Lichtquelle

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Eine Lichtquelle ist der Ort, von dem Licht ausgeht.

Unterteilungenen und Charakteristik[Bearbeiten]

Die Vielzahl von Lichtquellen läßt sich nach unterschiedlichen Kriterien einteilen: nach der Natur erzeugter Strahlung, nach dem Strahlengang oder nach physikalischen Kennzeichen wie der Quantenenergie oder der Wellenlängenverteilung. 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 Lichtquellen (Sonne, Glühwürmchen, Polarlicht, Blitz) und vom Menschen geschaffene künstliche Lichtquellen (Öllampe, Leuchtmittel, Laser, Bildröhre, Leuchtdiode) unterschieden.

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 Licht aussenden, beispielsweise wirft der Mond Sonnenlicht auf die Erde. Zu diesen passiven Quellen gehören ebenfalls Rückstrahler (Katzenaugen) an Verkehrsmitteln die Licht reflektieren.

Thermische Strahler[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

Im Gegensatz zum thermischen Strahler können Moleküle und Atome durch Zufuhr von Energie unterschiedlicher Provinienz 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 diskontinuerliche Spktrallinien 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.

Beispiele[Bearbeiten]

Lichtquelle
Leistungsaufnahme Lichtausbeute
Grundtyp Detailtyp Watt lm/W (minimal) lm/W (typisch) lm/W (maximal) lm absolut (typisch)
Flamme (an Docht) Kerze ca. 50 (Wärmeleistung) 0,1 ca. 5
Öllampe 0,2
Petroleumlampe mit 25 mm Flachdocht
Flamme (Flüssigbrennstoff-Vergaser) + Glühstrumpf Starklichtlampe bis 1000 (Wärmeleistung) 5,0 bis 5000
Gasflamme + Glühstrumpf CampinGaz-Lampe mit Butan/Propan 200
Karbidlampe Acetylenflamme aus Doppelkeramikdüse für 14 L/h 200
Bogenlampe Kohle (ungefüllt) 55 V Wechselstrom - Platzbeleuchtung 300
Bogenlampe Kohle (gefüllt) 55 V Gleichstrom - Filmprojektion 1000?
Glühlampe Glühlampe 230 V 5 5,0 25
Glühlampe 230 V 25 8 200
Glühlampe 230 V 40 10 10 10,3 400
Glühlampe 230V 60 11,5 12,0 12,5 720
Glühlampe 230 V 75 12,4 937,5
Glühlampe 230 V 100 13,8 14,5 15,0 1450
Halogenglühlampe Halogen 230 V GU10 50 12 600
Halogen 230 V 100 16,7 1670
Halogen 230 V 250 16,8 4200
Halogen 230 V 500 19,8 9900
Halogen 230 V 1000 24,2 24200
Halogen 12 V (KFZ, real 13,8 V) 55 27,0 27,5 28,0 1512,5
Gasentladung + Leuchtstoff Kompaktleuchtstofflampe 11 31,5 49,1 63,6 540,1
Kompaktleuchtstofflampe 15 31,5 56,5 63,3 847,5
Kompaktleuchtstofflampe 20 30 57,5 67,5 1150
Kompaktleuchtstofflampe 23 55 60 60 1380
Kompaktleuchtstofflampe 70 75 5250
Leuchtröhre, auch als Kaltkathode oder CCFL bezeichnet 11 50 55 60 605
Leuchtstofflampe mit konventionellem Vorschaltgerät (KVG, 50-Hz-Drossel) 36 60 75 90 2700
Leuchtstofflampe inkl. konventionellem Vorschaltgerät (KVG, 50-Hz-Drossel) 55 40 50 59 2750
Leuchtstofflampe mit elektronischem Vorschaltgerät (EVG) 36 80 95 110 3420
Leuchtstofflampe inkl. elektronischem Vorschaltgerät (EVG) 50 58 68 96[1] 3400
Induktionslampe
(Elektrodenlose Leuchtstoffröhre mit induktiver Speisung)
80
Gasentladung Xenon-Höchstdruck-Gasentladungslampen in Videoprojektoren 100 bis 300 10,0 22,5 35,0 2250 bis 6750
Xenon-Gasentladungslampe (Höchstdrucklampen in Kinoprojektoren) mehrere Kilowatt 47
Halogenmetalldampflampe[2] 35 bis 1000 70 94 106 3290 bis 94000
Quecksilberdampflampe Hochdrucklampe (HID) 50 55 60
Glimmentladung ohne Leuchtstoff 8
Xenon-Bogenlampe 30 50 150
Quecksilber-Xenon-Bogenlampe (KFZ-Frontscheinwerfer) 35 50-80 52-93 106[3]
Quecksilberdampf-Hochdrucklampe (HQL), teilweise mit Leuchtstoff 50 36
Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, teilweise mit Leuchtstoff 400 60
Halogenmetalldampflampe (HCI, HQI) 250 93 100 104
Natriumdampf-Hochdrucklampe ab 50 150
Natriumdampf-Niederdrucklampe ca. 80 150 175 200
Schwefellampe 1400 95
Gasentladungsröhre Natriumdampf-Hochdrucklampe 35 bis 1000 120 140 150
EL-Folie Elektrolumineszenz-Folie 1,2 5,0 9,0
Leuchtdiode blau 0,05 bis 1 1,0 8,5 16,0
rot 0,05 bis 1 5,0 47,5 90
weiß bis 5 65 140
weiß, Entwicklungsziel der EU 0,05 bis 1 200,0
Leuchtdiode + Leuchtstoff LED-Chip weiß (blau + Leuchtstoff)[4][5] 0,05 bis 70 1,0 50,5 231
LED-Chip warmweiß (blau + Leuchtstoff)[6] 0,05 bis 50 1,0 50,5 231
LED-Lampe 230V weiß (4000 K; blau + Leuchtstoff)[7] 1 bis 20 20 55 97,14
LED-Lampe 230V warmweiß (2700 K; blau + Leuchtstoff)[8] 1 bis 20 20 55 83,92
LED-Lampe 230V warmweiß (2700 K; blau + Filter)[9][10][11][12] 7 bis 12 58,75 64,35 94
LED-Lampe 230V warmweiß (2700 K; weiß + rot)[13][14] 6 bis 12 60 68 76
theoretische Lichtausbeute thermischer Strahler, 6600 K[15] 95
weiß (5800 K), 400–700 nm[16] 251
grün, 550 nm 683

