Was trägt zur "Wärme" einer Lampe bei?

[Anduril]

Hallo zusammen,

eine Aussage in einem anderen Thread war der Auslöser, folgendes Problem hier einmal explizit zu erörtern:

Das, was im Volksmund "Wärmestrahlung" genannt wird, ist ja im Wesentlichen der infrarote Teil des EM-Spektrums. Wie alle kennen die roten "Wärmelampen" oder z.B. Elsteinstrahler.
Vor einiger Zeit hatte ich eine kleine Auseinandersetzung in einem anderen Forum darüber, inwiefern verschiedene Wellenlängen dazu geeignet sind, Wärme zu produzieren. Ich war anfangs der Ansicht, dass zur Wärme einer Lampe nur die roten bzw. eigentlich infraroten Teile der Strahlung beitragen. Mein Gegenüber war der Ansicht, dass alle Wellenlängen, soweit sie absorbiert werden, zur Aufheizung beitragen. Ich habe daraufhin meine bescheidene Anzahl Physikbücher und das Internet gewälzt um meine These zu untermauern. Bis hin zu Eigenfrequenzen von Materie-Gittern habe ich versucht herauszufinden, was wie absorbiert wird und was mit der absorbierten Energie geschieht. Letztlich habe ich (trotz nicht ganz eindeutiger Fakten) meine Meinung geändert.
Jetzt lese ich schon wieder, dass "LED-Lampen [...] einen super Wirkungsgrad [haben], geben aber deshalb überhaupt keine Wärme mehr ab." Ähnliches gelte für HQIs.
Das muss aber doch falsch sein, oder? Korrekt wäre, dass Lampen mit hohem Wirkungsgrad im Verhältnis zur Intensität des emittierten sichtbaren Spektrums, wenig Energie/Wärme abgeben. Oder anders herum: Dass Lampen mit hohem Wirkungsgrad bei einer bestimmten erzielten Wärmeabgabe im sichtbaren Bereich heller sind als andere.
Ich gebe zu, dass das sehr spitzfindig klingt, aber mich hat das monatelang verwirrt und im Übrigen bedeutet es, dass man HQIs sehr wohl als Wärmequelle nutzen kann - immerhin laufen die meisten ja mit 70 oder sogar noch mehr Watt. Einen engeren Reflektor vorausgesetzt, produzieren sie also sogar etwas mehr Wärme als eine 60 W Reflektorglühbirne.
Mit anderen Worten, wenn ich weiß, dass ich soundsoviel Watt Leistung brauche, um auf eine bestimmte Temperatur zu kommen, dann hängt (hängen) die Lampe(n), die ich dafür wähle nur noch davon ab, wie hell ich es haben möchte.
Und schließlich bedeutet das natürlich auch, dass eine LED-Lampe, die 60 Watt gebündelt abgibt, ebenso warm wäre wie eine Glühbirne - nur wäre sie für unser Empfinden sehr viel heller.

Tut mir leid, wenn das alles schon jedem klar war und nur ich auf dem Schlauch stand. Aber als ich anfing mich mit Terrarien zu beschäftigen, gewann ich die Ansicht (durch Literatur und Foren), dass z.B. HQIs kaum Wärme abgeben und man deshalb noch eine zusätzliche Glühbirne/PAR-Strahler/o.ä. für einen Sonnenplatz braucht. Das ist nach dem eben gesagten so pauschal falsch und das sollte auch etwas sorgfältiger kommuniziert werden, meiner Meinung nach.

Viele Grüße,
Tobias

P.S.: Wenn ich wider Erwarten mit alldem Unrecht haben sollte, dann möge mich bitte jemand wissenschaftlich fundiert aufklären! Ich wäre sehr dankbar.

[utzel]

• Wärme => Temperatur => Thermometer

Ich bin kein Physiker und auch kein Biologe und dieses Forum ist wohl auch nicht allein Tummelplatz für Hobby-Terrarianer, aber liege ich mit obiger These falsch?

Wenn ein Sonnenplatz um die 35 Grad Celsius haben soll, dann kontrolliere ich das mit dem Thermometer. Was ich zur Erzeugung dieser Temperatur nutze, ist auch im Sinne der Habitanten erst mal zweitrangig.

Wenn mir jemand sagen kann, wie ich Licht/Temperatur mit weniger Watt erreichen kann, fein! Nehm ich gerne auf, aber das ist mir muuuuuuuuuuuch too akademisch ....

