Mit den Experimenten von Galvani und der Erfindung der Batterie (der Voltaischen Säule) durch Alessandro Volta im Jahr 1800 konnte Elektrizität zum ersten Mal in der Neuzeit erzeugt werden. Man legte zwei ungleiche Metalle zusammen in eine leitende und korrosive Flüssigkeit. Es ist sehr einfach nachzumachen: Man steckt z. B. einen Kupfer- und einen Eisenstab in eine Zitrone und verbindet die beiden in einem externen Stromkreis miteinander. Auf diese Weise wird Strom erzeugt. Mit Reihenschaltung der Batterien kann man nach Belieben große Spannungen erzeugen.
Humphrey Davy entdeckte zwei Jahre später den Lichtbogen: Zwischen zwei Kohleelektroden, die in kurzem Abstand angeordnet sind, springt ein kontinuierlicher Funke bei großer Spannung über die Lücke. Allerdings wird die Kohle verbraucht und die Stäbe müssen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in den Lichtbogen geschoben werden. Davy gelang es, mithilfe der Elektrizität eine Reihe von Elementen wie z. B. Kalzium und Magnesium zu entdecken. Moderne Versionen seiner Bogenlampe werden auch heute noch verwendet. Eine andere Erfindung von Davy war für den Bergbau von enormer Bedeutung. Er entwickelte um 1815 die sog. Davy-Lampe, eine mit Drahtgitter geschützte Leuchte für den Bergbau. Die Lampe sollte die Methangasexplosionen in der Grube verhindern, indem die offene Flamme durch ein engmaschiges Drahtgitter eingekesselt wird: Durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Metalls wird die Temperatur des brennenden Gases sehr schnell unter die Zündtemperatur abgekühlt und so die Zündung des Gases außerhalb der Lampe verhindert. Nicht nur wird das in die Lampe dringende Methangas innerhalb des Drahtgitters verbrannt, sondern es lässt sich darüber hinaus aufgrund der entstehenden bläulichen Strahlung der Methangehalt der Luft bestimmen. Eine niedrig brennende Flamme weist auf erhöhte CO2-Gehalte der Luft hin.
In der viktorianischen Ära stieg die Nachfrage nach besserer Beleuchtung, insbesondere in Fabriken, die einen 24-Stunden-Betrieb anstrebten. Mit der Einführung von Kohlengas und Verteilungsnetzen gab es schon in der ersten Hälfte der 18. Jahrhunderts Gasbeleuchtung. Das Gas wurde durch Erhitzen von Kohle hergestellt, wobei billige Kohle durch die Davy-Lampe verfügbar gemacht wurde. Die Fabrik von Boulton und Watt in Soho (Dampfmaschinen-Hersteller) wurde zum Beispiel schon 1802 mit 2600 Gaslampen beleuchtet. Eine große Verbesserung der Beleuchtungsleistung brachte die Erfindung des Glühstrumpfs (1885), bei dem die Flamme auf eine mit speziellen Salzen imprägnierte gewebte „Birne“ trifft. Die Vorteile von Gas – wie bereits vorhandene Infrastruktur und die Doppelnutzung (Gas konnte auch zum Kochen verwendet werden) – behinderten den Markteintritt von Elektrizität für eine lange Zeit. Straßen, Fabrikhallen und Wohnungen wurden bis die 1880er Jahre mit Gas beleuchtet.
Der bahnbrechende Umbruch, Elektrizität direkt in Licht umzuwandeln, gelang Joseph Swan in Großbritannien und Thomas Alva Edison in den USA im Jahr 1879. Unabhängig voneinander fanden sie praktisch gleichzeitig heraus, dass man Licht erzeugen kann, wenn man einen Strom durch einen feinen Kohlenstofffaden leitet. Der Glühfaden musste in einem Vakuum gehalten werden, um die Oxidation (Verbrennung) des Kohlenstoffs zu verhindern. Nachdem er mehr als 3.000 Entwürfe getestet hatte, meldete Thomas Edison 1879 das Patent für seine elektrische Glühbirne an. Seine erste Glühbirne brannte 13,5 Stunden lang. Wenige Monate später entdeckte eine bestimmte Art von Kohlenstoff (aus einem verkohlten Bambussplitter), der bereits 1200 Stunden lang brannte. Dies stellte die notwendige Beleuchtungstechnologie dar, um die Elektrizität als primäre Energiequelle für die Beleuchtung in Innenräumen und im Freien zu etablieren. Einige Birnen der Jahrhundertwende (zum Beispiel die Centennial Light seit 1901 oder die Glühbirne in der Zentrale von General Electric) funktionieren immer noch, manche angeblich ununterbrochen seit mehr als 120 Jahren. Später wurde ein erst bei sehr hoher Temperatur schmelzendes Metall, Wolfram, das auch eine größere Leuchtkraft hat, verwendet und von General Electric verbreitet. Die Leuchtkraft entsteht durch die hohe Temperatur, die beim Durchgang von Elektrizität durch den feinen Draht entsteht: Je feiner der Draht, desto größer der Widerstand. Die gleiche Idee wird in der Edison-Sicherung verwendet, die Stromkreise vor Überlastung schützt. Edison entwickelte eine bessere Vakuumpumpe, mit der die Luft vollständig aus der Glühbirne entfernt werden konnte. Er entwickelte auch das Edisongewinde (das bis heute die Standardfassung für Glühbirnen und Sicherungen darstellt), um aus Messingblech günstig Innen- und Außengewinde für die Bauteile der elektrischen Installation herzustellen. Wir selbst verwenden sogenannte Edison-Fassungen mit E27-Gewinde. Edisons amerikanisches Beleuchtungsunternehmen fusionierte mit der Thomson-Houston Electric Company – dem Unternehmen, das Glühbirnen unter dem Sawyer-Man-Patent herstellte – zu General Electric. In England fusionierte Edisons Beleuchtungsunternehmen mit Joseph Swans Unternehmen zu Ediswan. Edison entwickelte eine ganze Reihe von Erfindungen, welche die Verwendung von Glühbirnen praktisch machten, wie elektrische Netze, das erste kommerzielle Stromversorgungsunternehmen (die Pearl Street Station) oder den ersten Stromzähler.
Im späten viktorianischen Zeitalter bot die Erfindung der Glühbirne eine wesentlich sicherere Alternative zur offenen Flamme des Gaslichts, insbesondere in den oft gefährlichen Umgebungen der Fabriken. Die Verteilungsnetze wurden allmählich ausgebaut, wobei die Elektrizität zu dieser Zeit von mit Kohle betriebenen Generatoren geliefert wurde.
In den nächsten Jahrzehnten wurden Herstellungsverfahren für den Glühfaden und die Effizienz der Glühbirne verbessert. Die neuen Wolframglühbirnen hielten länger und hatten ein helleres Licht als die Kohleglühbirnen. Im Jahr 1913 fand Irving Langmuir heraus, dass die Effizienz der Glühbirne verdoppelt werden kann, wenn ein inertes Gas wie Stickstoff in die Glühbirne eingebracht wird. Trotz weiteren Verbesserungen, welche die Kosten senkten und die Effizienz der Glühbirne erhöhten, musste man in den 1950er Jahren feststellen, dass lediglich 10 Prozent der von der Glühlampe verbrauchten Energie in Licht umgewandelt werden konnte.
In den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts dominierten die Glühbirnen die Welt der Beleuchtung.
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Publiziert am: 01.02.2024
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