mini|Die Sonne als unsere primäre Lichtquelle Eine Lichtquelle ist der Ort, von dem Licht ausgeht. Primäre globale Lichtquelle ist die Sonne.

Unterteilungen und Charakteristik

Charakteristisches Merkmal aller Lichtquellen ist die Wellenlängenverteilung nach Frequenz und Intensität.

Die Vielfalt von Lichtquellen lässt sich nach weiteren Kriterien einteilen: nach den Merkmalen messbarer Strahlung, nach der Geometrie des Strahlengangs oder nach einzelnen physikalischen Kennzeichen wie der Quantenenergie. 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 lokal begrenzte Lichtquellen (Glühwürmchen, Polarlicht, Blitz) und vom Menschen geschaffene künstliche technische Lichtquellen (Öllampe, Leuchtmittel bzw. Lampe, Laser, Bildröhre, Leuchtdiode) unterschieden.

Eine 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 andere Lichtfarben aussenden (induzierte Emission), wie Leuchtfarben, oder das eingestrahlte Licht reflektieren, wie der Mond Sonnenlicht auf die Erde wirft. Zu diesen passiven Quellen gehören ebenfalls Rückstrahler (Katzenaugen) an Verkehrsmitteln, die Licht reflektieren.

Thermische Strahler mini|hochkant|Petroleumlampe der Gotthardbahn 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. Elektroenergie: Glühlampe, Nernstlampe, das Plasma der Kohlenbogenlampe Chemische Energie wirkt vorzugsweise bei der Verbrennung: Öllampe, Petroleumlampe, darunter die Starklichtlampe, Gaslaterne, Kerze, Fackel. Allgemein leuchten bei jedem Feuer die Flammen durch den glühenden, dispersen Kohlenstoff. Ein etwas anderer Vorgang ist die Umsetzung der Wärme in (vorzugsweise) sichtbares Licht mittels Glühstrumpf. Kernphysikalische Energie spielt bei der Sonne als ursprünglichste Lichtquelle für die Erdbewohner die entscheidende Rolle.

Nichtthermische Strahler Im Gegensatz zum thermischen Strahler können Moleküle und Atome durch Zufuhr von Energie unterschiedlicher Provenienz in einen angeregten Zustand versetzt werden. Geht dann der angeregte 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 diskontinuierliche Spektrallinien 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 Leuchtstoffen 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.

Lichtausbeute haushaltsüblicher Leuchtmittel

Die in den 2010er Jahren langsam aussterbende Glühlampe ist mit rund 10 lm/W der Halogenlampe mit etwa 20 lm/W unterlegen. Als einziges bezüglich der Lichtausbeute noch entwicklungsfähiges haushaltsübliches Leuchtmittel überholt die LED im gleichen Jahrzehnt bei etwa 100 lm/W die (Kompakt-)Leuchtstofflampe.http://www.photonikforschung.de/forschungsfelder/beleuchtungled/wie-funktioniert-eine-led/

Beispiele

Lichtquelle typische Werte Grundtyp Detailtyp Leistungs­aufnahme (W) Lichtstrom (lm) Lichtausbeute (lm/W) Flamme (an Docht)Kerzeca. 50 ca. 50,1Öllampe0,2Flamme (Flüssigbrennstoff-Vergaser) + GlühstrumpfStarklichtlampebis 1000bis 50005,0Gasflamme + GlühstrumpfCampinGaz-Lampe mit Butan/Propan200Acetylenbrenner Karbidlampeplane Acetylenflamme, aus Doppelkeramikdüse für 14 l/h200 BogenlampeKohle (ungefüllt) 55 V Wechselstrom – Platzbeleuchtung300 Glühlampe (Wolfram)Glühlampe 230 V5255,0Glühlampe 230 V4040010Glühlampe 230 V6072012Glühlampe 230 V100145014,5 HalogenglühlampeHalogen 12 V3586025Halogen 12 V (KFZ, real 13,8 V)55150027,5Halogen 230 V GU105060012Halogen 230 V100167016,7Halogen 230 V250420016,8Halogen 230 V500990019,8Halogen 230 V10002420024,2Gasentladung + LeuchtstoffKompaktleuchtstofflampe1155050Kompaktleuchtstofflampe20115057,5Kompaktleuchtstofflampe23138060Leuchtröhre, auch als Kaltkathode oder CCFL bezeichnet1160555Leuchtstofflampe mit konventionellem Vorschaltgerät (KVG, 50-Hz-Drossel) 36 270075Leuchtstofflampe inkl. konventionellem Vorschaltgerät (KVG, 50-Hz-Drossel) 55275050Leuchtstofflampe mit elektronischem Vorschaltgerät (EVG)36342095Leuchtstofflampe inkl. elektronischem Vorschaltgerät (EVG)50340068Induktionslampe (Elektrodenlose Leuchtstoffröhre mit induktiver Speisung)80Gasentladung, GasentladungsröhreXenon-Höchstdruck-Gasentladungslampen in Videoprojektoren100 bis 3002250 bis 675022,5Xenon-Gasentladungslampe (Höchstdrucklampen in Kinoprojektoren)mehrere Kilowatt47Halogenmetalldampflampe35 bis 10003290 bis 9400094Quecksilberdampflampe Hochdrucklampe (HID)55Glimmentladung (Neon: orange) ohne Leuchtstoff8Xenon-Bogenlampe50Quecksilber-Xenon-Bogenlampe (Kfz-Frontscheinwerfer)35 52–93Quecksilberdampf-Hochdrucklampe (HQL), teilweise mit Leuchtstoff5036Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, teilweise mit Leuchtstoff 400 60Halogenmetalldampflampe (HCI, HQI)250100Natriumdampf-Hochdrucklampe35 bis 10004500 bis 130000140Natriumdampf-Niederdrucklampe 18 bis 1501800 bis 26200175Schwefellampe1400 95Elektrolumineszenz-Folie (EL-Folie)EL-Folie5,0 Leuchtdiodeblau0,05 bis 1 1 bis 16rot0,05 bis 1 5 bis 90weiß (blau mit Leuchtstoff) bis 565 LED-Lampe (blaue LED + Leuchtstoff, incl. Vorschaltelektronik)LED-Lampe 230 V weiß (4000 K)1 bis 20 20 bis 100LED-Lampe 230 V warmweiß (2700 K)1 bis 20 20 bis 85LED-Lampe 230 V warmweiß (2700 K)5.2 bis 12 60 bis 210LED-Lampe 230 V warmweiß (2700 K; weiß + rot)6 bis 1268 theoretisches Maximum an Lichtausbeutethermischer Strahler, 6600 K 95 grün, 555 nm – monochromsiehe Photometrisches Strahlungsäquivalent 683

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

Weblinks

Lichtquellen – Informationen vom Bundesamt für Umwelt

Einzelnachweise

Kategorie:Strahlenquelle

zh:光#光源