[kempi]

Hallo,
Also ich geb jetzt mal als 15jähriger Gymnasiast meinen Senf dazu
wenn das was ich sage total falsch,
beschuldigt nich mich sondern das G8^^

Mein Gegenüber war der Ansicht, dass alle Wellenlängen, soweit sie absorbiert werden, zur Aufheizung beitragen.

der Meinung bin ich auch

wenn du mit zwei gleichen Lampen eine weiße und ein schwarze Fläche anstrahlst, was glaubst du welche wärmer wird und warum.

Und schließlich bedeutet das natürlich auch, dass eine LED-Lampe, die 60 Watt gebündelt abgibt, ebenso warm wäre wie eine Glühbirne - nur wäre sie für unser Empfinden sehr viel heller.

Natürlich kann man es mit verschiedenen Tricks schaffen das eine LED Lampe einen Punkt stärker erwärmt als eine Glühlampe.
Das ist jedoch nicht sehr physikalisch, wenn wir ein Experiment in zwei identischen geschlossenem und isoliertem Systemen machen würden in denen wir jeweils eine LED Lampe und eine Glühbirne mit der gleichen Watt Zahl für 10 min anschalten würden dann etwas länger warten würden hätten wir in beiden die gleiche/selbe Temperatur.
Da beide Gleich Viel Energie abgeben, und diese letzendlich in Wärme umgewandelt wird.
Ein Terrarium ist nunmal kein geschlossenes und isoliertes System.
Wenn man den Versuch in einem Terrarium machen würde das nicht komplett schwarz ist würde es einen großen Unterschied geben da bei der LED Lampe ein größerer Teil des Lichts reflektiert wird (weil sie weniger Infrarotstrahlung abgibt).
Ich hoffe mal das ist so ungefähr richtig und verständlich.

[Anduril]

Siehst du, Kempi, das ist Teil meines Problems.
Du behauptest im Grunde, dass Infrarotstrahlung ausnahmslos absorbiert wird. Belege dafür fehlen und die Annahme ist meiner Meinung nach auch nicht begründet. Selbstverständlich wird je nachdem welche Fläche/ welches Material bestrahlt wird, unterschiedlich viel absorbiert. Ich habe z.B. eine Physik-Vorlesung im Grundstudium gehabt in dem genau das behandelt wurde: Nur weil eine Fläche im sichtbaren Bereich eine bestimmte Farbe hat (z.B. schwarz) heißt das noch lange nicht, dass sie unsichtbare Wellenlängen nicht reflektieren kann.
Letztlich ist das auch nicht interessant. Unsere Tiere sind nicht quer über alle Wellenlängen "weiß".
Interessant wäre(!) wenn bestimmte Wellenlängen (wesentlich unterhalb von Gamma- oder Röntgen natürlich) besser oder schlechter absorbiert würden als andere. Das müsste eine physikalische Begründung haben wie zum Beispiel die erwähnten Eigenfrequenzen oder sonstig Plausibles.
Zusätzlicher Gedanke: Wie verhält sich Luft in Bezug auf EM-Strahlung? Falls es Unterschiede gibt, welche Wellenlänge eignet sich am besten dazu, Luft-Moleküle aufzuheizen. Und: Ist das überhaupt relevant oder beziehen unsere Pfleglinge ihre Wärme nicht viel eher aus direkter Strahlungseinwirkung?

Wie ihr seht, ist das Ganze nicht vollständig trivial.

Viele Grüße,
Tobias

[Sarina]

Hallo Tobias,

Ich war anfangs der Ansicht, dass zur Wärme einer Lampe nur die roten bzw. eigentlich infraroten Teile der Strahlung beitragen. Mein Gegenüber war der Ansicht, dass alle Wellenlängen, soweit sie absorbiert werden, zur Aufheizung beitragen.

Die zweite Ansicht ist richtig. Ich bin noch am Literatur lesen, aber mein bisheriger Eindruck ist, dass sichtbare Strahlung von Reptilien sogar besser absorbiert wird als Infrarotstrahlung - aber das ist vorläufig. Wenn ich mit Lesen durch bin gibts ein Kapitel auf meiner Homepage. Aber das dauert sicher noch bis zum Ende des Jahres. Wenn dich aber schon die Primärliteratur interessiert melde dich.

Jetzt lese ich schon wieder, dass "LED-Lampen [...] einen super Wirkungsgrad [haben], geben aber deshalb überhaupt keine Wärme mehr ab."

Werbegeschwafel. Wenn LEDs nicht warm würden, warm muss man sie dann auf Kühler montieren und z.T. sogar aktiv mit Ventilatoren kühlen?

