Lichtquelle

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Dieser Artikel erläutert reale Verhältnisse, zur Modellierung von Licht in der Computergrafik siehe Beleuchtungsmodell.
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Eine Lichtquelle ist der Ort, von dem Licht ausgeht. Lichtquellen lassen sich nach der Natur erzeugter Strahlung einteilen, nach dem Strahlengang ordnen und nach physikalischen Kennzeichen wie der Quantenenergie oder der Wellenlängenverteilung differenzieren. Weiterhin unterscheidet man sie nach ihrer räumlichen Ausdehnung als Punktlichtquellen oder diffuse Lichtquellen sowie nach ihrer jeweiligen Abstrahlcharakteristik als rundumstrahlend oder gerichtet strahlend.

Physikalisch gesehen unterscheiden sich natürliche Lichtquellen (wie Sonne, Glühwürmchen, Polarlicht oder Blitz) und vom Menschen geschaffene künstliche Lichtquellen (wie Öllampen, Leuchtmittel, Laser, Bildröhren, Leuchtdioden) wohl in den Prozessbedingungen der Lichterzeugung, doch nicht nach der Physik der erzeugten Strahlung.

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Eine aktive Lichtquelle, auch Lichtquelle 1. Ordnung oder selbstleuchtende Lichtquelle, ist eine Quelle, die selbst Licht erzeugt. Zu diesen Selbstleuchtern gehören die Sonne, Sterne, Glühwürmchen, Feuer oder Lampen. Als passive Lichtquellen, auch Lichtquellen 2. oder höherer Ordnung, bezeichnet man alle Körper, die nicht selbst leuchten und erst bei Beleuchtung durch andere Lichtquellen Licht aussenden und damit sichtbar werden, beispielsweise der Mond, Rückstrahler wie Katzenaugen oder andere Körper, 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.

Unterteilung nach Wärmequelle:

Nichtthermische Strahler[Bearbeiten]

Moleküle und Atome können durch Zufuhr von Energie in einen angeregten Zustand versetzt werden. Fallen sie zurück in den Grundzustand (Rekombination), geben sie ihre Energie teilweise als Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich ab. Der optische Anteil der so entstehenden Strahlung heißt Lumineszenz. Siehe auch: Linienspektrum.

Die zugeführte Energie (Anregung) einer Lichtquelle erfolgt zum Beispiel durch

Gasentladungen in verdünnten Gasen zeigen sehr scharfe Spektrallinien. Bei Gasen unter Druck (Hochdruck-Metalldampflampen) verbreitern sich die Linien.

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.

Erzeugung sichtbaren Lichtes durch Röntgenstrahlung (Leuchtschirme älterer Geräte), durch Gammastrahlung (radioaktive Leuchtfarbe) sowie die Synchrotronstrahlung und die Tscherenkowstrahlung haben dagegen keine Bedeutung als künstliche Lichtquellen.

Laser werden durch elektrischen Strom, Strahlung kürzerer Wellenlängen oder chemische Energie angeregt, sie werden jedoch nur selten als Lichtquelle verwendet. Beispiele 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 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
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.