Es gibt eine Diskussion im Internet, und viele Leute sagen, dass LEDs heißer werden als Halogenlampen.
Jemand antwortete, dass ein herkömmlicher Halogenscheinwerfer 55 kW, ein Philips H7 LED-Scheinwerfer hingegen 25 kW Leistung hat, die Helligkeit eines Halogenscheinwerfers 1000 Lumen und die eines LED-Scheinwerfers 6000 Lumen beträgt. Wird eine Lampe mit höherer Leistung und geringerer Helligkeit heißer als eine Lampe mit geringerer Leistung und höherer Helligkeit? Das widerspricht doch dem Energieerhaltungssatz, oder?
CoolMotor ist der Ansicht, dass eine Lampe mit höherer Leistung und geringerer Helligkeit nicht heißer wird als eine Lampe mit geringerer Leistung und größerer Helligkeit, was dem Energieerhaltungssatz widerspricht.
Die Schlussfolgerung ist richtig, aber der Problemlösungsprozess ist falsch.
Ich möchte versuchen, die Logik des Fragestellers im Prinzip zu erklären:
Ob LED-, Xenon- oder Halogenlampe – sie alle sind elektrische Lampen, also Geräte, die elektrische Energie in Lichtenergie umwandeln. Die Einheit der Energie ist Joule (J), die Einheit der Leistung Watt (W). 1 Watt entspricht 1 Joule pro Sekunde. Das bedeutet, dass die Leistung die Arbeit ist, die von 1 Joule Energie in 1 Sekunde verrichtet wird.
Je höher die Leistung, desto mehr Energie verbraucht das Gerät. Beispiel: „Eine herkömmliche Halogenlampe hat eine Leistung von 55 W, eine Philips H7 LED-Lampe hingegen nur 25 W.“ Die Halogenlampe verbraucht also mehr Strom und müsste mehr leisten, tatsächlich ist ihr Lichtstrom jedoch geringer als der der LED-Lampe. Gemäß dem Energieerhaltungssatz verschwindet die überschüssige Energie nicht einfach, sondern wird zwangsläufig in andere Energieformen umgewandelt.
Die obige Antwort erklärt, was der Internetnutzer gesagt hat: Eine Lampe mit hoher Leistung und geringer Helligkeit erzeugt nicht mehr Wärme als eine Lampe mit niedriger Leistung und hoher Helligkeit, was dem Energieerhaltungssatz widerspricht. Daher wird angenommen, dass LED-Scheinwerfer weniger Wärme erzeugen als Halogenlampen.
Die Schlussfolgerung ist richtig, aber der Schlussfolgerungsprozess ist fehlerhaft. Denn folgende Gründe können ebenfalls zu hoher Leistungsaufnahme und geringer Helligkeit führen:
Das menschliche Auge hat eine unterschiedliche Lichtempfindlichkeit gegenüber Licht unterschiedlicher Farbtemperaturen und Wellenlängen (d. h. Farben).
Das menschliche Auge kann nur sichtbares Licht wahrnehmen, das umgewandelte unsichtbare Licht wird nicht in den Lichtstrom einbezogen.
1. Das menschliche Auge hat eine unterschiedliche Lichtempfindlichkeit gegenüber Licht unterschiedlicher Farbtemperaturen und Wellenlängen (d. h. Farben).
Dies führt dazu, dass Licht gleicher Leistung, aber unterschiedlicher Farbtemperatur für das menschliche Auge unterschiedlich hell erscheint. Die Strahlungsleistung ist hoch, der Lichtstrom jedoch gering. Um den Lichtstrom an die intuitive Wahrnehmung anzupassen, wird bei der Umrechnung des Lichtstroms eine visuelle Funktion berücksichtigt. Der Lichtstrom von 3000 K ist jedoch deutlich geringer als der von 6500 K, was der tatsächlichen Wahrnehmung des menschlichen Auges entspricht. Halogenlampen haben eine Farbtemperatur von etwa 3000 K, während die meisten LED-Scheinwerfer 6500 K aufweisen. Dies erklärt auch, warum LED-Scheinwerfer selten niedrige Farbtemperaturen haben, da eine niedrigere Farbtemperatur den Lichtstrom stark reduzieren würde.
