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Hindernisse beim Welsbach-Patent

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Missverstandene Funktionsweise des Gasglühstrumpfs

Die Motivation, welche zur Annahme eines Spektrums wie in Abb. 1 führte, liest sich wie folgt:

[M]aterials may have high emissivity (and absorption) at the far infrared wavelengths, high emissivity in the visible wavelength range, and very low emissivity at intermediate wavelengths. If a material having those emissivity characteristics and a black body are exposed to IR energy of equal intensity, the selective thermal radiator will emit visible radiation with higher efficiency (if radiation cooling predominates), i.e., the selective thermal radiator will appear brighter than the black body. This effect is known as the Welsbach effect and is extensively used in commercial gas lantern mantles [Gasglühstrumpf].

Ein Gasglühstrumpf (siehe Abb. 2) leuchtet in der Tat hell, wenn er mit einer Gasflamme in Berührung kommt. Dieser Effekt beruht allerdings hauptsächlich auf Reaktionen mit hochenergetischen Zwischenprodukten der Verbrennung (Candolumineszenz). Der Glühstrumpf wandelt auftreffendes Infrarot keineswegs in sichtbares Licht um. Ohne Kontakt zu einer Flamme leuchtet er nur – wie andere Körper auch – wenn seine Temperatur ca. 450°C überschreitet. Bei Zimmertemperatur leuchtet er nicht. Ebensowenig würden das kleine Staubpartikel mit einem Spektrum, wie in Abbildung 1 dargestellt, in der Erdatmosphäre tun.

Ein Material mit dem vorgeschlagenen Emissionsverhalten würde sich auch nicht stärker aufheizen, wenn „radiation cooling predominates“. Gerade wenn Wärme nur durch Strahlung ausgestauscht wird, hält sich der Vorteil des Nicht-Emittierens und der Nachteil des (laut Kirchhoffschem Strahlungsgesetz) ebenso starken Nicht-Absorbierens exakt die Waage. Wenn Wärme hauptsächlich durch direkten Kontakt übertragen wird, werden die schlechten Strahler schneller warm, aber nicht heißer als ihre Wärmequelle. Auch ein Gasglühstrumpf wird nicht so heiß wie der Faden einer Glühlampe, obwohl beide hell weiß-gelb leuchten. Die maximale Wärmestrahlung, die ein Körper abgeben kann, hängt nur von seiner Temperatur ab (Plancksches Strahlungsspektrum). Um bei gleicher Temperatur eine größere Helligkeit zu erreichen, muss ein anderer, nicht-thermischer Effekt verwendet werden (und folglich eine andere Energiequelle als die Umgebungswärme zur Verfügung stehen). Ein Spektrum, wie in Abb. 1 dargestellt, reicht dazu nicht aus.

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