Dass Lampen mit hohem Wirkungsgrad bei einer bestimmten erzielten Wärmeabgabe im sichtbaren Bereich heller sind als andere.
und im Übrigen bedeutet es, dass man HQIs sehr wohl als Wärmequelle nutzen kann - immerhin laufen die meisten ja mit 70 oder sogar noch mehr Watt. Einen engeren Reflektor vorausgesetzt, produzieren sie also sogar etwas mehr Wärme als eine 60 W Reflektorglühbirne.

100% richtig! Man wäre blöd wenn man das Licht das man quasi kostenlos zur Wärme bekommt nicht mitnehmen würde.

Und schließlich bedeutet das natürlich auch, dass eine LED-Lampe, die 60 Watt gebündelt abgibt, ebenso warm wäre wie eine Glühbirne - nur wäre sie für unser Empfinden sehr viel heller.

Ich bin von LEDs im Vergleich zu hqi noch nicht sehr überzeugt. Zu teuer, mit Vorschaltelektronik auch keine 140lm/W mehr ...


Grüße, Sarina

[Bungo]

Also 70W HQI/HCI Strahler geben weniger Abwärme ab wie 60W Glühbirnen!
Das ist auch eigentlich ganz logisch. Man kann mit gleicher Energie nicht gleich viel Wärme und mehr Licht erzeugen. Natürlich wird ein HQI Brenner auch warm, aber nicht in gleichem Maße wie eine Glühbirne.
Durch einen Engen Reflektor wird es dann natürlich wärmer, aber es geht auch Helligkeit verloren. Da man aber die Decke sowieso nicht anstrahlen will kommt jedoch bei Verwendung eines Reflektors unten mehr an.

LED`S geben natürlich auch Wärme ab, aber im Vergleich zu einer Glühbirne ist das sehr gering. Das liegt nunmal an dem sehr Guten wirkungsgrad.
Es gibt außerdem LED die um die 160lm/w produzieren, wo soll da noch großartig Abwärme herkommen? Da wir keine Energie herbeizaubern können muss zwangsläufug die Abwärme abnehmen.

Infrarot wärm übrigens deshalb mehr (auch reptilien!) weil sie tief in den Körper eindringen. IR-A Strahlen ca 5-6mm, IR-B Strahlen ca 3mm und IR-C Strahlen ungefähr 1mm.
Das liegt an der Wellenlänge.
Je kürzer also die Wellenlänge von Strahlen, desto durchdringungsfähiger werden sie. Natürlich wärmt dass dann bei einer gewissen Leistung auch. Röntenstrahlen würden also bei ausreichender Leistung auch super wärmen, ich denke nur nicht all zu oft

[Anduril]

Hallo Bungo,

leider muss ich dir widersprechen. Zum einen hat Sarina mich bestätigt und da ich nicht weiß, wie fundiert deine Meinung ist, traue ich ihrem Wissen erstmal mehr. Zum anderen widersprichst du dir am Ende sogar selbst.

Also 70W HQI/HCI Strahler geben weniger Abwärme ab wie 60W Glühbirnen!
Das ist auch eigentlich ganz logisch. Man kann mit gleicher Energie nicht gleich viel Wärme und mehr Licht erzeugen.

Das ist genau der Trugschluß. Erzeugte Wärme und sichtbares Licht sind unabhängig voneinander. Richtig ist: Je mehr sichtbares Licht -> je weniger IR-Strahlung (Bei gleicher Wattzahl). Aber wie sowohl ich, als auch Sarina dargelegt haben, wird Wärme von allen Wellenlängen erzeugt, solange sie nicht 100% reflektiert werden.

Durch einen Engen Reflektor wird es dann natürlich wärmer, aber es geht auch Helligkeit verloren.

Verloren geht Helligkeit keineswegs - wo sollte sie auch hin verschwinden? Die abgegebene Lichtmenge bleibt gleich. Was sich ändert ist der beleuchtete Raumwinkel. D.h. bei einem engen Reflektor wird weniger Raum erleuchtet, dafür dieser aber auch heller als der größere Raum bei weitem Reflektor.
Niemand hier hat bezweifelt, dass die Wärme an einem bestimmten Punkt weniger ist, wenn man nur mit einem Flood-HQI beleuchtet, als wenn man diesen Punkt mit einer (Reflektor-)Glühbirne anstrahlt. Es ist alles eine Frage der Bündelung.

LED`S geben natürlich auch Wärme ab, aber im Vergleich zu einer Glühbirne ist das sehr gering. Das liegt nunmal an dem sehr Guten wirkungsgrad.
Es gibt außerdem LED die um die 160lm/w produzieren, wo soll da noch großartig Abwärme herkommen? Da wir keine Energie herbeizaubern können muss zwangsläufug die Abwärme abnehmen.

