Wie funktioniert eine LED?

Blaue LED

Eine LED ist ein elektronisches Bauteil, dass Elektrizität in Licht umwandelt. Die Abkürzung LED steht für „Licht emittierende Diode“. Da Leuchtdioden eine höhere Lichtausbeute bei geringerem Energieverbrauch leisten, haben sie als Licht- und Signalgeber in den unterschiedlichsten Bereichen der hergebrachten Glühbirne, Leuchtoffröhren und Energiesparlampen längst den Rang abgelaufen.

Aufbau und Funktion der LED

Auf dem Boden eines kegelförmigen Kunststoff- oder Metallreflektors ist ein Halbleiterkristall angelötet. Auf diesem Grundhalbleiter ist eine weitere, dicht mit Löchern versetzte Halbleiterschicht aufgebracht. Durch atomare Wechselwirkungen werden Lichtblitze erzeugt und durch die gelochte Maske abgegeben. Mit unterschiedlichen Kristallarten können die Farben Gelb, Orange, Rot und Grün erzeugt werden. Weißes Licht entsteht durch die Mischung von Rot, Grün und Blau. UV-Licht oder Blau wird durch die Beschichtung Gehäuses mit Leuchtstoffen erzeugt. Die Farbwärme wird bei der Herstellung der LED festgelegt, es stehen kaltes, neutrales oder warmes Weiß zur Auswahl.

Schaltplan Symbol

Die halbkugelförmige Halterung streut die relativ schwache Lichtleistung und die linsenartige Form des Gehäuses bündelt das Licht, sodass mit wenigen Milliampere Strom große Helligkeit produziert wird. Je mehr Strom hindurchfließt, um so heller wird die LED, da der elektrische Widerstand fast auf Null sinkt. Der maximale Energiedurchfluss liegt bei 20 mA, denn höhere Werte erhitzen die Standard-Diode zu stark und zerstören sie. Zur Begrenzung der Spannung und um Stromschwankungen auszugleichen, muss jede LED mit einem Vorwiderstand betrieben werden. Unten aus dem Gehäuse ragen zwei Drahtstifte heraus. Die Kathode (Minuspol) ist etwas kürzer als die Anode (Pluspol) und am abgeflachten unteren Gehäuserand erkennbar. Da der Energiedurchfluss nur in eine Richtung stattfindet, zerstört eine Falschpolung beim Einbau die LED.

Arten

Rote LEDsAm meisten verwendet werden LEDs mit einem Durchmesser von 3 mm oder 5 mm,. Daneben gibt es noch die Formate Jumbo, Mini oder SMD. Hochleistungs-LEDs, die auf mehr als 20 mA ausgelegt sind, bieten durch ihre Bauform bessere Hitzeableitung. Low-Current LEDs leuchten noch schwach bei 2 mA Strom, während eine Standard-LED bei 8 – 10 mA erlischt. LEDs mit drei Dioden zusammen in einem Gehäuse geben weißes Licht mit der Möglichkeit, die Farbtemperatur präzise einzustellen. Diese mehrfarbigen RGB-Leuchtdioden erkennt man an separaten Anschlüssen für jede Farbe sowie einer gemeinsam genutzten Anode oder Kathode. Die große Anzahl Dioden auf LED-Displays und LED-Strips erfordert die sogenannte COB-Bauform (chip on bord), wobei die LEDs direkt auf die Platine gelötet und mit Silikon vergossen werden. Im Wohnbereich können alle vorhandenen Lampen mit Retrofit-LEDs bestückt werden, da diese E14 oder E27 Schraubsockel besitzen. Gegenüber Energiesparlampen liefern LEDs sofort beim Einschalten volles Licht und mehr Helligkeit sowie angenehmere Lichtfarben bei kleinerem Verbrauch – und sie sind dimmbar.

Anwendungen der LED

LED auf PlatineLeuchtdioden haben sich am Arbeitsplatz, zu Hause und bei Freizeitaktivitäten durchgesetzt. Pluspunkte im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln sind die längere Lebensdauer, eine höhere Schaltfestigkeit und die kleine Bauform. Defekte LEDs sollten im Elektronikmüll entsorgt werden.

  • Betriebskontrollleuchten, Infrarotfernsteuerungen
  • Raumbeleuchtung, Straßenbeleuchtung, Handybeleuchtung
  • Lichterketten, Matrixanzeigen, KFZ-Rückleuchten
  • Taschenlampen, Handscheinwerfer, Flutlicht
  • Laserpointer, Fototechnik, Lichtschranken
  • Siebensegmentanzeigen
  • LED-Fernsehgeräte, TFT-Displays
  • Medizintechnik, Lichthärtungsgeräte im Nagelstudio
  • Verkehrsampeln, Hinweistafeln, Fahrspuranzeige
  • Sicherheitsbrustgeschirre und Blinkanhänger für Hunde

Wie funktioniert ein Elektromotor?

