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Glühlampe (Teil I )

Licht und Beleuchtung spielen im Leben des Menschen eine zentrale Rolle

Der Mensch nimmt seine Umgebung hauptsächlich visuell wahr. Fehlt das notwendige Licht beispielsweise nachts oder in geschlossenen Räumen so muss es durch künstliche Lichtquellen ersetzt werden. Über viele Jahre hinweg waren Fackel, Öllampe und besonders die Wachskerze die einzige Möglichkeit zur Beleuchtung der menschlichen Umgebung. Erst durch den Einsatz von Gas und Elektrizität zu Beginn des 19. Jh. war eine Wende in dieser jahrtausend alten Tradition der Beleuchtung eingetreten. 1

Glühlampe

Glühlampe

Das erste Leuchmittel, das nicht direkt auf Verbrennung beruhte.

© display-Magazin

Mit der Erfindung der elektrischen Glühbirne wurde erstmals ein Leuchtmittel entwickelt, das nicht direkt auf Verbrennung beruhte. Die Gemeinsamkeit der bis dorthin dominierenden Techniken zur Lichterzeugung war, dass es sich um thermische Lichtquellen handelt. Die heiße Flamme oder der erhitzte Glühdraht wirken als schwarze Strahler, deren Helligkeit und spektrale Verteilung ausschließlich von ihrer Temperatur bestimmt werden. Die zugeführte Energie – Verbrennungswärme oder elektrische Energie – wird in ein breites Spektrum elektromagnetischer Strahlung umgewandelt. 2

Erfindung der Glühbirne

Louis Jacques de Thenard hatte im Jahre 1801 entdeckt, dass man einen Metalldraht zum Glühen bringen kann, indem man Strom durch ihn fließen lässt. Arthur de la Rive brachte 1820 einen Platindraht im Teilvakuum zum Glühen und Heinrich Göbel entwickelte im Jahre 1850 eine erste Kohlefadenlampe. Ein verkohlter Bambusfaden diente im Vakuum als Glühdraht. Basierend auf diesen bereits vorhandenen Erkenntnissen, führte Edison zahlreiche Versuche durch, die Glühbirne als Beleuchtungsquelle zu etablieren. 1879 hatte er eine Lampe entwickelt, die gut geeignet war. Auch Edison verwendete einen Bambusfaden im Vakuum, der in einer großen Spirale gewickelt war und ein kleines feines Licht lieferte. Noch heute sind Kohlefadenlampen kommerziell erhältlich. 3

Thomas Alva Edison

Thomas Alva Edison

Durch spektakuläre Inszenierungen machte er sein Glühlicht öffentlich bekannt.

© elvidge

Edison's elektrisches Glühlicht

Thomas Alva Edison hatte sich in den Kopf gesetzt, gegen die übermächtige Konkurrenz des Gaslichts sein elektrisches Glühlicht am Markt durchzusetzen und damit auch noch Geld zu verdienen. Zunächst einmal war er nicht verlegen, mit spektakulären Inszenierungen sein Glühlicht in der Öffentlichkeit bekannt zu machen. Bereits Silvester 1879 gab er im Städtchen Menlo Park, wo er ein großes langgestrecktes Gebäude als sein Laboratorium eingerichtet hatte, eine Präsentation des neuen Lichts, die tausende von Schaulustigen anlockte. Die Presse, die ohnehin immer eifrig über die Aktivitäten des «Zauberers von Menlo Park» berichtete, tat ihr Übriges, um auf Edison's Licht hinzuweisen. Ein Eisenbahnchef verschaffte Edison den Auftrag, den neuen großen Überseedampfer «S. S. Columbia» mit dem neuen elektrischen Licht auszurüsten. So konnte er eindrucksvoll und mit Erfolg eine komplette Anlage mit mehreren auf dem Schiff installierten Dynamomaschinen aufbauen. 1881 auf der Pariser Weltausstellung für Elektrizität zeigte Edison eine Installation von Tausend seiner Lampen. Hunderte von Besuchern standen an, um an einer Glühlampe einmal selbst mit dem hahnenförmigen Schalter das Licht an- und auszudrehen. 4

Aufbau eines Metallgitters

Aufbau eines Metallgitters

Elektronen können nicht ungehindert durch ein Metallgitter fließen.

© display-Magazin

Wieso sendet heißes Metall Licht aus?

Ein elektrischer Leiter besitzt einen bestimmten Widerstand. Dies bedeutet, dass Elektronen nicht völlig ungehindert durch einen Leiter fließen können, sondern mit den Atomen im Metallgitter kollidieren. Dieser Widerstand ist eine Materialkonstante. 5 Je höher der Widerstand desto größer ist die Kollosionswahrscheinlichlichkeit. Bei der Kollision mit einem Atom gibt nun das Elektron Bewegungsenergie an das getroffene Atom ab und regt dieses zum Schwingen (Oszilieren) an. Dabei entspricht die Amplidute der Schwingung der Temperatur im physikalischen Sinne. Bei genügend großer Temperatur gibt das Atom Energie in Form von Photonen (Licht) ab. Der Draht beginnt zu glühen.    

Die Suche nach geeignetem Material

Mit der Erkenntnis, dass eine möglichst hohe Glühfadentemperatur erzielt werden muss, beginnt die Suche nach einem geeigneten Material. Doch leider ist der Schmelzpunkt neben der mechanischen Stabilität nicht das einzige Kriterium. Der Kohlefaden, wie ihn Edison verwendet hat, weist einen hohen Dampfdruck auf. Als Folge sublimiert der Kohlenstoff innerhalb kürzester Zeit und schwärzt den Lampenkolben. Die Lebensdauer einer Kohlefadenlampe bewegt sich daher nur im akzeptablen Bereich, solange die Temperatur unterhalb von etwa 2000 °C bleibt. Die Verwendung hoch schmelzender Schwermetalle scheiterte lange Zeit an der sehr schwierigen Metallurgie dieser Stoffe. Nachdem es im Jahre 1908 gelungen war, genügend dünne Fäden von Wolfram zu ziehen, verwendet man bis heute Osmium und vor allem Wolfram als Glühfadenmaterial, wie auch im Firmennamen OSmium-wolfRAM deutlich wird. Mit der Entscheidung für einen Glühdraht, einer Stromzu- und -ableitung, Sockel und Halterung ist die Glühbirne damit fertig. Fehlt nur noch ein evakuierter Kolben, um die Oxidation des glühenden Drahtes zu verhindern. 3

Begriffserklärung

Licht

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