Funktion einer Glühbirne

Die Glühbirne ist ein Temperaturstrahler: Ein Wolframdraht wird durch elektrischen Strom erwärmt (Ohmscher Widerstand) und strahlt ab etwa 700 °C für das menschliche Auge sichtbares Licht ab. Die Temperatur bestimmt dabei sowohl die abgegebene Lichtmenge als auch den Farbeindruck des Lichts weswegen eine möglichst hohe Temperatur angestrebt wird. Begrenzend wirkt hier die Schmelztemperatur von Wolfram (3420 °C), wobei schon unterhalb der Schmelztemperatur die Verdampfung von Wolfram stark zunimmt, was die Lebensdauer verringert, und die Wolfram-Ablagerungen am Glaskolben die Lichtdurchlässigkeit verhindert. Die Temperatur des Drahtes liegt daher meist bei knapp unter 3.000 °C (= ca. 2700Kelvin). Wolfram ist fast ein sogenannter „grauer Strahler“: das abgestrahlte Spektrum entspricht dem Idealbild eines schwarzen Strahler, jedoch ist die Intensität um einen Faktor (Emissionsgrad) geringer. Für einen sehr eng gewendelten Wolframdraht kann der Emissionsgrad aber nahe an 1 heranreichen. Da Wolfram nur „fast“ ein grauer Strahler ist liegt die Farbtemperatur des Lichts knapp über der tatsächlichen Temperatur des Wolframdrahts. Zur Erhöhung der Lichtausbeute und der Lebensdauer werden bei Glühbirnen zusätzliche Tricks angewendet:

• Der Glaskolben wird mit einem schlecht wärmeleitenden Edelgas gefüllt, um die Wärmeverluste durch Wärmeleitung zu verringern. Solche Gase sind z.B. Argon oder Krypton. Durch Füllung mit einem lichtbogenunterdrückenden Gas (z.B. Stickstoff) sind außerdem höhere Spannungen bei geringem Abstand möglich. Aus Kostengründen wird der Glaskolben meist mit einem Stickstoff-Argon-Gemisch mit einem Druck von etwa 0,8 bar gefüllt.
• Durch einen möglichst großen Glaskolben wird außerdem der Rückgang des Lichtstroms durch Wolframablagerungen verringert.
• Durch einen doppelt gewendelten Draht werden zusätzlich die Wärmeverluste durch Konvektion verringert, da sich ein Volumen mit kleiner Oberfläche ausbildet in der keine Konvektion stattfinden kann (Langmuirschicht).

Die mittlere wirtschaftliche Lebensdauer einer Glühbirne beträgt 1.000 Stunden. Glühbirnen wandeln die aufgenommene elektrische Energie sehr effizient (85%!) in optische Strahlung um [15]. Diese Eigenschaft macht sie in der Terraristik so beliebt als Wärmequelle. Leider ist aber der größte Teil der Strahlung Infrarotstrahlung, die für den Menschen nicht sichtbar ist. Nur 7% der elektrischen Leistung werden in sichtbares Licht umgesetzt.

Ausführlicher ist die Funktion einer Glühbirne z.B. bei Wikipedia beschrieben: Glühlampe#Funktionsprinzip