Eben nicht. Die Lichtmenge ist nicht direkt mit der abgegebenen Wärme gekoppelt. 20 Watt sind 20 Watt sind 20 Watt. Ob von einer Glühbirne, einer LED oder einer HQI erzeugt, werden 20 Watt Leistung in Form von Strahlung abgegeben. Wenn diese Strahlung absorbiert wird, wärmt sie den beleuchteten Gegenstand in gleichem Maße. Das sichtbare Licht, das dabei erzeugt wird, ist unterschiedlich.

Infrarot wärm übrigens deshalb mehr (auch reptilien!) weil sie tief in den Körper eindringen. IR-A Strahlen ca 5-6mm, IR-B Strahlen ca 3mm und IR-C Strahlen ungefähr 1mm.
Das liegt an der Wellenlänge.
Je kürzer also die Wellenlänge von Strahlen, desto durchdringungsfähiger werden sie. Natürlich wärmt dass dann bei einer gewissen Leistung auch. Röntenstrahlen würden also bei ausreichender Leistung auch super wärmen, ich denke nur nicht all zu oft

Ich habe mich sehr wohl auch mit der Eindringtiefe von EM-Strahlung in Gewebe / Materie beschäftigt und würde auch bestätigen, dass "Je kürzer also die Wellenlänge von Strahlen, desto durchdringungsfähiger werden sie."
Aber: Infrarot: eher lang; sichtbares Licht: kürzer; UV: noch kürzer usw.
Dein Argument, IR würde mehr wärmen, weil es tief eindringt, führt deine Argumentation ad absurdum. Denn das würde bedeuten, dass sichtbares Licht besser wärmen würde, weil es ja noch tiefer eindringen kann (kürzere Welenlänge).
Es ist nunmal so: Abhängig von der Farbe eines Körpers (und damit ist nicht nur die sichtbare Farbe gemeint), werden unterschiedliche Teile des gesamten Spektrums absorbiert bzw. reflektiert. Alles was absorbiert wird, trägt zur Wärmeerzeugung bei.


@Sarina: Mich würde auch die Primärliteratur interessieren. Vielleicht kannst du mir eine PN schicken.

Viele Grüße,
Tobias

[Sarina]

Hallo,

Interessant wäre wenn bestimmte Wellenlängen besser oder schlechter absorbiert würden als andere.

Welche Wellenlängen wie gut absorbiert werden lässt sich mit einem Spektrometer und etwas Reptilienhaut oder einem narkotisierten Reptil leicht messen.
VICTOR H. HUTCHISON & JAMES L. LARIMER. 1960. Reflectivity of the Integuments of Some Lizards from Different Habitats. Ecology 41.1. 199–209. [*]
enthält solche Spektren.

Das müsste eine physikalische Begründung haben wie zum Beispiel die erwähnten Eigenfrequenzen oder sonstig Plausibles.

Wodurch die Unterschiede verursacht werden kann ich nicht ganz erklären. Es werden wohl in irgendeiner Art und Weise Absorptionsbanden in den Molekülen sein aus denen die oberen Gewebschichten aufgebaut sind. Geht wohl Richtung organische Chemie - ich als Physikerin kann jedenfalls wenig dazu beitragen.
Biologen haben sogar die Absorption in unterschiedlichen Gewebsschichten gemessen, und herausgefunden, dass einige Reptilien sogar noch Strahlung im schwarz gefärbten Bauchfell absorbieren, und das in einem solchen Maße dass es zur Erwärmung beitragen kann.
WARREN P. PORTER. 1967. Solar Radiation through the Living Body Walls of Vertebrates with Emphasis on Desert Reptiles. Ecological Monographs 37.4. 274–296. [*]

Zusätzlicher Gedanke: Wie verhält sich Luft in Bezug auf EM-Strahlung? Falls es Unterschiede gibt, welche Wellenlänge eignet sich am besten dazu, Luft-Moleküle aufzuheizen. Und: Ist das überhaupt relevant oder beziehen unsere Pfleglinge ihre Wärme nicht viel eher aus direkter Strahlungseinwirkung

