Ausgewählte Kapitel der Physik

Aktuelle Beispiele aus dem Alltag

26.04.23

26.04.23

Leuchtmittel

• Lichtstrom in Lumen (Lichtleistung)

• Lichtart (Farbtemperatur in K)• Elektrische Leistung in Watt• Lebensdauer in Stunden• Schaltzyklen• Zeitkonstante (~63% von

maximaler Helligkeit)• Energie-Klasse• Entsorgung

26.04.23

LeuchtmittelEuropean Union energy label From Wikipedia, the free encyclopedia

EU Directive 92/75/EC[1] established an energy consumption labeling scheme. The directive was implemented by several other directives[2] thus most white goods, light bulb packaging and cars must have an EU Energy Label clearly displayed when offered for sale or rent. The energy efficiency of the appliance is rated in terms of a set of energy efficiency classes from A to G on the label, A being the most energy efficient, G the least efficient. The labels also give other useful information to the customer as they choose between various models. The information should also be given in catalogues and included by internet retailers on their websites.In an attempt to keep up with advances in energy efficiency, A+, A++ and A+++ grades were later introduced for various products; since 2010, a new type of label exist that does uses pictograms rather than words, in order to allow manufacturers to use a single label for products sold in different countries.Directive 92/75/EC was replaced by Directive 2010/30/EU[3] which must be applied from 31 July 2011.

26.04.23

Leuchtmittel

Wolframfaden-Glühlampe„schwarzer Strahler“

• Lichtstrom in lumen• el. Leistung• Energieeffizienz –Klassse• Lumen/Watt• Lebensdauer• Entsorgung

26.04.23

LeuchtmittelDurch Zugabe von Halogen-Gas,etwa von Jod wird das verdampfende metallische Wolfram gasförmig gebunden und schlägt sich nicht an der „kalten“ Glaswand nieder. Dadurch kann die Temperatur des Glühfadens erhöht werden und somit verhältnismäßig mehr Strahlung im sichtbaren Bereich emittiert werden. Die Verbesserung gegenüber herkömmlichen Glühbirnen beträgt etwa 25%. Die Doppelverglasung hier vermindert etwas die Lichtausbeute, erhöht jedoch die Handhabungssicherheit.Die Lichtausbeute ist trotzdem sehr gering, es wird vor allem Wärmestrahlung emittiert.

26.04.23

26.04.23

LeuchtmittelZum Überdenken:Auf dieser Packung wird suggeriert, dass eine Einengung des Abstrahlbereichs von 35 Grad Öffnungswinkel auf 30 Grad zu einer Steigerung der Lichtstärke oder Beleuchtungsstärke um +10% führt.

Bitte rechnen Sie nach, in welchem Maß bei gleichem Lichtstrom die Lichtstärke I = durch die Verkleinerung des Öffnungswinkels ansteigt! (Raumwinkel = 4*sin²(/4) )

26.04.23

Laser

26.04.23

Laser

Helium-Neon-Gaslaser

Das eigentliche aktive Medium ist Neon.Helium dient nur als Anregungsgas, um beim Neon durch Elektronenstöße in der Gasentladungsröhre die Besetzungsinversion des 3s-Niveaus zu erreichen.Dieses entleert sich erst nach einer relativ langen Zeit (µs) zum 2p Niveau wobei diese Energiedifferenz von etwa 1,8 eV als sichtbares Licht im Roten (exakt 632,8nm) emittiert wird.

26.04.23

LaserHalbleiter-Laser

Der Laserchip ist grundsätzlich eine pn-Diode, klein in den Abmessungen und speziell strukturiert im Laserkanal.Die Strahlung kommt aus einer dünnen Zone, die auch noch seitlich auf einige µm eingeengt wird.Im Laserkanal bilden sich longitudinale achsenparallele Transversale ElektroMagnetische Moden TEMooq. „q“ bedeutet die Anzahl der Knoten der stehenden Laserwelle im Laserkanal, wird meist nicht notiert.Wenn der Kanal breiter ist, können sich auch seitliche Moden ausbilden, das sind stehende Wellen, die schräg zur Achse einen geschlossenen Weg gefunden haben.

a) Prinzipieller Aufbau einer Homojunction LD

b) Strahlungsleistung als Funktion des Diodenstroms IF

Weitere Details bitte ich im Optik-Skriptum nachzuschlagen!

26.04.23

Laser

Halbleiter-LaserInGaAsP

Durch Austausch der Gallium-Atome im GaAs-Gitter durch Aluminium oder Indium bzw. von Arsen durch Stickstoff, Phosphor, Antimon ergeben sich unterschiedliche Laserwellenlängen, ohne dass sich das Kristallgitter und damit die grundsätzlichen Lasereigenschaften ändern.

Der Laserchip besitzt einen sehr schmalen Laserkanal, in dem der Laserstrahl generiert und an den reflektierenden Grenzflächen zurückgeworfen wird. Dadurch bilden sich bestimmte longitudinale Moden aus, die ganzzahlig in die doppelte Länge des Laserkanals passen. Durch spezielle Strukturierung des Kanals lassen sich auch bestimmte Wellenlängen mit Bandbreiten von 1nm bevorzugt verstärken.

Die Laserdioden sind Konstrukte im Nanobereich und daher wirkt sich jeder Fehler stark aus. Bei geringem Strom verhält sich eine Laserdiode wie eine LED, mehr Strom bedeutet mehr Helligkeit und Verlustwärme. Ab der Laserschwelle steigt die Strahldichte stark an und kann das Laserbauteil thermisch zerstören. Laserdioden müssen daher stromkontrolliert betrieben werden. Zur Kontrolle der Strahlung wird in die Bauteile eine Monitordiode eingebaut, die eine Helligkeits-Regelung ermöglicht.