Künstliche Beleuchtung

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Eine Lichtquelle ist der Ursprungsort von Licht.

Lichtquellen lassen sich nach der Natur ihrer Strahlungserzeugung und der Quantenenergie bzw. Wellenlänge einteilen. Weiterhin unterscheidet man sie nach ihrer räumlichen Ausdehnung z. B. als Punktlichtquellen oder diffuse Lichtquellen sowie ihrer Abstrahlcharakteristik (rundumstrahlend, gerichtet strahlend).

Es gibt natürliche (z. B. Sonne, Sterne, Glühwürmchen, Polarlicht, Blitz) und künstliche Lichtquellen (z. B. Öllampen, Leuchtmittel, Laser, Synchrotronstrahlung, Bildröhren, Leuchtdioden).

Lichtquellen 1. Ordnung sind selbstleuchtende Lichtquellen. Dazu gehören u. a. die Sonne, Sterne, Lampen, Glühwürmchen, Feuer usw. Als Lichtquellen 2. Ordnung bezeichnet man Körper, die Licht nur reflektieren und nicht selbst leuchten. Hierzu zählen z. B. der Mond, Rückstrahler an Fahrzeugen und Kleidung und alle anderen Körper, die Licht reflektieren.

Künstliche Lichtquellen dienen der Beleuchtung, der Anzeige oder sie sind sekundäre Erscheinungen (z. B. Tscherenkowstrahlung).

Thermische Strahler

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.

Beispiele, unterschieden nach der Art der Energiequelle:

• Elektrische Energiequellen: Glühlampe, Kohle-Bogenlampe
• Brennstoffe wie Öl, Gas oder Holz: Feuer, Kerze, Starklichtlampe.
• Kernenergie: Sonne

Nichtthermische Strahler

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 als Strahlung charakteristischer Wellenlängen ab.

Verdünnte Gase zeigen sehr scharfe Spektrallinien. Bei Gasen unter Druck (Hochdruck-Metalldampflampen) verbreitern sich die Linien, noch stärker bei Festkörpern (beispielsweise Leuchtdioden).

Beispiele, unterschieden nach zeitlichen Zusammenhang der Entstehung der Lichteffekte:

• Lumineszenz tritt noch auf, nachdem die äußere Anregung bereits erloschen ist
• Fluoreszenz tritt nur auf, während die äußere Anregung erfolgt
• Phosphoreszenz tritt ohne engeren zeitlichen Zusammenhang mit äußerer Anregung auf

Beispiele, unterschieden nach der Akkumulation der Anregung vor Entstehung der Lichteffekte:

• direkte Anregung: Eine nicht präzise abgegrenzte Anregung erzeugt Licht, beispielsweise durch anhaltende Bestrahlung anderer Wellenlänge
• akkumulierte Anregung: Eine Addition von nicht präzise abgegrenzten Anregungen erzeugt Licht, beispielsweise beim LASER
• spontane Anregung: Jede einzelne Anregung genau definierten Energieinhalts erzeugt ein Lichtereignis, beispielsweise bei strahleninduzierter Emission

Der räumliche Zusammenhang wird mit dieser Unterteilung nicht bezeichnet, es gibt sowohl

• innere Anregung (makroskopische Mischung von Strahlenquelle und Lichtquelle in Pigmenten) als auch
• resonante Anregung (Strahlenquelle der Anregung und der Lichtemission treten in unmittelbare Wechselwirkung)
• äußere Anregung (Strahlenquelle der Anregung und der Lichtemission sind räumlich getrennt)

Es gibt eine Vielzahl an Beispielen, unterschieden nach der Art der Energiequelle::

• Chemische Anregung: Leuchten von Glühwürmchen, Leuchtstäbe (light-sticks).
• Physikalische Anregungen:
  • Anregung durch elektrisches Feld: Laser, Leuchtdioden, Metalldampflampen, Leuchtstofflampen, Gasentladungslampen.
  • Anregung durch Optische Strahlung: Fluoreszenz, Lumineszenz, Phosphoreszenz
  • Anregung durch Elektronenbeschuss: Bildröhre, Röhren-Fernseher, Elektronenmikroskop, Bildwandlerröhre
  • Anregung durch Röntgenstrahlung: Röntgengerät, CT
  • Anregung durch Gammastrahlung (Radioaktivität): radioaktive Leuchtfarbe (früher verwandt bei Zeigern und Zifferblättern von Uhren und Bordinstrumenten)
  • Anregung durch Synchrotronstrahlung (Bremsstrahlung): Freie-Elektronen-Laser (FEL)

Beispiele

Lichtquelle	Lichtstrom in lm	lm/W (min.)	lm/W (mittel)	lm/W (max.)
Kerze (bezogen auf ca. 150 W Heizleistung)	15	0,1	0,1	0,1
Öllampe		0,2	0,2	0,2
Leuchtdiode blau*		1	8,5	16
Leuchtdiode weiß	250	1	50,5	136[1][2]
Leuchtdiode rot*		5	47,5	90
Starklichtlampe (bezogen auf ca. 1 kW Heizleistung)	5000	5	5	5
Bogenlampe		8	8	8
Glühlampe (40 W)	500	13	13	13
Glühlampe (60 W)	900	14	14,5	15
Glühlampe (100 W)	1500	14	14,5	15
Halogenglühlampe (50 W)	1000	20	20	20
Halogenglühlampe (12 V / 55 W)	1500	27	27,5	28
Videoprojektoren mit UHP-Lampen 200 W (100-300 W)	7000	10	22,5	35
Energiesparlampe 23 W	1500	40	60	80
Xenon-Gasentladungslampe (Kinoprojektoren)		47	47	47
Kaltkathode (CCFL) 11 W	550	50	55	60
Leuchtstofflampe (36 W, mit induktivem Vorschaltgerät)	2400	60	75	90
Leuchtstofflampe (36 W, mit elektr. Vorschaltgerät)		80	95	110
Leuchtstofflampe (58 W)	5200	90	90	90
Halogenmetalldampflampe		70	88	106[2]
Quecksilberdampflampe		50	55	60[3]
Xenon-Gasentladungslampe (PKW 35 W)	3255	80	93	106 (bei 50 W[4])
Schwefeldampflampe (1400 W)	135000	95	95	95
Natriumdampf-Hochdrucklampe* (35 - >1000 W)		150	150	150
Natriumdampf-Niederdrucklampe*		150	175	200

)* - insbesondere bei der Lichtausbeute einfarbiger Lichtquellen aber auch bei vielen „weißen“ Strahlern ist der Farbwiedergabeindex von Bedeutung.

Fußnoten

1. ↑ OSRAM Opto Semicondcutors: [1] 21. Juli 2008
2. ↑ Seoul Semiconductor (SSC) plant, ihre derzeit (12/2006) hellste und effizienteste weiße LED mit der Bezeichnung P4 in ihrer Effizienz bis 2007 auf 135 lm/W und bis 2008 auf 145 lm/W zu verbessern.