Elektromotor

Elektromotoren finden in vielen Bereichen Verwendung und sind deshalb in unserem beruflichen und privaten Alltag allgegenwärtig und nicht wegzudenken. Sie sind älter als Benzin- und Dieselmotoren und zeichnen sich durch einen deutlich besseren Wirkungsgrad aus. Doch was ist ein Elektromotor überhaupt, wie funktioniert er und wo wird er eingesetzt?

Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie

Mit Hilfe eines Elektromotors wird elektrische in mechanische Energie umgewandelt. Tatsächlich wird Energie nie produziert, sondern immer nur von einer Energie in die andere umgewandelt. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass Energie nicht verlorengehen kann. Diese Aussagen basieren auf dem Energieerhaltungssatz, der aus der Physik bekannt ist. Einfache Beispiele für die Umwandlung von Energie sind ein mit Strom betriebener Staubsauger, ein Computer oder ein Küchenmixer. Sie alle funktionieren mit Strom aus der Steckdose, der mit Hilfe eines jeweils in den Geräten enthaltenen Elektromotors die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, und das mit einem Wirkungsgrad von rund 95 Prozent.

Die Funktionsweise eines Elektromotors

Spulen eines ElektromotorsGrundsätzlich beruht die Funktionsweise eines Elektromotors auf dem Funktionsprinzip des Elektromagnetismus. Diese physikalische Eigenschaft wirkt sich beispielsweise bei einem Draht, durch den elektrischer Strom fließt, dergestalt aus, dass sich um ihn ein Magnetfeld aufbaut. Dieses Prinzip wird auf einen Elektromotor übertragen, der aus zwei Elektromagneten besteht. Für die Umwandlung der Energie werden ein Elektromagnet und ein Permanentmagnet benötigt. Fließt nun elektrischer Strom durch eine als Elektromagnet fungierende Drahtschleife entsteht ein Elektromagnetfeld, das im Feld des Permanentmagneten liegt. Es handelt sich dabei um zwei Magneten, die sich gegenseitig beeinflussen. Der Nordpol der Drahtschleife wird vom Südpol des Permanentmagneten angezogen und dessen Nordpol vom Südpol der Drahtschleife. Auf diese Weise wird die Drahtschleife in eine Drehbewegung versetzt, die allerdings dann zum Stillstand käme, wenn die gleichen Pole von Drahtschleife und Permanentmagnet gegenüberliegen. Um diesen sogenannten Totpunkt zu überwinden wird genau in diesem Punkt blitzschnell die Stromrichtung geändert, was mit Hilfe eines Kommutators geschieht. Gleichzeitig mit dem Wechsel der Stromrichtung werden auch die Magnetpole der Drahtschleife vertauscht, sodass sich plötzlich Pole gegenüberliegen, die sich abstoßen, wodurch die Schleife ihre Drehung fortsetzen kann. Mit jedem erneuten Erreichen des Totpunktes wiederholt sich der Wechsel der Pole. Dieser Vorgang wiederholt sich immer wieder aufs Neue, sodass das Spiel zwischen Anziehung und Abstoßen die Drahtschleife in der Drehbewegung und in einer gleichmäßigen Rotation hält. Damit dieses einfachste Modell eines Elektromotors in der Praxis auch tatsächlich funktioniert wird die einzelne Drahtschleife durch eine Vielzahl von Drahtschleifen in Form einer Spule ersetzt, die sich im Feld eines Dauermagneten dreht.