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

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Osram "LUMILUX® T5 High Efficiency" mit 3650 Lumen bei 35 Watt, das sind 96 Lumen je Watt. Die Lebensdauer beträgt 24.000 Stunden.
  2. Technische Information - Osram Halogen-Metalldampflampe HMI 18000W/XS. Elektor-Verlag, 1. November 2004, abgerufen am 6. Januar 2012 (PDF; 201 kB).
  3. angeblich bei 50 W erreicht. Nucor GbR, abgerufen am 6. Januar 2012.
  4. Neuer LED-Rekord: Cree erzielt 231 Lumen pro Watt. Elektor-Verlag, 17. Mai 2011, abgerufen am 20. Juni 2011.
  5. LED Spot Outdoor Objektstrahler 140W cw. Synergy21, 11. August 2011, abgerufen am 27. Januar 2012.
  6. LED Spot Outdoor Baustrahler 50W ww. Synergy 21, 8. Dezember 2011, abgerufen am 27. Juni 2011.
  7. Messprotokoll Nr. 1232: Toshiba E-Core LED Birne E27 8.5W kaltweiß. Lumitronix, 21. Oktober 2010, abgerufen am 28. Juni 2012 (PDF; 206 kB).
  8. Messprotokoll Nr. 1234: Toshiba E-Core LED Birne E27 8.5W warmweiß. Lumitronix, 21. Oktober 2010, abgerufen am 6. Januar 2012 (PDF; 206 kB).
  9. Philips LED 60W 806lm Retrofit with Remote Phosphor. Museum of Electric Lamp Technology, 24. Dezember 2010, abgerufen am 6. Januar 2012.
  10. Philips Master LEDbulb 'Glow' 7W. Museum of Electric Lamp Technology, 24. Dezember 2010, abgerufen am 6. Januar 2012.
  11. MASTER_LED_Designer_Bulb.pdf. Philips, 24. Dezember 2010, abgerufen am 6. Januar 2012.
  12. L-Prize Bulb partial teardown. Doug Leeper, 6. Mai 2012, abgerufen am 29. Juni 2012.
  13. Neuer LED-Rekord: Neue Technik – neues Licht - Leuchtmittel. i-Magazin, 17. Juni 2011, abgerufen am 6. Januar 2012.
  14. LED-Konzept 'Brilliant-Mix' sorgt für warmweißes Wohlfühllicht. Siemens, 11. Mai 2011, abgerufen am 6. Januar 2012.
  15. The Great Internet Light Bulb Book, Part I. Donald L. Klipstein (Jr), 18. Juni 2011, abgerufen am 6. Januar 2012.
  16. Tom Murphy: Maximum Efficiency of White Light. 31. Juli 2011, abgerufen am 29. Juni 2012.