Wechselstromlehre - Grundlagen - - Seite 4 - Seite zck. Seite vor




  Die Wirkungen des elektrischen Stromes ( 1 )  


1. Die Wärmewirkung
Fließt Strom durch einen Leiter, so wird der Leiter warm bzw. heiß.
Begründung:
Wärme = Schwingen des Atomgitters ; Stromfluss = Elektronenfluss.
Die Elektronen zwängen sich durch das Atomgitter und bringen dieses zum
Schwingen. Je größer der elektrische Widerstand ist und je größer der Strom
ist, umso heißer wird der Leiter.

Das Bild links zeigt symbolisch die fließenden freien Elektronen, die sich durch das Atomgitter zwängen und dieses zum Schwingen anregen.
 
Anwendungen:
Eine Glühlampe wandelt die elektrische Energie mit ca. 90% in Wärmeenergie um.
Nur ca. 10% werden in Lichtenergie umgesetzt.

Eine heutige Halogen-Glühlampe unterscheidet sich schon rein äußerlich stark von einer herkömmlichen Glühlampe. Der Lampenkolben ist kleiner und ist nicht luftleer gepumpt, sondern mit Edelgas gefüllt. Der Glühwendel brennt mit wesentlich höherer Temperatur als der einer normalen Glühlampe. Der Lampenkolben besteht aus temperaturbeständigem Quarzglas. Normales Glas würde der hohen Temperatur nicht standhalten. Der Edelgasfüllung im Kolben ist eine geringe Menge eines Halogens, z. B. Brom oder Jod, beigefügt.
Das bei der sehr hohen Glühwendeltemperatur verdampfte Wolfram schlägt sich nicht mehr an der Kolbenwand nieder, sondern geht mit dem Halogen eine Verbindung ein und kehrt zum Glühwendel zurück. Es ergibt sich ein Kreisprozess, der die große Lichtleistung und eine längere Lebensdauer gewährleistet.
Die Halogenlampe ist eine Weiterentwicklung der Glühlampe, wobei ein Wolframglühfaden benutzt wird und das Füllgas einen Halogenzusatz (Halogene sind Jod, Brom Chlor etc.) aufweist. Der Glaskolben wird sehr klein ausgeführt und besteht aus Quarz- oder Hartglas. Die ersten 1958 hergestellten Halogenglühlampen enthielten Jod. Später ging man zu chemisch weniger aggressiven und farblosen Bromverbindungen über wie z.B. Brommethan CH3Br), die eine maschinelle Fertigung erlaubten. Die im Betrieb von der Wendel abdampfenden Wolframatome verbinden sich in den kühleren Zonen in Kolbennähe mit dem Brom, das bei dieser Temperatur aus der Bromverbindung freigesetzt wird. Das Wolframbromid schlägt sich bei den hohen Kolbentemperaturen von über 250 °C nicht auf der Wand nieder, sondern bleibt gasförmig. Aus diesem Grund wird der Glaskolben klein gehalten. In Wendelnähe zerlegt sich die Wolframverbindung wieder zu atomaren Wolfram, das sich an die heißesten (und damit dünnsten) Stellen des Wolframdrahtes anlegt und zu Brom, das sich wieder zu Brommethan verbindet. So entsteht ein Kreislaufprozess, der keine Kolbenschwärzung durch Wolframablagerungen aufkommen lässt und die Wendel an ihren Schwachstelen wieder regeneriert. Man kann deshalb mit höheren Temperaturen des Glühfadens im Vergleich zu normalen Glühlampen arbeiten, wodurch sich hohe Lichtausbeuten ergeben. Halogenlampen haben lange Lebensdauer, konstanten Lichtstrom während der ganzen Lebensdauer und sehr kleine Abmessungen.
2. Die Lichtwirkung
    Licht entsteht entweder durch glühende Drähte wie bei der Glühlampe,
    aber auch durch stromerregte Gase oder durch stromerregte Halbleiter.

    stromerregte Gase: Beispiel → Leuchtstofflampe:

Wirkungsweise
Nach dem Einschalten zündet die Glimmlampe und erwärmt sich. Der Thermokontakt schließt. Dadurch kann Strom fließen über die Drossel und über die Heizfäden. Das Gas um die Elektroden der Leuchtstofflampe erhitzt sich und erleichtert das nachfolgene Zünden = Ionisieren des Gases. Der geschlossene Thermokontakt überbrückt aber auch die Glimmlampe, so dass diese erkaltet. Dadurch öffnet der Thermokontakt wieder. Der Stromkreis wird unterbrochen, und in der Drossel wird eine Spannungsspitze von vielen 100V bis einige 1000V induziert. Diese addiert sich zum Augenblickwert der Netzspannung. Die Leuchtstofflampe kann zünden. Reicht die Spannung nicht aus, so wiederholt sich der Vorgang einige Male. Nach dem Zünden fließt Strom über das Gas der Leuchtstofflampe. Die Drossel hat nun die Aufgabe, den Strom zu begrenzen. Ohne die Drossel würde die Lampe explosionsartig zerbersten. Bei einer üblichen 120cm-Leuchtstofflampe mit 36W liegt in Betrieb eine Spannung von ca. 80V.

Die "schlanke Linie" von nur 16 Millimeter Durchmesser ist das charakteristische Erkennungsmerkmal der jüngsten Generation stabförmiger Leuchtstofflampen. Die dünnen Lampen machen ihren 26 Millimeter "dicken" Vorgängern zunehmend Marktanteile streitig und sind inzwischen in kommerziellen Neubauten Standard.

Leuchtdiode LED (Light Emitting Diode) und Laserdiode:

Wirkungsweise
Die Leuchtdiode besteht aus einem n-leitenden Grundhalbleiter. Darauf ist eine sehr dünne p-leitende Halbleiterschicht mit großer Löcherdichte aufgebracht. Wie bei der normalen Diode wird die Grenzschicht mit freien Ladungsträgern überschwemmt. Die Elektronen rekombinieren mit den Löchern. Dabei geben die Elektronen ihre Energie in Form eines Lichtblitzes frei. Da die p-Schicht sehr dünn ist, kann das Licht entweichen. Schon bei kleinen Stromstärken ist eine Lichtabstrahlung wahrnehmbar. Die Lichtstärke wächst proportional mit der Stromstärke. Die entscheidenden Vorteile von LED: Sie
* entwickeln keine nennenswerte Wärme im Gebäude,
* verbrauchen im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtmitteln bis zu 90 Prozent weniger Strom und
* haben mit bis zu 100 000 Stunden eine deutlich längere Lebensdauer.
Osram hat eine Leuchtdiode entwickelt, die erstmals eine Leuchtkraft von mehr als 1000 Lumen hat. Mit dieser Leistung übertrifft der kleine Punktstrahler die Helligkeit einer 50-Watt-Halogenlampe und ist so für den breiten Einsatz in der Allgemeinbeleuchtung geeignet.

  - © didactronic - Seite zurück Seitenanfang Seite vor