Leuchtmitteln auf der Spur

Der sehr lesenswerte Bericht meines Freundes Christian über seinen Besuch des CERN brachte mich auf die Idee, einen mal wieder etwas physikalischeren Artikel zu schreiben. Da die Nächte länger werden (bzw. die Tage zu Nächten), ist künstliche Beleuchtung ein akutes Thema und hierzu habe ich einige Spektren, siehe beispielsweise rechts im Bild.

Spektren? Ein Bekannter von mir verbindet mit Spektren nur so viel wie „kannst du bitte mal den Speck drehn‘? Er müsste auch von der anderen Seite angebraten werden.“ Auch mit einem einfachen Spektrum kann er nicht viel anfangen: „Ach, ja, guck mal bei den Frikadellen, da ist bei einigen Speck drum“. Nun hat auch das seine Berechtigung, doch es soll um was anderes gehen:

Spektren von Leuchtmitteln

Die Bilder der Spektren entstanden auf recht einfache Weise: die Canon 1100 mit 50mm Objektiv (auf „unendlich“ fokussiert) fotografierte das Spektrum im „Handspektroskop“. Die einzelnen Bilder zeigen einen waagrecht gedrehten Ausschnitt des Spektrums zwischen 400 nm (Nanometer) und 700 nm. Natürlich ist die Genauigkeit der Skala mit Vorsicht zu genießen, das Spektrum kann also durchaus um einige Nanometer verschoben sein. Für ein derart einfaches Instrument aus Pappe finde ich die Ergebnisse aber sehr gut. Dieses einfache Mittel erlaubt durchaus einige Rückschlüsse.

Hier jedoch zunächst die Farbfotos. Rechts daneben sind Kurven zu sehen, die ich unterhalb der Bilderfolge erkläre:

Eine 40-Watt Glühlampe:

Eine Halogenlampe:

Eine LED-Leuchte:

Eine zeitgenössische Tageslichtlampe:

Etwas Sonne heute Mittag:

Die Kurven in den Bildern jeweils rechts der Farbfotos entstanden wie folgt: zunächst wurden die Farbbilder per Fitswork in s/w umgewandelt und dann eine 1000 Pixel lange Linie entlang des Spektrums ausgewählt. Fitswork zeigt dann den Helligkeitswert der einzelnen Pixel auf der ausgewählten Line an. Nun ist ein Kamerachip ein Sensor mit einer gewissen spektralen Empfindlichkeit, die auf geeignete Weise in diese Kurven eingerechnet werden müsste, damit es wirklich Spektren wären. Dazu muss ich jedoch auf Leuchtmittel- und Softwareseite noch nachlegen.

Was fällt auf?

Halogenlampe, Glühlampe und Sonne strahlen recht gleichmäßig Farben des gesamten visuellen Spektralbereichs ab, die Kurve rechts ist also ein „breiter Buckel“. Mein Messmittel gibt ein Maximum bei den Pixeln zwischen 400 und 500 an, das entspricht 520 nm bis 550 nm. Während die Sonne jedoch auch „links“ davon im blauen Spektralbereich ordentlich Intensität besitzt, fallen Glühlampe und Halogenlampe hier deutlich ab.

Besser sind im blauen Spektralbereich eindeutig LED und Tageslichtlampe, die auch „links“ des Maximums noch deutlich Leuchtkraft besitzen. Allerdings strahlen diese nicht so gleichmäßig ab sondern besitzen deutliche Helligkeitsmaxima. In der Kurve rechts sind dies scharfe hohe Buckel, im Spektrum links äußert sich das in hellen Linien, zwischen denen es dunkel und zum Teil schwarz ist. Letztlich ist das den Leuchtmitteln im abendlichen Betrieb auch deutlich anzusehen: das Licht von Glühlampe und Halogenlampe wirkt richtig „gelb“. Dieser Eindruck wird verstärkt, sobald Tageslichtlampe und LED als Vergleich zur Verfügung stehen. Für den Menschen dürften also grundsätzlich Tageslichtlampe und LED besser als das „warmweiße Licht“ sein, da sie auch im blauen Spektralbereich dichter an das Sonnenlicht herankommen. Das warmweiße Licht ist wohl sehr beliebt– zumindest von der Auswahl im Baumarkt zu schließen. Fragt sich bei LED und Tageslichtlampe, inwiefern der deutliche „Liniencharakter“ statt der breitbandigen Abstrahlung, die der Körper von der Sonne gewohnt ist, für die Gesundheit eine Rolle spielt.

Die Verschiebung der Abstrahlcharakteristik, also der Intensitätsmaximums im Spektrum, ist beim Kauf der Leuchtmittel der Farbtemperaturangabe zu entnehmen. Tageslichtleuchtmittel kommen in den Bereich 5500 bis 6000 Kelvin, „warmweiße“ Leuchtmittel sind durchaus unterhalb 3000 Kelvin angesiedelt.

Wie gesagt: sowohl was die Wellenlänge als auch den Intensitätsverlauf im Spektrum angeht, gibt es hier aufgrund der einfachen Mittel einen breiten Fehlerbalken. Es handelt sich hier um vergleichende Angaben, keine hart belastbaren Absolutwerte, insbesondere nicht um normierte und kalibrierte Spektren. Aufschlussreich sind die Bilder allemal 🙂

Abschließend frage ich mich, ob ich nicht doch mal was über das CERN schreiben sollte. Obwohl ich Festkörperphysiker bin, hatte ich vor gut 10 Jahren mit dem CERN zu tun … und das ist auch eine physikalische Geschichte 🙂

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