Lichterzeugung

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Lichterzeugung
Bis zu 40% der in Privatwohnungen und Büros verbrauchten Energie dienen der Beleuchtung. Wenn man weiß, wie Licht klüger und effizienter erzeugt und eingesetzt werden kann, kann man eine Menge bewirken.
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Was Sie wissen sollten
Licht ist eine Form der Energie. Zur Erzeugung von Licht müssen andere Energieformen, wie Elektrizität oder Wärme, in Licht umgewandelt werden. Die Effizienz einer Lichtquelle ist das Verhältnis zwischen der Stärke des ausgestrahlten sichtbaren Lichts, gemessen in Lumen, und der verbrauchten Energie, gemessen in Wa5 (wird auf Lichtquellen als lm/W angegeben).
Licht wird in kleinen, einzelnen Energiestößen oder Quanten ausgestrahlt, die Photonen genannten werden.
Die Energie (E) eines Photons hängt einzig von der Frequenz (ν) des Lichts ab:
E = h ν
In dieser Gleichung steht h für das Plancksche Wirkungsquantum h = 4.135 ×10−15 eVs, das nach dem Wissenscha.ler Max Planck benannt ist, der die Quanteneigenscha. der Lichtenergie und damit das Photon entdeckt hat.
Ein Photon mit einer höheren Frequenz (z. B. Blau) hat mehr Energie als ein Photon mit einer niedrigeren Frequenz (z. B. Rot).
Elektrisches Licht kann man ausschalten. Das spart Energie und Geld und schont die Umwelt.
Leuchtdioden (LEDs)
Wie Sie vielleicht bemerkt haben, unterscheidet sich das Spektrum einer LED von dem einer Glühbirne. Das Spektrum einer Glühbirne reicht vom Infrarotbereich bis zu hohen Wellenlängen, je nachdem, welche Temperatur der Glühfaden erreicht. Das Spektrum einer LED hingegen umfasst nur besEmmte Wellenlängen. Dies erklärt sich dadurch, dass LEDs Licht nicht durch Hitze erzeugen, sondern durch Elektronen, die Licht ausstrahlen, wenn sie auf ein niedrigeres Energieniveau absinken.
In einer LED stammt das Licht vom Übergang zwischen zwei leicht unterschiedlichen Materialien. Das eine hat einen Überschuss an freien Elektronen (nicht an ein Atom gebunden) und das andere einen Mangel an Elektronen (Atome, denen ein Elektron fehlt). Wenn der Strom in die richDge Richtung fließt, sinken die freien Elektronen von ihrem hohen Energieniveau ab, verbinden sich mit den Atomen im anderen Material und geben dabei ihre Energie in Form von Photonen ab. Die Differenz zwischen den beiden Energieniveaus besDmmt die Frequenz des Photons und damit die Farbe des Lichts.
Leuchtstoffröhren
Bisher sind Leuchtstoffröhren die effizienteste Lichtquelle für weißes Licht -­‐ obwohl die Energie vor der Erzeugung von sichtbarem Licht mehrmals umgewandelt wird: Bei einer Gasentladung beschleunigt ein elektrisches Feld zwischen den beiden Enden der Röhre freie Elektronen. Wenn diese Elektronen auf die Quecksilberatome in der Röhre treffen, reicht ihre kineIsche Energie aus, um eines der Elektronen aus diesem Atom zu stoßen. Diese Leerstelle wird schnell durch ein anderes (oder dasselbe) Elektron gefüllt und die durch diese Verbindung frei werdende Energie als Photon ausgestrahlt.
Die Energie dieses Photons und damit die Frequenz des Lichts sind jedoch zu hoch, um für das menschliche Auge sichtbar zu sein. Das so erzeugte UV-­‐Licht kann das Auge sogar schädigen. Deshalb ist die Wand der Röhre mit einem Puder aus Leuchtstoffen beschichtet, die das UV-­‐Licht absorbieren. Das UV-­‐Licht bringt Elektronen in den Leuchtstoffen in einen höheren energeIschen Zustand. Je nach Leuchtstoff kehren die angeregten Elektronen in zwei oder drei kleineren SchriVen in ihren normalen energeIschen Zustand zurück. Bei manchen dieser SchriVe werden Photonen mit sichtbarer Wellenlänge ausgestrahlt. Die Färbung des Lichts in der Röhre hängt von der verwendeten Leuchtstoffmischung ab.
Photonics Explorer | FS 06.1 Making light
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