Glühlampe
Die Glühlampe, aufgrund ihres birnenförmigen Kolbens umgangssprachlich oft als Glühbirne bezeichnet, ist eine künstliche Lichtquelle, deren Leuchtdraht durch elektrischen Strom zum Leuchten angeregt wird.Der Glaskolben schützt den Draht vor einer Verbrennung an der Luft. Die schnelle Abdampfrate des Leuchtdrahtes erforderte große Glaskolben, damit sich der Niederschlag auf einer großen Glasfläche verteilen konnte. Früher wurde der Glaskolben nur vakuumiert, heute sind die Glühlampen mit einem Schutzgas gefüllt, um die Sublimationsrate zu reduzieren. Die Wärmeverluste halten sich bei der Wahl eines schweren Füllgases in Grenzen. Teure Taschenlampen-Glühlampen enthalten Krypton oder Xenon (Atomgewicht: 83,798 bzw. 131,293 amu), preiswerte Glühlampen Argon (Atomgewicht: 39,948 amu)und Stickstoff (Molekülmasse: 28,0134 amu).
Die ersten Glühlampen enthielten einen Faden aus Kohle (Sublimationspunkt: 3550°C), heute werden fast ausschließlich Drahtwendeln aus einer Wolfram-Osmium Legierung (Schmelzpunkt: 3410°C bzw. 3045°C) verwendet. Glühlampen sollen bei handhabbaren Spannungen und Strömen betrieben werden. Beispielsweise erfordert eine Leistungsaufnahme von 60W bei einer Betriebsspannung von 230V und einem Betriebsstrom von 0,26A einen elektrischen Widerstand des glühenden Drahtes von 882 Ohm. Der Draht muß deshalb lang und dünn sein. Die Wärmeverluste lassen sich durch eine Wendelung reduzieren (Stichwort: Langmuir-Schicht. Sie bestimmt die Fläche, die am Wärmeaustausch teilnimmt. Für einen dünn gewickelten Draht ist sie so groß wie die Oberfläche der Wendel, nicht des Drahtes.).
Die Form und die Bezeichnung des Gewindes einer normalen Glühlampe geht auf Edison zurück. E(dison)14 bezeichnet ein kleines Gewinde, E27 ein normales (siehe Abbildung einer Glühlampe) und E40 ein großes Gewinde für Glühlampen mit mehr als 200 W Leistungsaufnahme.
Die aus dem Planckschen Strahlungsgesetz abgeleitete ideale Glühlampen-Temperatur liegt bei ca. 6000 K und ist mit den zu Verfügung stehenden Werkstoffen nicht zu erreichen. Bei einer Temperatur von weniger als 3000 K strahlt die Glühlampe den größten Teil der elektrischen Energie als Wärme in Form von unsichtbarer Infrarot-Strahlung ab. Nur 1-2% Prozent werden in sichtbares Licht gewandelt.
Eine Methode, um den Wirkungsgrad zu verbessern, ist die Erhöhung der Temperatur des Glühfadens. In einer sog. Halogenlampe reduziert die Zugabe von Halogen (meist Iod) die Sublimation von Wolfram. Das Halogen reagiert mit den vom Glühdraht verdampften Wolframatomen und stabilisiert eine wolframhaltige Atmosphäre. Falsch ist die Annahme, dass sich die Lebensdauer durch eine Abscheidung von Wolfram auf der Wendel verlängert. Eine Abscheidung erfolgt, wenn überhaupt, nur an den kälteren Stellen. Für den Ausfall der Glühlampe sind aber die dünnen heißen Stellen der Wendel verantwortlich. Der Halogenzusatz verhindert den Niederschlag von Kathodenmaterial am Glaskolben, vorausgesetzt der Glaskörper ist heißer als ca. 600° C. Fehlende Schwärzung und hohe Temperatur erlauben die Fertigung kompakter Glaskolben. Verunreinigungen auf den Quarzglas-Kolben, z.B. Fingerabdrücke durch Anfassen des Glases, verkohlen im Betrieb, verändern die Temperaturverteilung auf dem Glaskörper und reduzieren die Lebensdauer.
Während die Temperatur einer normalen Glühlampe um 2800 K liegt, erreichen Halogenlampen rund 3300 K.
Lichtquellen mit besserem Wirkungsgrad sind die Leuchtstofflampe, die auch in ihrer kompakte Form als Energiesparlampe gebräuchlich ist, Metalldampflampen und Gasentladungslampen. In Entwicklung sind derzeit Lichtquellen mit hoher Lichtausbeute auf Basis von Leuchtdioden, die in wenigen Jahren Glühlampen ersetzen sollen.
Erste Versuche in den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts zur Herstellung von Glühlampen verwendeten als Leuchtdraht einen Kohlenfaden oder verkohlten Bambusfaden unter einer evakuierten Glasglocke.
Im Jahr 1893 konnte in einem Patentprozess nachgewiesen werden, dass Heinrich Göbel bereits im Jahr 1854 die erste Glühlampe erfand. Edison verbesserte die Glühlampe 25 Jahre später, so dass sie zu Beleuchtungszwecken eingesetzt werden und industriell gefertigt werden konnte.
Die erste deutsche Glühlampe wurde in Stützerbach, Thüringen, hergestellt.
Siehe auch: Leuchtstoffröhre, Lavalampe, Beleuchtung, Glühbirnen-Witz
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