Warum entwickeln herkömmliche Glühbirnen eine so starke Hitze im Vergleich zu LEDs?

Der Hauptgrund für den Temperaturunterschied liegt in der Art und Weise, wie das Licht erzeugt wird. Man kann sagen: Eine herkömmliche Glühbirne ist eigentlich eine Heizung, die als Nebenprodukt ein wenig Licht abgibt, während eine LED ein elektronisches Bauteil ist, das gezielt Lichtteilchen aussendet.

Hier sind die Details:

1. Das Prinzip der herkömmlichen Glühbirne (Temperaturstrahler)

Die klassische Glühbirne funktioniert durch Glühemission. In ihrem Inneren befindet sich ein dünner Draht aus Wolfram.

• Der Prozess: Elektrischer Strom fließt durch diesen Draht. Da der Draht einen Widerstand hat, erhitzt er sich extrem stark (auf ca. 2.500 bis 3.000 Grad Celsius).
• Die Folge: Erst wenn der Draht diese enorme Hitze erreicht, fängt er an zu leuchten.
• Der Wirkungsgrad: Nur etwa 5 % der eingesetzten Energie werden in sichtbares Licht umgewandelt. Die restlichen 95 % gehen als Wärme (Infrarotstrahlung) verloren. Deshalb verbrennt man sich sofort die Finger, wenn man eine brennende Glühbirne berührt.

2. Das Prinzip der LED (Elektrolumineszenz)

LED steht für Light Emitting Diode (Leuchtdiode). Sie ist ein Halbleiter-Bauteil und funktioniert völlig anders.

• Der Prozess: In einer LED bewegen sich Elektronen durch ein Halbleitermaterial. Wenn sie dabei von einem höheren Energieniveau auf ein niedrigeres "fallen", geben sie die frei werdende Energie direkt als Lichtteilchen (Photonen) ab.
• Keine Hitze nötig: Dieser Vorgang benötigt keine Hitze, um Licht zu erzeugen. Man nennt das auch "kaltes Licht".
• Der Wirkungsgrad: LEDs sind viel effizienter. Je nach Qualität wandeln sie etwa 30 % bis 50 % (oder mehr) der Energie in Licht um. Da deutlich weniger Energie "verschwendet" wird, entsteht auch viel weniger Abwärme.

3. Infrarotstrahlung vs. Kontaktwärme

Ein weiterer wichtiger Unterschied ist, wo die Wärme entsteht:

• Glühbirne: Sie gibt die Wärme als Infrarotstrahlung ab. Das bedeutet, man spürt die Hitze auch aus einiger Entfernung auf der Haut, genau wie bei der Sonne oder einem Lagerfeuer.
• LED: Sie gibt so gut wie keine Infrarotstrahlung ab. Das Licht selbst ist "kalt". Die geringe Wärme, die in der Elektronik der LED dennoch entsteht, wird nach hinten über das Gehäuse oder Kühlkörper abgeleitet. Deshalb wird eine LED an der Oberfläche zwar warm, aber niemals so heiß, dass sie Brandspuren hinterlässt oder Verbrennungen verursacht.

Zusammenfassung

Fazit: Die Glühbirne muss heiß werden, um überhaupt leuchten zu können. Die LED leuchtet aufgrund eines quantenphysikalischen Effekts, der Hitze nicht als Mittel zum Zweck benötigt, sondern sie lediglich als unerwünschtes Nebenprodukt in viel geringerem Maße erzeugt.