Physik - Kaleidoskop

Glühlampe 207
Elektrische Eigenschaften
Einschaltstrom
Aufgrund der positiven Temperatur-Widerstands-Charakteristik
(Kaltleiter) fließt beim Einschalten einer Metalldraht-Glühlampe ein
sehr hoher Einschaltstrom (das Fünf- bis Fünfzehnfache des
Nennstromes), der die Glühwendel schnell auf die Betriebstemperatur
aufheizt. Mit der Zunahme des elektrischen Widerstands bei steigender
Temperatur sinkt der Strom auf den Nennwert. Die früher
gebräuchlichen Kohlenfadenlampen zeigten dagegen eine sanfte
Zunahme des Stromes beim Einschalten, da erst mit steigender
Temperatur genügend Ladungsträger für den Stromtransport freigesetzt
werden (Kohle ist ein Heißleiter).
Der hohe Einschaltstrom ist die Ursache für Ausfälle von Glühlampen
unmittelbar beim Einschalten (siehe unten). Dabei kann (bei höheren
Betriebsspannungen) ein Lichtbogen zünden, was zum Auslösen der
Sicherung und/oder zum Bersten des Glaskolbens führen kann.
Manche Glühlampen für Netzspannung sind daher im Sockel mit einer
Schmelzsicherung versehen.
Der hohe Einschaltstrom von Metalldrahtglühlampen belastet das
Energieversorgungssystem des Leuchtmittels. In Kühlräumen ist das
Verwenden von Halogenlampen ohne entsprechende
Strombegrenzungen wegen der hohen Einschaltströme bei tiefen Temperaturen problematisch.
Optische Eigenschaften
Lichtausbeute
Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes einer
Glühlampe von der angelegten Spannung
Darstellung des (max.) Wirkungsgrades einer
Glühlampe in einem Sankey-Diagramm)
Fast die gesamte der Lampe zugeführte Energie wird in Strahlung umgesetzt, die Verluste durch Wärmeleitung und
-konvektion sind gering. Aber nur ein kleiner Wellenlängenbereich der Strahlung ist für das menschliche Auge
sichtbar. Der Hauptanteil liegt im unsichtbaren Infrarotbereich und wird als Wärme abgestrahlt.
Der Glühfaden strahlt mit einer Wellenlängenverteilung entsprechend
dem planckschen Strahlungsgesetz. Das Lichtspektrum ist im
Gegensatz zu vielen anderen Lichtquellen kontinuierlich. Das
Strahlungsmaximum der Strahlung verschiebt sich mit steigender
Temperatur gemäß dem Wienschen Verschiebungsgesetz zu kleineren
Wellenlängen hin. Zugleich erhöht sich das Maximum. Die Helligkeit
einer Glühlampe hängt daher stark überproportional von der
Temperatur und der Betriebsspannung ab.
Um eine möglichst hohe Lichtausbeute zu erhalten, strebt man danach,
das Strahlungsmaximum durch Temperaturerhöhung aus dem Bereich
der langwelligen Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) in den Bereich
des sichtbaren Lichtes zu verschieben.
Verlauf der Glühdrahttemperatur (obere Kurve)
und der relativen Helligkeit (untere Kurve) einer
Glühlampe 12 V/60 W in Abhängigkeit von der
Betriebsspannung
Die Lichtausbeute (Anteil sichtbaren Lichts) erreicht bei einer Glühfadentemperatur von etwa 2700 K einen Anteil
von etwa 3 %. Erhöht man die Temperatur auf 3400 K, so beträgt die Ausbeute 5 %. Die dazu erforderliche höhere
Betriebsspannung (siehe dort) führt jedoch zu einer verkürzten Lebensdauer.