2. Das menschliche Auge kann nur sichtbares Licht wahrnehmen, und das umgewandelte unsichtbare Licht wird nicht in den Lichtstrom einbezogen.
Licht ist eine elektromagnetische Welle mit einem sehr breiten Frequenzspektrum. Das menschliche Auge kann jedoch nur elektromagnetische Wellen im Bereich von 380 bis 800 nm wahrnehmen, das sogenannte sichtbare Licht. Elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Frequenzen werden von unseren Augen als verschiedene Farben wahrgenommen. Wie bereits erwähnt, ist die Einheit des Lichtstroms mit der Sehfunktion verknüpft. Erzeugt eine Lichtquelle viel unsichtbares Licht, wie beispielsweise Infrarot- und Ultraviolettstrahlung, so wird dieses nicht zum Lichtstrom gezählt, verbraucht aber dennoch Energie.
Warum ist dann die Schlussfolgerung richtig, dass „LED-Lampen bei gleicher Leistung weniger Wärme erzeugen als Halogenlampen“?
Der im Zitat erwähnte Internetnutzer: den Unterschied zwischen heißen und kalten Lichtquellen; ich habe die Gesamtlogik dieser Antwort herausgearbeitet:
Der elektrooptische Umwandlungsgrad von Kaltlichtquellen beträgt 30 %, aber fast das gesamte emittierte Licht ist sichtbares Licht, sodass die verbleibende Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird und somit Wärme erzeugt wird; der elektrooptische Umwandlungsgrad von Glühlampen (Halogenlampen) beträgt 2 %, aber ein beträchtlicher Teil davon wird in unsichtbares Infrarotlicht umgewandelt, sodass Kaltlichtquellen eigentlich nicht kalt sind.
Tatsächlich erklärt die erste Hälfte des Textes korrekt, warum kalte Lichtquellen Wärme erzeugen. Allerdings ist es falsch, heiße Lichtquellen als Vergleich heranzuziehen, um ein Gegenbeispiel zu geben, da die Definition heißer Lichtquellen außer Acht gelassen wurde: Heiße Lichtquellen sind Lichtquellen, die durch Wärmeenergie angeregt werden. Das heißt, das Leuchtprinzip von LED- und Halogenlampen ist grundlegend verschieden. Halogenlampen emittieren Licht, weil sie heiß werden. Je heißer der Glühfaden, desto höher die Farbtemperatur und desto höher der Lichtstrom – die sogenannte Schwarzkörperstrahlung. Das Leuchtprinzip von LED-Lampen hingegen ist einfach: Sobald der PN-Übergang in der Struktur mit Strom gefüllt ist, strahlt er Energie in Form von Licht ab. Er benötigt keine eigene Wärme, um Licht zu emittieren. Im Gegenteil: Das Material des PN-Übergangs ist nicht hochtemperaturbeständig. Bei hohen Temperaturen kann der PN-Übergang versagen. Daher reagieren LED-Lampen sehr empfindlich auf Hitze. Mit der aktuellen Technologie werden LED-Lampen beschädigt, wenn die Sperrschichttemperatur 150 °C übersteigt.
Wissen Sie, warum LEDs Lüfter zur Wärmeableitung benötigen, Halogenlampen aber nicht?
Da LEDs hitzeempfindlich sind, Halogenlampen hingegen nicht, werden LED-Lampen mit Lüftern ausgestattet. Es liegt nicht daran, dass LEDs heißer werden als Halogen- und Xenonlampen, sondern daran, dass LED-Lampen selbst nicht hochtemperaturbeständig sind.
