Warum erzeugt das Licht der Glühlampe ein kontinuierliches Spektrum?
Das Licht von Natriumdampflampen erzeugt ein Linienspektrum. Warum erzeugen Glühlampen kein diskretes sondern ein kontinuierliches Spektrum? In Glühlampen besteht kein hoher Druck, sondern ein Vakuum.
4 Antworten
> In Glühlampen besteht kein hoher Druck,
bei Betriebstemperatur etwa Normaldruck. Ist aber völlig egal, denn es leuchtet ja nicht das Gas, sondern das Metall. Und es leuchtet nicht, weil einzelne Elektronen auf höhere Energiezustände angeregt wurden und zurückfallen, sondern weil die positiven ebenso wie die negativen Ladungsträger durch die Wärmeschwingungen beschleunigt werden.
Die Herleitung ist kompliziert und führte unter anderem zur Erfindung der Quantenphysik, also nicht enttäuscht sein, wenn es zu kompliziert ist - die Ergebnisse kann man sich leichter merken. Hier der Versuch einer Herleitung:
Mal vorab, in Glühbirnen ist kein Vakuum, weil das die Verdunstung des Metalls fördern würde, sondern eine Füllung mit inertem Gas, Stickstoff oder vorteilhafter eines mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit wie z.B. Xenon. Bei Halogenlampen eines, das flüchtige Wolframhalogenide bildet, die sich bei sehr hohen Temperaturen zersetzen, also Wolfram genau auf dem Glühdraht abscheiden, während sich das Halogen verflüchtigt.
Die Abstrahlung von Festkörpern ist in der Tat ein sehr vernachlässigtes Thema, jedenfalls für mich als Biologe und Nebenfachchemiker. Jedenfalls scheinen sich in Festkörpern (und Flüssigkeiten und Gasen, denn auch die können strahlen) alle möglichen Schwingungen ausbreiten und nach außen dringen zu können. Da die Ausdehnung in die Tiefe gegen die dünne Oberfläche immer zu vernachläsigen ist, stellt sich immer ein Gleichgewicht ein, zwischen weiterhin innen schwingen und ausstahlen. Und in einen Festkörper schupsen sich sie Teilchen permanent gegenseitig an, sodass alle Frequenzen vertreten sind.
OK, hört sich etwas unausgegoren bis wirr an, aber "Schwarzer Strahler" als Antwort ist zwar richtiger, aber erklärt nichts.
Glühlampen sind fast wie ein schwarzer Strahler: Ihr Leuchtspektrum hängt nahezu nur von der Temperatur ab. Bei Natriumdampflampen leuchtet meines Wissens das Gas - das hat eine spezifische Eigenschaft welche Wellenlängen die angeregten Gasmoleküle ausstrahlen. Bei LEDs hast du was sehr ähnliches.
Die Besetzung der Energieniveaus folgt dem thermischen Gleichgewicht.
Für endliche Abstände zum nächsten Gegenstand - insbesondere zwischen zwei Spiegeln - gibt es ein "Linienspektrum", da immer eine ganze Zahl von halben Wellenlängen dazwischen passen muss. Bei sehr großen Abständen wird das Spektrum kontinuierlich.
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung
https://de.wikipedia.org/wiki/Plancksches_Strahlungsgesetz#Das_Strahlungsgesetz
weil alle Energieübergänge möglich sind.
Aber warum entsteht dabei ein kontinuierliches Spektrum? Was ist die quantenphysikalische Erklärung dafür?