie)EL-Folie5,0
Leuchtdiodeblau0,05 bis 11 bis 16
rot0,05 bis 15 bis 90
weiß (blau mit Leuchtstoff)bis 565
LED-Lampe (blaue LED + Leuchtstoff, incl. Vorschaltelektronik)LED-Lampe 230 V weiß (4000 K)1 bis 2020 bis 100
LED-Lampe 230 V warmweiß (2700 K)1 bis 2020 bis 85
LED-Lampe 230 V warmweiß (2700 K)[4][5][6][7]7 bis 1260 bis 94
LED-Lampe 230 V warmweiß (2700 K; weiß + rot)[8]6 bis 1268
theoretisches Maximum an Lichtausbeutethermischer Strahler, 6600 K[9]95
grün, 555 nm – monochrom[10]683

Neben der Lichtausbeute ist auch bei vielen weißen Strahlern der Farbwiedergabeindex von Bedeutung.

Weblinks

Wiktionary: Lichtquelle – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. http://www.photonikforschung.de/forschungsfelder/beleuchtungled/wie-funktioniert-eine-led/
  2. Eco 35-Watt Soft White Dimmable Light Bulb (4-Pack) 2015.
  3. Technische Information – Osram Halogen-Metalldampflampe HMI 18000W/XS. (PDF; 201 kB) (Nicht mehr online verfügbar.) Elektor-Verlag, 1. November 2004, ehemals im Original; abgerufen am 6. Januar 2012.@1@2Vorlage:Toter Link/wcmstraining.osram.info (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)
  4. Philips LED 60W 806lm Retrofit with Remote Phosphor. Museum of Electric Lamp Technology, 24. Dezember 2010, abgerufen am 6. Januar 2012.
  5. Philips Master LEDbulb 'Glow' 7W. Museum of Electric Lamp Technology, 24. Dezember 2010, abgerufen am 6. Januar 2012.
  6. MASTER_LED_Designer_Bulb.pdf. Philips, 24. Dezember 2010, archiviert vom Original am 14. Mai 2013; abgerufen am 6. Januar 2012.
  7. L-Prize Bulb partial teardown. Doug Leeper, 6. Mai 2012, archiviert vom Original am 1. Juli 2012; abgerufen am 29. Juni 2012.
  8. LED-Konzept „Brilliant-Mix“ sorgt für warmweißes Wohlfühllicht. Siemens, 11. Mai 2011, abgerufen am 6. Januar 2012.
  9. The Great Internet Light Bulb Book, Part I. Donald L. Klipstein (Jr), 18. Juni 2011, abgerufen am 6. Januar 2012.
  10. siehe Photometrisches Strahlungsäquivalent

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Sunset, Namib Desert (Namibia).jpg
Autor/Urheber: Olga Ernst & Hp.Baumeler, Lizenz: CC BY-SA 4.0
Sonnenuntergang in der Namib (Namibia)