Wikijunior Wie Dinge funktionieren/ Glühlampe

Eine Glühlampe mit ihrer glühenden sogenannten Glühwendel.

Die Glühfadenlampe oder Glühbirne, wie wir sie auch manchmal nennen, ist die älteste und bekannteste Form der Lampe für die letzten 100 Jahre gewesen. Sie ist seit einigen Jahren verboten, weil sie 9 von 10 Teilen Energie, die sie benötigt, in Wärme umwandelt und nicht in Licht. Vielleicht gibt es bei dir zuhause noch Glühbirnen, aber vielleicht hat deine Familie sie schon gegen Energiesparlampen oder gegen LED-Lampen ersetzt. Energiesparlampen sind eine Form der Leuchtstoffröhre und LED ist die Kurzform für Leuchtdiode. Diese beiden Lampenarten haben ihre eigenen Kapitel hier.

Wer ist der Erfinder?

Die Umwandlung von elektrischer Energie in Licht gelang dem englischen Forscher Humphry Davy (Sprich: Hamfri Däivi) bereits 1801 im Labor. Trotzdem brauchten Menschen noch mehr als 100 Jahre und das Mitwirken vieler Erfinder bis zur Entwicklung der Glühlampe, wie wir sie heute kennen. Die erste erfolgreiche Glühfadenlampe baute der britische Erfinder Sir Joseph Swan (Sprich: Sör Dschosseff Swohn). 1850 fing er an an einer Lampe zu arbeiten, die mit verkohltem Papier in einer luftlosen Flasche funktionierte. Wenn wir Luft aus einem Gefäß pumpen nennen wir das dann ein Vakuum. 1860 hatte er eine funktionierende Version gebaut, für die er in England ein Patent bekam. 15 Jahre später, 1875, konnte er noch besser Vakuum erzeugen und hatte das verkohlte Papier durch einen verkohlten Faden ersetzt. Durch das gute Vakuum in seiner verbesserten Version, hielt dieser Faden länger und leuchtete heller, als in seiner ursprünglichen Version. Hierfür bekam er 1878 erneut ein Patent. Ungefähr ein Jahr, bevor Thomas Edison begann an dem Problem zu arbeiten. Swan begann daraufhin die Lampe einzusetzen und sein Haus war das erste bekannte Haus mit elektrischem Licht. Er gründete eine eigene Firma dafür, die Swan Electric Light Company (Englisch, Spirch: Swohn Elektrik Leit Kompäni, übersetzt: Swan Gesellschaft für Elektrisches Licht).

1879 übernahm der Amerikaner Thomas Edison Swans Idee und nutze einen echten Kohlefaden in einer völlig Sauerstoff-freien Glasbirne, nachdem er mit anderen Entwürfen gescheitert war. Nach einiger Zeit hatte er eine Glühlampe entwickelt, die 1500 Stunden als fast 2 Monate dauerhaft brannte, bevor sie kaputt ging. Edison verlor einen Streit vor Gericht gegen Swan, wegen des Patents, aber trotzdem wird immer noch Edison als Erfinder der Glühlampe gesehen.

Wie funktioniert eine Glühlampe?

Die Bestandteile einer Glühlampe auf einer alten Zeichnung.

In der Glühlampe fließt Elektrizität durch einen dünnen Draht, den man Glühfaden oder Glühwendel nennt. Der Glühfaden in der Glühlampe hat eine Eigenschaft, die wir als „Widerstand“ kennen. Im Glühfaden entsteht sehr viel Widerstand gegenüber der Elektrizität. Infolgedessen erhitzt sich der Draht und beginnt zu glühen. Die elektrische Energie, die durch die Lampe fließt, wird dabei in Licht und Wärme umgewandelt.

Der Draht kann recht lang glühen, und verbrennt dabei nicht, weil das Glas besonders gefüllt ist. Früher war es ganz luftleer, war also das oben beschriebene Vakuum. Heute benutzt man eine Füllung aus sehr reaktionsträgen Gasen. Reaktionsträge heißt hier, dass sie den Glühfaden trotz der Hitze nicht beeinflussen. Nach einiger Zeit brennt eine Glühlampe aber dennoch durch. Das bedeutet, der Glühfaden bricht und die Glühlampe leuchtet nicht mehr. Das liegt daran, dass der Glühfaden durch die Nutzung immer mehr Material verliert, weil sich durch die Hitze Atome von ihm lösen. Er wird also immer dünner. Wenn eine durchgebrannte Lampe am Glas dunkel geworden ist, dann hat sich dort das verlorene Material am Glas niedergeschlagen. Das ist ähnlich, wie nach dem Duschen: Wenn sich auf dem Spiegel deines Bades Wasser ansammelt, was eigentlich aus dem warmen Wasserstrahl deiner Dusche verdampft ist.

Wie gefährlich ist sie?

Was mit dem Draht einer Glühlampe passiert, wenn er nicht von einem Vakuum geschützt ist.

Eine Glühlampe ist normalerweise nicht gefährlich. Allerdings erzeugt sie neben Licht auch Hitze, wenn du also eine Glühlampe berührst, die an ist, oder lange an war, kannst du dich verbrennen. Es kann vorkommen, dass eine Lampe zerbricht, dann kannst du dich an den Glassplittern schneiden. Mach dir aber keine Sorgen, das Foto hier ist gestellt, eine Glühlampe kann nicht explodieren, sie wird nur brechen wenn sie unglücklich herunterfällt.

