Lichtquellenarten & Lichtstärke

Als Lichtquellen bezeichnen wir alle Gegenstände, die Licht aussenden. Man unterscheidet dabei zwischen:

  • Direkten Lichtquellen (Gegenstände, die von selbst leuchten)
  • Indirekten Lichtquellen (Beleuchtete Körper, die das Licht reflektieren und für uns daher sichtbar werden)

Direkte Lichtquellen

Auch bei den direkten Lichquellen gibt es nochmal eine Unterscheidung zwischen

  • Natürlichen Lichtquellen (Lichtquellen, die in der Natur vorkommen)
  • Künstlichen Lichtquellen (Lichtquellen, die von Menschen entwickelt wurden)

Lichterzeugung

Doch wie schaffen es diese Lichtquellen zu leuchten?
Dazu müssen sie elektromagnetische Strahlung in Form von Licht erzeugen.

Maxwell Grundprinzip:

Eine beschleunigte Ladung strahlt kontinuierlich Energie, zum Beispiel in Form von Licht, ab!

Eine Beschleunigung der Elektronen kann entstehen durch Geschwindigkeitsänderung oder Richtungsänderung!

Es gibt dabei verschiedene Wege der Lichterzeugung, die in den nächsten Abschnitten erklärt werden.

Thermische Lichterzeugung

Beim thermischen Strahler erhitzt sich die Ladung. Die Elektronen beschleunigen, und zwar umso schneller, je wärmer der Körper ist. Dabei senden sie eine kontinuierliche Strahlung aus und erzeugen dadurch ein kontinuierliches Spektrum.

Das Spektrum einer Glühbirne ist ein kontinuierliches Spektrum, dass ohne Unterbrechung alle Farben des Farbspektrums beinhaltet.

Licht hat eine Temperatur die in Kelvin (K) angegeben wird. Und je heißer ein Strahler ist, desto blauer leuchtet er.

Blaues Licht hat eine kürzere Wellenlänge und kurzwelliges Licht transportiert mehr Energie als langwelliges. Je höher also der Blauanteil ist, umso energiereicher ist das Licht.

Mit steigender Temperatur wandert daher das Strahlungs-Maximum vom infraroten über rotes, hin zu blauem und ultraviolettem Licht (Plancksches Strahlungsgesetz).

Das Diagramm zeigt die Energie, die jeweils pro Wellenlänge (Farbe) ausgesendet wird. Bei zunehmender Temperatur, die hier in Kelvin angezeigt wird, ist zu sehen, dass das Maximum in den blauen Bereich wandert.

Ihr kennt das vielleicht aus dem Alltag, wenn ein glühendes Metall zunächst rötlich ist und bei zunehmender Temperatur blauer wird.

Wirkungsgrad

Thermische Lichterzeuger senden neben Licht auch eine große Portion Wärmestrahlung aus. Die Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Welle, deren Wellenlänge aber nicht im sichtbaren Bereich liegt. Deshalb trägt sie nicht zur Helligkeit der Lichtquelle bei.

Da wir die meisten Lichtquellen nicht zum Heizen benutzen, brauchen wir die Wärmeenergie gar nicht. Sie ist ein „Abfallprodukt“, weshalb der effektive Wirkungsgrad eines thermischen Strahlers sehr gering ist.

Nichtthermische Lichterzeugung

Nichtthermische Strahler leuchten aufgrund von Emission. Emittiertes Licht entsteht durch das Springen von Elektronen zwischen den Energieniveaus der Atomschalen. Dabei emittieren sie bestimmte Wellenlängen und erzeugen kein kontinuierliches, sondern ein Linienspektrum.

Das Linienspektrum zeigt im Gegensatz zum kontinuierlichen Spektrum nur bestimmte Farben des Farbspektrums. Diese bestimmten Farben sind als einzelne Ausschläge im Diagramm zu sehen.

Wirkungsgrad

Bei dieser Art der Lichterzeugung muss der aussendende Körper nicht auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden um Licht zu erzeugen. Sie haben daher einen größeren Wirkungsgrad, da sie weniger des „Abfallprodukts“ erzeugen.

Zudem spart man einen Großteil des Spektrums ein, da nur ganz bestimmte Wellenlängen emittiert werden, die in ihrer Summe dann das Licht ergeben, das genauso hell wie das Licht eines thermischen Strahlers scheint.

Chemische Lichterzeugung

Bei thermischen und auch nichtthermischen Strahlern entsteht Licht oft durch eine chemische Reaktionen wie zum Beispiel bei Knicklichtern, Glühwürmchen, ...


Beispiele

Lichtquellen im Alltag

Findest du jeweils vier Beispiele für natürliche und künstliche Lichtquellen aus deinem Alltag?

Lösung

Natürliche Lichtquellen:

  • Sonne
  • Sterne
  • Feuer
  • Blitz
  • Lava
  • Polarlicht
  • ...

Künstliche Lichtquellen:

  • Glühlampe
  • LED
  • Leuchtstoffröhre
  • Fernseher/ Handy /Laptop
  • Laser
  • ...

Thermische oder nichtthermische Strahler?

Ordne deine gefundenen Beispiele ein in thermische oder nichtthermische Strahler.

Lösung

Thermische Strahler:

  • Sonne
  • Sterne
  • Feuer
  • Lava
  • Glühlampe

Nichtthermische Strahler:

  • Polarlicht
  • Blitz
  • LED
  • Leuchtstoffröhre
  • Fernseher/ Handy/ Laptop
  • Laser

Glühlampe und Energiesparlampe

  1. Eine Glühbirne leuchtet, indem in ihrem Inneren ein Draht zum Glühen gebracht wird. Kannst du dir vorstellen, warum die Glühbirne aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs abgeschafft wurde?
  2. Was machen Energiesparlampen besser?

Lösung

  1. Die Glühbirne ist ein thermischer Strahler. Der Glühdraht sendet neben dem Licht auch sehr viel Wärmestrahlung aus, was aber zur Beleuchtung eines Raums nicht benötigt wird. Deshalb wird zu viel Energie für die Wärmestrahlung verschwendet.
  2. Eine Energiesparlampe ist ein nichtthermischer Strahler. Sie wird nicht heiß und verschwendet daher keine Energie in Form von Wärmestrahlung. Außerdem sendet sie nur einzelne Wellenlängen des Lichts, anstatt eines ganzen Spektrums aus. Dennoch leuchtet sie genauso hell wie die Glühlampe.
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