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Grundwissen

Leuchtwirkung des elektrischen Stroms

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Die Leuchtwirkung von elektrischem Strom wird im Alltag an vielen Stellen deutlich.
  • Es gibt viele unterschiedliche Lampentypen: Glühlampen, Halogenlampen, Leuchtstoffröhren und LEDs
  • LEDs und Leuchtstoffröhren wandeln einen größeren Teil der Energie in Licht um als Glühlampen.

Glühlampe

Aufbau einer einfachen Glühlampe CC0/Stefan Richtberg
Abb. 1 Aufbau einer Glühlampe

Glühlampen dienen seit mehr als hundert Jahren zur Beleuchtung und basieren auf einem einfachen Prinzip: durch eine Glühwendel wird ein Strom geleitet, der dafür sorgt, dass sich die Glühwendel so weit erhitzt, dass die Wendel zum Leuchten anfängt. Im Betrieb erreicht eine Glühwendel Temperaturen von über 2500°C. Auch zum Nachweis eines geschlossenen Stromkreises und zur "Je ..., desto ..." - Beurteilung der elektrischen Stromstärke kannst du Glühlampen einsetzen.

Da bei der Glühlampe aber die Leuchtwirkung von der Wärmewirkung "übertroffen" wird, spielt die Glühlampe inzwischen nur noch eine untergeordnete Rolle bei der Beleuchtung und wird durch effizientere Leuchtmittel abgelöst. Im Artikel Glühlampe findest du weitere Informationen zur Glühlampe.

Halogenlampe

Niedervolt-Halogenlampe Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Niedervolt-Halogenlampe
Hochvolt-Halogenlampe
Abb. 3 Hochvolt-Halogenlampe für Deckenfluter

Eine Halogenlampe funktioniert ähnlich wie eine normale Glühlampe. Der Unterschied liegt jedoch darin, dass die Glühwendel stärker als bei der Glühlampe aufgeheizt wird. Dadurch wird eine höhere Lichtausbeute erreicht.

Ohne besondere Vorkehrung würde die Wendel der Halogenlampe jedoch relativ schell "verbraucht" sein. Durch die Zugabe eines Halogens (z.B. Jod oder Brom) in den Quarzglaskolben wird durch chemische Umsetzungen dafür gesorgt, dass das vom Glühdraht "abdampfende" Wolfram sich nicht am kühleren Glaskolben niederschlägt, sondern wieder zur Wendel zurück transportiert wird.

Es gibt verschiedene Bauweisen von Halogenlampen.

  • Niedervolt-Halogenlampen (Abb. 2) werden mit ungefährlichen Spannungen von meist \(12\,\rm{V}\) betrieben. Dazu muss die Netzspannung aber von \(230\,\rm{V}\) heruntertransformiert werden, was zu zusätzlichen Kosten führt.
  • Hochvolt-Halogenlampen (Abb. 3) können direkt an die Netzspannung von \(230\,\rm{V}\) angeschlossen werden.

Da auch Halogenlampen einen großen Teil der ihnen zugeführten Energie nicht wie gewünscht in Licht sondern in Wärme umwandeln, werden auch Halogenlampen schrittweise von wesentlich energieeffizienteren LED-Lampen abgelöst.

LED (Licht emmitierende Dioden)

Aufbau einer LED Joachim Herz Stiftung
Abb. 4 Aufbau einer LED

LEDs sind Halbleiterbauelemente, die Licht abstrahlen, wenn sie vom Strom durchflossen werden. Sie dienen als Signalleuchten und zur Beleuchtung. Die Funktionsweise einer Leuchtdiode kann aber erst in einer höheren Klassenstufe sinnvoll erklärt werden.

Gegenüber herkömmlichen Lichtquellen haben Leuchtdioden einige wesentliche Vorteile:

  • Die Effizienz der LEDs gegenüber Glühlampen ist wesentlich höher und ist in den letzten Jahren erheblich verbessert worden.
  • Die LEDs entwickeln im Vergleich zu Glühlampen deutlich weniger Wärme, die abgeführt werden muss.
  • Die Lebensdauer und die Robustheit von LEDs ist den Glühlampen weit überlegen.
  • Zum Betrieb der LEDs benötigt man nur ungefährliche Kleinspannungen. Allerdings ist somit ein Vorschaltgerät notwendig, wenn du LEDs am \(230\,\rm{V}\)-Haushaltsnetz betreiben willst.
  • Das von den gewöhnlichen Leuchtdioden ausgesandte Licht ist in der Regel einfarbig. Inzwischen ist man aber auch in der Lage mit Leuchtdioden weißes Licht zu erzeugen.

Darüber hinaus können Leuchtdioden im Gegensatz zu Glühlampen und Halogenlampen nur mit Gleichstrom betrieben werden. 

Abb. 5 LEDs bei Ampeln oder Rücklichtern

Leuchtstofflampen

Energiesparlampe
Abb. 6 Energiesparlampe mit geringem Energieverbrauch

Leuchtstofflampen (oft fälschlicherweise als "Neonröhren" bezeichnet) haben eine höhere Lichtausbeute als Glüh- und Halogenlampen und eine sehr lange Lebensdauer. Sie dienen der Beleuchtung großer Räume oder von Außenanlagen. Die stabförmigen Lampen leben etwa acht- bis zwanzigmal so lange wie herkömmliche Glühlampen und benötigen je nach Typ und Helligkeit bis zu 85% weniger Energie. Jedoch enthalten Leuchtstofflampen einen geringen Anteil an Quecksilber. Die Lampen dürfen daher nicht zerbrechen und müssen gesondert entsorgt werden.

Auch die weit verbreiteten Kompaktleuchtstoffröhren (oft Energiesparlampen genannt) zeigen ähnlich gute Eigenschaften wie die langen Leuchtstoffröhren. Das Funktionsprinzip ist bei beiden Lampentypen gleich, jedoch ebenfalls komplex. Prinzipiell werden in der Lampe Quecksilberatome zum Leuchten angeregt. Die Quecksilberatome senden jedoch kein sichtbares Licht sondern UV-Licht aus. Dieses UV-Licht trifft am Rand der Röhre auch einen speziellen Leuchtstoff, der das UV-Licht in sichtbares Licht umwandelt. Mehr über die Funktion von Leuchtstofflampen findest du im Ausblick.