Die verschiedenen Arten von Elektromotoren

ElektromotorEs werden verschiedene Arten von Elektromotoren unterschieden, unter anderem Gleichstrommotoren sowie Drehstrom- und Wechselstrommotoren. Die Funktionsweise von Gleichstrommotoren findet ihre Kraft darin, dass sich Gegenpole anziehen und gleiche Pole abstoßen. Gleichstrommotoren werden aufgrund ihrer genauen Drehzahlen, ihrer Laufruhe sowie kurzen Abbremszeiten bevorzugt in Fahrzeugen aller Art und in der Industrie verwendet. Sie zeichnen sich aus durch eine kompakte Bauweise und sind deshalb sehr robust. Anfällig für Verschleiß sind indes die Kontakte, auch Bürsten genannt. Der Grund liegt in dem verwendeten Material, das ein guter elektrischer Leiter sein muss und deshalb leicht abreibt, beispielsweise kohlehaltige Materialien. Eine mögliche Alternative sind Gleichstrommotoren, bei denen auf Bürsten verzichtet wird und bei denen ein elektrischer Kommutator eingesetzt wird. Wie der Name sagt werden Drehstrommotoren mit Drehstrom betrieben, wobei das Drehfeld durch drei um 120 Grad phasenverschobene Wechselspannungen erzeugt wird. Bei einem mit Wechselstrom betriebenen Motor kann auf einen Kommutator vollständig verzichtet werden unter der Voraussetzung, dass die Umdrehungszahl sich dem Rhythmus des Wechselstromes anpasst.

Die Einsatzbereiche von Elektromotoren

Elektroauto der LadestationDer wichtigste Einsatzbereich von Elektromotoren ist die Industrie, gefolgt von mobilen Einsatzzwecken. Hier sind es vor allem Elektromotoren im Schienenverkehr, die seit Mitte der 60er-Jahre in Hochleistungslokomotiven eingebaut wurden. Heute ist der Schienenverkehr ohne den Einsatz von Elektromotoren nicht mehr denkbar. Auch Hochgeschwindigkeitszüge wie der ICE laufen mit Elektromotoren. Die Rohstoffverknappung und das absehbare Ende der Ölförderung zwingt auch die Automobilindustrie zum Umdenken. Sie ist ohnehin die Branche, in der das größte Wachstumspotenzial für Elektromotoren und der Wachstumsmarkt für das 21. Jahrhundert schlechthin gesehen werden, auch wenn Elektroautos aktuell noch immer eher die Ausnahme sind. Elektroautos werden angetrieben von asynchronen Drehstrommotoren, die heute die am meisten verwendeten Elektromotoren sind. Ein Problem von Elektromotoren bei Autos ist die Frage der Energiespeicherung, die noch nicht zufriedenstellend und abschließend gelöst werden konnte. So kommt es auch, dass die Zahl der Tankstellen für Elektrofahrzeuge in Deutschland noch sehr gering ist. Doch die Mehrzahl der großen Automobilhersteller hat bereits mit Elektromotoren angetriebene Kleinserien aufgelegt, was den Schluss zulässt, dass die Massenproduktion bevorsteht und sich dadurch auch die Anzahl der zur Verfügung stehenden Tankstellen verdichtet.

Wie funktioniert Whatsapp?

Eingehende Nachrichten
Wer auch unterwegs gerne mit seinen Freunden und Bekannte kommuniziert, hatte lange Zeit nur zwei Möglichkeiten: Entweder wurde über das Handy oder Smartphone eine Kurznachricht verschickt, oder aber man griff gleich zum Hörer. Beides ist in vielen Fällen kostenpflichtig und auch relativ umständlich. Außerdem fehlt bei beiden Methoden häufig der Unterhaltungswert.
Mit dem Programm Whatsapp wurde die Nachrichtenübermittlung zwischen Freunden und Bekannten vollkommen revolutioniert. Es ist mittlerweile für alle gängigen Smartphone-Systeme (Android, iPhone, Blackberry und noch andere) verfügbar und kann im jeweiligen Store des Anbieters schnell und einfach heruntergeladen werden. Mittlerweile werden weltweit rund zehn Milliarden Nachrichten pro Tag mit der Software Whatsapp versendet.

So funktioniert Whatsapp

Wer das Programm auf seinem Smartphone installiert hat, sieht sofort, welche seiner Kontakte ebenfalls über Whatsapp kommunizieren. Die Software nutzt dazu ganz einfach die eingespeicherten Telefonnummern. Um eine Nachricht zu verschicken, wählt der Nutzer aus seiner Kontaktliste ganz einfach den gewünschten Empfänger aus. Wenn die Person zu diesem Zeitpunkt offline ist, geht die Nachricht dennoch nicht verloren: Das Programm speichert die Message und stellt sie dann zu einem späteren Zeitpunkt zu … eben dann, wenn der Empfänger wieder online ist. Wichtig: Die Nachrichten werden über die mobile Internetverbindung oder aber über WLAN verschickt. Eine entsprechende Flatrate ist für regelmäßige Nutzer von Whatsapp also auf jeden Fall zu empfehlen.