Für einen Physiker gilt - je nach Anwendung - Luft = Vakuum = Stickstoff ;-) Im Fall von Licht meist Luft = Vakuum. Luft wird durch Wärmestrahlung praktisch nicht erwärmt. Auf die Luft geht Wärme erst an warmen Oberflächen durch Wärmeleitung über (Heizkörper).
Lufttemperatur hat über Wärmeleitung Einfluss auf das Auskühlen des Körpers (Wind macht kalt), aber ich denke der Hauptwärmetransport geht über Wärmestrahlung, einmal in Form von Licht und Infrarotstrahlung von Lampen, aber auch durch Mikrowellenstrahlung von der Umgebung (der Mensch verliert allein über Mikrowellenstrahlung bei 36° Körpertemperatur täglich 13000 kcal Energie - erhält aber natürlich fast den selben Betrag von seiner Umgebung wieder zurück, sonst kämen wir mit 2000 kcal Nahrungsaufnahme nicht so recht klar )


Grüße, Sarina

[Bungo]

Eine 20W LED gibt deutlich weniger Abwärme ab wie ein 20W Halogenstrahler.
Wenn die LED 160lm/W erzeugt, dann bringt es die LED auf 3200lm, der Halogenstrahler nur auf ca 350lm. (ca 14-16W/lm)
Es wird also fast die komplette Energie in Sichtbares Licht umgewandelt.
Wo bitte soll da bei der LED auch noch Abwärme herkommen?
Die Energie von ca 2800lm die die LED in sichtbares Licht umwandelt ist bei dem Halogenstrahler nunmal in Abwärme vorhanden. Oder was soll sonst damit passieren?


Zum IR. Also es hat natürlich auch was mit der Absorbationsfähigkeit zu tun, wie du ja Anfangs schon angemerkt hat werden Dunkle Körper in der Regel schneller warm als Helle.
Durch die Wellenlänge von IR geraten bestimmte Moleküle in Schwingung, was wir als Wärme wahrnehmen.
Wieso das anscheinend(??) bei sichtbarem Licht nicht so ist kann ich leider nicht sagen.

[Sarina]

Eine 20W LED gibt deutlich weniger Abwärme ab wie ein 20W Halogenstrahler.

Wir sollten zuerst überlegen was "Abwärme" ist: Abwärme ist - korrigiert mich sollte es anders definiert sein - jede Art von unerwünschter Wärme.
Unerwünschte Wärme ist im Terrarium die Wärme die nicht ins Terrarium transportiert werden kann, sondern direkt an der lampe oder am Vorschaltgerät verbleibt. D.h. Energie die nicht in optische Strahlung umgesetzt wird.

In der Erzeugung optischer Strahlung (UV+VIS+IR) sind Glühbirnen extrem effizient. Verluste stehen durch Wärmeübertrag an das Füllgas und Wärmeableitung über die Kontakte. 85% der elektrischen Leistung werden in elektromagnetische Strahlung umgewandelt, 7% in sichtbare Strahlung
(Zahlen für eine 100W Glühbirne aus der Lampen-Bibel: Coaton: Lamps and Lighting)

Bei LEDs wird dagegen Licht durch Rekombination in einem Halbleiter erzeugt. Gleichzeitig werden durch den elektrischen Strom aber auch Gitterschwingungen verursacht die den Halbleiter sehr stark aufheizen, so dass er gekühlt werden muss. Die Wärmeverluste sind hier deutlich höher.

Wenn die LED 160lm/W erzeugt, dann bringt es die LED auf 3200lm, der Halogenstrahler nur auf ca 350lm. (ca 14-16W/lm)
Es wird also fast die komplette Energie in Sichtbares Licht umgewandelt.

Fast die komplette Energie? Bei 160lm/W zusammen mit dem Spektrum nehme ich dass der Wirkungsgrad bei ~60% liegt. Und da eine LED keine Infrarot oder UV-Strahlung erzeugt, bedeutet das, dass 40% der elektrischen Leistung in Wärmeverluste gehen.

Natürlich ist das bereits sehr gut. Leuchtstoffröhren schaffen (nach dem Leuchtstoff) 30%, hqi 50% (Zahlen aus Meyer, Nienhuis: Discharge Lamps)

Wenn das Spektrum der Lampen nicht so scheusslich wäre, und man durch Vorschaltelektronik und Kühlung nicht die Effizienz wieder zunichte machen würde, und wenn sie nicht so teuer wären, könnte man fast was von LEDs halten. Ich bin zum jetzigen Zeitpunkt jedenfalls nicht überzeugt.

Wieso das anscheinend(??) bei sichtbarem Licht nicht so ist kann ich leider nicht sagen.

Vielleicht weil es nicht so ist? Halt doch deine Hand mal unter einen gebündelten 70W hqi-Strahler. Da wird es gut warm, obwohl die Lampe kaum IR-Strahlung erzeugt.

Du verwechselst, wie so viele, Infrarotstrahlung mit Wärmestrahlung.
http://www.testudolinks.de/lichtwiki/ir/ir

Grüße, Sarina