Wenn man eine Glühlampe wechselt, weil sie durchgebrannt ist, kann es gefährlich werden, weil man mit elektrischem Strom in Kontakt kommen kann. Das Gewinde, der untere Metallteil einer Glühlampe, hat direkten Kontakt zu Strom, sodass es möglich ist aus der Spannung der Steckdose einen schweren lebensgefährlichen Schlag zu bekommen. Daher ist es wichtig immer sicher zu sein, dass die Lampe aus und der Stecker aus der Steckdose gezogen ist, wenn eine Lampe gewechselt wird.

In welchen Formen kommt sie vor?

Eine Halogenlampe.

Die Helligkeit von Glühlampen kann unterschiedlich sein. Das kann auch gezielt gesteuert werden mit einem sogenannten Dimmer. Die Lampe kann auch unterschiedliche Formen haben. Die bekannteste ist die Birnenform, deswegen sprechen wir auch gern mal von Glühbirne. Aber diese Bezeichnung ist eigentlich falsch. Es gibt auch Glühlampen, die stabförmig sind.

Halogenlampen sind auch eine Form der Glühlampe. Sie haben innerhalb ihres Glases ein bestimmtes Gas, das wir Halogen nennen. Damit steigt die Lebensdauer der Lampe und deshalb können wir sie heißer werden lassen. Dadurch verändern sich das Licht und wir können mehr Farben sehen, wenn eine Fläche mit einer Halogenlampe beleuchtet wird.

Warum brennt sie durch?

Ursprünglich wurde die Lampe mit einem Vakuum erfunden, wie wir oben gelernt haben. Heute wird sie aber auch mit sehr reaktionsträgen Gasen gefüllt. Reaktionsträge heißt hier, dass diese Gase den heißen Glühfaden nicht beeinflussen, wir sagen, die Gase sind inert. Das verhindert jedoch nicht, dass durch die große Temperatur immer mal wieder Atome vom Glühfaden wegfliegen. Dadurch wird der Glühfaden immer dünner, bis er schließlich ganz bricht. Dann müssen wir die Lampe tauschen. Wenn wir das verhindern wollten, müssten wir die Lampe sehr dunkel brennen lassen, nicht bewegen und selten an und aus machen. So gibt es eine Glühlampe, die bereits seit 100 Jahren brennt. Allerdings ist die sehr dunkel und wird weder bewegt noch und aus gemacht. Du verstehst sicher, dass das sehr unpraktisch wäre, wenn du um Winter Licht brauchst, um Hausaufgaben zu machen.

Wie hat sie die Welt verändert?

Das elektrische Licht ermöglicht es uns auch Nachts zu leben und zu arbeiten. Hier siehst Du die Stadt London, wie sie nachts von vielen Arten Lampen erhellt wird.

Die Glühlampe hat die Welt sehr verändert, weil Licht auf einmal kontrollierbar in großer Menge da sein konnte. Damit hat die Glühlampe es den Menschen ermöglichte, die Nacht viel besser für Arbeit und das Leben zu nutzen, als frühere Lichtquellen (Kerzen, Fackeln und offenes Feuer), denn diese gaben viel weniger Licht. Einige Beispiele:

Verkehr: Nachtfahrten, ob mit dem Auto oder mit dem Fahrrad, wären ohne Glühlampen nicht möglich oder zu gefährlich. Früher zeigten Leuchttürme den Schiffen den Weg, und auch heute tun sie das noch. Allerdings wird heute auch sehr häufig Satellitennavigation (GPS) benutzt.

Medizin: Die Ärzte konnten auf einmal viel besser den Körper beurteilen. Sie konnten in Augen, Ohren, Nasen und Hals schauen, weil sich das elektrische Licht viel besser in eine Richtung lenken lässt, als eine offene Flamme.

Bergbau: Früher benutzten Bergleute Fackeln und Laternen. Sie verbrauchten den knappen Sauerstoff und erzeugten schädliches Kohlendioxyd. Elektrische Glühlampen erleichterten das Atmen und verringerten die Gefahr von Kohlenstaub- und Gasexplosionen weil es kein offenes Feuer mehr gab. In Kohleminen konnte der Kohlestaub so dicht sein, dass keine Lampen mit offenem Feuer benutzt werden konnten. Das wurde mit elektrischem Licht viel sicherer.

Wenn du nachdenkst fallen dir bestimmt viele Orte und Tätigkeiten ein, bei denen du elektrisches Licht benutzt. Wieviele Gelegenheiten fallen dir ein?

Welche Entwicklungen musste es vorher geben?

Wir mussten erstmal eine Möglichkeit finden mit Generatoren Strom zu erzeugen und danach mussten wir die Energie mit Leitungen in die Häuser bringen. Wir brauchten Glas, das Material für den Glühfaden und Metalle. Außerdem eine Pumpe um das Glas mit einem Vakuum auszustatten.

Die Glühlampe war auch der Vorläufer einer Erfindung Namens Elektronenröhre, die wiederum der Vorläufer des Transistors war. Mit diesem Transistor funktionieren beinahe alle unsere elektronischen Geräte heute. Was meinst du? Hätten wir heute Computer, wenn wir nicht die Glühlampe erfunden hätten?