Smileys und Emoticons

Wie eingangs schon erwähnt, besitzt Whatsapp einen nicht zu verachtenden Unterhaltungswert. Das liegt vor allem an den zahlreichen Smileys und Emoticons, die im Rahmen einer Nachricht versendet werden können. Dabei handelt es sich durchaus auch um außergewöhnliche Symbole. Flaggen, Tiere, Gebäude, ja sogar verschiedene Handzeichen können mithilfe von Whatsapp verschickt werden. Die Auswahl ist mittlerweile riesig, so dass alle Liebhaber von bunten Smileys und witzigen Symbolen absolut auf ihre Kosten kommen.

Die Funktion Gruppenchat

Nachricht schreibenEiner der größten Vorteile von Whatsapp gegenüber einer herkömmlichen Kurznachricht ist der sogenannte Gruppenchat. So können sich gleich mehrere Personen in eine virtuelle Unterhaltung einschalten, was vor allem dann Sinn macht, wenn Verabredungen getroffen werden oder über ein bestimmtes Thema diskutiert wird. Natürlich bietet sich diese Funktion auch im beruflichen oder geschäftlichen Bereich an. Es ist sogar möglich, eine Sicherheitskopie einer Chat-Unterhaltung anzulegen, auf Wunsch kann außerdem ein vollständiger Chat-Verlauf (“Historie”) per E-Mail versendet werden. Kleiner Nachteil: Eine Verschlüsselung erfolgt bei der Nachrichtenübermittlung nicht. Besonders vertrauliche Dinge sollten also über Whatsapp nach Möglichkeit nicht ausgetauscht werden.

Fotos und Audionachrichten

Eine weitere Funktion, die sowohl praktisch als auch unterhaltsam ist, betrifft das Verschicken von Fotos, Videos oder Audionachrichten. Alle drei Optionen sind problemlos möglich. Ob Schnappschuss aus dem Urlaub oder das erste gesprochene Wort vom Baby: Wer seinen Freunden oder Bekannten eine derartige Mitteilung machen möchte, kann dies nun völlig kinderleicht und einfach tun.
Außerdem werden alle Fotos, die der Nutzer im Laufe der Zeit entweder verschickt oder bekommen hat, im Chat-Menü unter Medien gespeichert. So gehen garantiert keine Aufnahmen verloren und der Nutzer kann jederzeit darauf zurückgreifen.
Wer möchte, kann seinem Chatpartner zudem mithilfe von Google Maps seinen aktuellen Standort anzeigen.

Den Status verändern

Wer gerade in einer wichtigen Besprechung ist oder das Essen für die Familie zubereitet, möchte nach Möglichkeit nicht gestört werden. Aus diesem Grund ist es möglich, den sogenannten Status zu verändern. Auf diese Weise teilt der Nutzer all seinen Kontakten mit, dass er momentan in Ruhe gelassen werden möchte. Whatsapp hat in seinen Optionen bereits einige Statusvorschläge vorgegeben. Beispiele sind unter anderem “Beschäftigt”, “Bei der Arbeit” oder auch “Im Kino”. Natürlich besteht aber auch die Möglichkeit, eine ganz individuelle Statusmeldung anzugeben. Oder besonders kreativ: Durch Hinzufügen eines der zahlreichen Smileys oder Emoticons kann der Nutzer ebenfalls seinen momentanen Status bekanntgeben.

Weitere Funktionen von Whatsapp

Eingehende NachrichtenDas Programm Whatsapp ist ungewöhnlich vielfältig und hält noch viele weitere praktische Funktionen bereit.
Einige Beispiele:

  • Personen, mit denen der Nutzer besonders häufig Kontakt hat, können separat unter “Favoriten” abgespeichert werden, was für einen besonders schnell Direktzugriff sorgt.
  • Das eigene Profilfoto kann selbstverständlich ganz nach Lust und Laune geändert werden.
  • Auch das Hintergrundbild des Chats kann ganz nach Wunsch angepasst werden. Das kann ein Bild aus der Galerie sein oder auch ein spezielles Whatsapp-Wallpaper.

Die Kosten von Whatsapp

Das Senden von sämtlichen Nachrichten, Fotos, Videos und auch Sprachaufzeichnungen ist für alle Nutzer einer Datenflatrate zunächst einmal kostenlos. Lediglich iPhone-Nutzer müssen für das Herunterladen des Programmes einmalig einen kleinen Betrag zahlen. Für alle anderen Smartphones gilt: Ein komplettes Jahr lang kann die Software vollkommen kostenlos genutzt werden. Danach hat jeder Nutzer die Möglichkeit, das Abo ganz einfach um ein weiteres Jahr zu verlängern. Aktuell betragen die Kosten für diese Jahresnutzung 0,99 US-Dollar.