Metalldampflampe

Metalldampflampen sind Gasentladungslampen, in denen Metallatome durch Ionisation in einer elektrischen Entladung zum Leuchten angeregt werden.

Funktionsweise

Niederdruckmetalldampflampen (Cd, Hg, Na) mit den zugehörigen Emissionsspektren

Durch Anlegen einer Spannung (Zündspannung) an die Elektroden (siehe Aufbau Gasentladungsröhre) der Metalldampflampe kommt es zum Stromfluss in dieser. Darauf hin wird zum Aufrechterhalten des Stromflusses nur noch die Brennspannung benötigt. Wird einem Valenzelektron eines (Metall-)atoms in gasförmiger Phase eine bestimmte Mindestenergie (Stoßionisation durch den Stromdurchfluss) zugeführt, so geht das Elektron vom Grundzustand E₁ in den gequantelten angeregten Zustand E₂ über. Geht das Elektron nun wieder in seinen Grundzustand E₁ über, so emittiert es ein Photon charakteristischer Frequenz $\nu = \frac{E_2-E_1}{h}$. Darin ist h das Planck'sche Wirkungsquantum. Die Energie des emittierten Photons ist gegeben durch E = E₂ − E₁.

Dies gilt jedoch nur für Niederdruck-Metalldampflampen, da die Elektronen- und Gastemperatur kaum gekoppelt ist. Bei Lampen mit höheren Drücken kommt es aufgrund der Kopplung der Elektronen- an die Gastemperatur zu einer Verbreiterung der Spektrallinien.

Anwendung

Niederdruck-Metalldampflampen

Sogenannte Spektrallampen enthalten ein charakteristisches Element und dienen der Kalibrierung von Spektrometern sowie als Quellen für monochromatisches Licht. Alkalimetalle eignen sich gut für den Einsatz in Spektrallampen. Durch deren Elektronenkonfiguration haben sie nur ein freies Elektron und besitzen damit nur wenige, scharfe Spektrallinien. Des Weiteren werden Wasserstoff, Helium, Quecksilber und Cadmium usw. als Füllstoffe eingesetzt. Die Spektrallinien werden, ausgehend von der niedrigsten Energie (also der größten Wellenlänge) mit den Buchstaben des lateinischen Alphabets bezeichnet. So hat z. B. die i-Linie des Quecksilbers eine Wellenlänge von 365 nm bzw. eine Frequenz von 821,35 THz.

Natriumdampflampen und Quecksilberdampf-Hochdrucklampen werden z. B. zur Straßenbeleuchtung eingesetzt.

In Leuchtstofflampen wird ebenfalls Quecksilberdampf als primäre Lichtquelle verwendet. Allerdings ist der Glaskolben mit einem Leuchtstoff beschichtet, der die UV-Linien des Quecksilbers in sichtbares Licht umwandelt. Auch die so genannten Energiesparlampen gehören zu den Leuchtstofflampen. Die Wahl des Leuchtstoffs beeinflusst den Farbton der Leuchtstofflampen. Lampen mit der Bezeichnung WW (warmweiß) setzen einen rötlich-warmen Akzent, TW (tageslichtweiß) einen bläulich-kalten.

Halogenmetalldampflampen enthalten neben Metallen zusätzlich Halogene in der Füllung und weisen gegenüber Quecksilberdampf-Hochdrucklampen ein besonders farbtreues (weißes) Lichtspektrum auf. Sie werden u. a. zur Beleuchtung von Geschäftsauslagen und in Tageslichtfilmscheinwerfern (im Englischen als hydrargyrum medium-arc iodide bezeichnet, HMI) eingesetzt.

Metalldampflampen können meist nicht direkt mit Netzspannung betrieben werden, sondern benötigen ein an die Leistung der Lampe angepasstes Vorschaltgerät.

Literatur

• Winfrid Hauke, Rolf Thaele, Günter Reck: RWE Energie Bau-Handbuch. 12. Ausgabe, Energie-Verlag GmbH, Heidelberg 1998, ISBN 3-87200-700-9.
• Hans R. Ris: Beleuchtungstechnik für Praktiker. 2. Auflage, VDE-Verlag GmbH, Berlin-Offenbach 1997, ISBN 3-8007-2163-5 .
• Wilhelm Gerster: Moderne Beleuchtungssysteme für drinnen und draußen. 1. Auflage, Compact Verlag, München 1997, ISBN 3-8174-2395-0.
• Michael Ebner: Lichttechnik für Bühne und Disco; Ein Handbuch für Praktiker. 1. Auflage, Elektor-Verlag, Aachen 2001, ISBN 3-89576-108-7.