Gasentladungslampe

Vorlage:Mehrfacheintrag Gasentladungslampen (Gasentladungsröhren) sind Lichtquellen, welche zur Lichterzeugung die spontane Emission durch atomare oder molekulare elektronische Übergänge oder [Rekombination]]sstrahlung eines durch elektrische Entladung erzeugten Plasmas ausnutzen.

Glimmlampe, Durchmesser ca. 10 mm (E10 Gewinde). Die obere und untere Elektrode sind so geformt, dass sie, von oben betrachtet, eine leuchtende Scheibe bilden.

Bei dem das Plasma bildenden Gas kann es sich auch um Metalldämpfe (Natrium, Quecksilber) handeln (siehe auch Metalldampflampe), wobei immer auch Edelgase enthalten sind. Ein wesentliches Unterscheidungskriterium der Gasentladungslampen ist der Druck; man unterscheidet zwischen:

Niederdruckentladungslampen und
Hochdruckentladungslampen.

Die Niederdruckenladungslampe zeichnet sich dadurch aus, dass die Elektronen- und Gastemperatur kaum gekoppelt sind. Es herrscht kein thermisches Gleichgewicht. Die Entladungsform wird auch als Glimmentladung bezeichnet. Eine typische Anwendung ist die Leuchtstoffröhre.

Aufgrund der höheren Dichte und der daraus resultierenden kleineren freien Weglänge der Teilchen befinden sich bei der Hochdruckentladungslampe (p > 0,1 bar = 10000 Pa) Elektronen-und Gastemperatur annähernd im Gleichgewicht. Die Entladungsform wird als Lichtbogen und die Lichtquelle als Bogenlampe bezeichnet. Im Gegensatz zur Niederdruckentladung sind die Spannungen niedrig und die Entladungsströme (typisch I > 1 A) hoch.

In einem teilevakuierten Glasrohr bildet sich an gegenüberliegenden Elektroden bei ausreichend hoher Spannung (größer 50 V) eine Glimmentladung aus. In der Nähe der Kathode (-) beobachten wir das negative Glimmlicht, in der Mitte bis zur Anode (+) die positive Säule.

Die Abbildungen zeigt verschiedene Bauformen von Glimmlampen, die aufgrund ihrer Konstruktion nur das negative Glimmlicht für die Lichterzeugung nutzen. Das Gas bestimmt die Farbe der Glimmentladung, z.B. strahlt Neon in intensivem Rot(siehe Spektrum). Früher gab es nach diesem Prinzip auch Ziffernanzeigeröhren.

In Leuchtröhren (Kaltkathodenröhren), bei rotem Licht auch Neonröhren (dann mit rot emittierender Neonfüllung) genannt, liegen die Elektroden weit entfernt in einem dünnen Glasrohr. Hier leuchtet die positive Säule, wenn eine Spannung von mehreren kV (1000 Volt) anliegt. Andere Farben werden durch andere Füllungen und Leuchtstoffe erreicht.

Unterschiedliche Glimmlampen. Bei angepasster Glasform, geeignet beschichteter und aufgeheizter Elektroden läßt sich die Betriebsspannung auf 230 V absenken, siehe Leuchtstoffröhren. Kleine Gasentladungslampen finden sich auch in den im Haushalt oft verwendeten schraubenzieherförmigen Phasenprüfern.

Wächst die Stromdichte an, geht die Glimmentladung in eine Bogenentladung über. Die Elektroden erreichen Temperaturen von mehreren 1000 °C. Bogenentladungen können sich auch ungewollt zwischen Schaltkontakten bilden. Früher kamen sog. Kohle-Bogenlampen häufig zum Einsatz (u.a. in Kinoprojektoren). Sie strahlen ein intensives weißes Licht aus. Hier sind es neben dem Plasma auch die aufgeheizten Rußpartikel und Kohleelektroden, die thermisch leuchten. Der Bogen läuft in freier Luft. Die Elektroden brennen langsam ab und mussten daher ständig nachgestellt werden.

Anwendungen

Zur Straßen- und Industriebeleuchtung werden oft Natriumdampflampen eingesetzt. Natrium hat eine Doppellinie bie 589,0 und 589,6 nm, die die dominierende gelb-orange Farbwiedergabe bewirken. Das untere Niveau dieser Linien ist der Grundzustand, so dass die Strahlungsdichte dieser Resonanzlinien sehr hoch ist.

In Flutlichtanlagen werden Hochdruck-Gasentladungslampen mit Quecksilber-, Metall-Halogenid- oder Natriumdampffüllung eingesetzt. Die beste Farbwiedergabe haben die Xenonlampen gefolgt von den wesentlich billigeren Metall-Halogenid-Gasentladungslampen (nicht zu verwechseln mit Halogen-Glühlampen).

In Geschäfts-Auslagen werden daher oft Metall-Halogenid-Gasentladungslampen eingesetzt.

Ein prominentes Einsatzgebiet von Bogenlampen sind Lichtquellen für Kinoprojektoren. Es werden Höchstdruck-Kurzbogenlampen auf der Basis von Xenon eingesetzt. Das Leistungsspektrum von Projektorlampen bewegt sich von 500W bis 8000W bzw. 15000W bei IMAX Kinos.

Bei Kraftfahrzeugen werden seit 1991 Xenon-Bogenlampen in den Scheinwerfern verwendet. Hierbei handelt es sich in Wirklichkeit um Quecksilberentladungslampen mit Xenongas als Füll- bzw. Startgas. Sie haben gegenüber Glühlampen bei gleicher Leistungsaufnahme einen höheren Lichstrom. Ihre Blendwirkung ist umstritten. Vor allem bei Nebel wirkt sich der Blauanteil nachteilig aus, da die kurzwelligen blauen Spektralanteile des Lichts weitaus stärker gestreut werden als die langwelligen.

Alle Gasentladungslampen außer Blitzlampen benötigen zum Betrieb eine Strombegrenzung, da ansonsten die Ladungsträgerdichte und der Strom aufgrund der Stoßionisation schnell ansteigen, was bei Überspannungsableitern und Nulloden gewünscht ist, bei Lampen jedoch zu deren Zerstörung führt (Kennlinie). Die Strombegrenzung wird durch einen Widerstand (Glimmlampen), eine Drossel oder ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) erreicht.

Blitzlampen arbeiten dagegen oft direkt ohne Strombegrenzung an einem Speicherkondensator, sind meist mit Xenon gefüllt und erzeugen innerhalb ca. 1 Millisekunde sehr hohe Lichtleistungen tageslichtähnlicher Qualität. Siehe hierzu auch Blitzlicht.

Eine Art von Gasentladungslampen ist auch die Schwefellampe. Sie ist elektrodenlos, und das Plasma wird durch Mikrowellenstrahlung erzeugt.

Siehe auch

Weblinks

Elektronikgeschichte: Kaltkathoden-Röhren (die Kaltkathoden-Röhre funktioniert nach dem Prinzip der Gasentladungslampe)