Alles über Lichtstärke, Lichtstrom & Beleuchtungsstärke

Wichtige photometrische Größen und Einheiten

In der Lichtmessung unterscheidet man verschiedene photometrische Größen, mit denen Licht beurteilt werden kann. Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten photometrischen Größen und Einheiten sowie deren Berechnung:

Wie entsteht Licht?

Licht besteht aus Photonen, oder auch Lichtteilchen genannt. Sie übertragen Energieimpulse. Das Licht entsteht dann, wenn Energie umgewandelt wird. Wenn sichtbares Licht ausgestrahlt wird, nennt man das auch Lumineszenz.

Wie das menschliche Auge das Licht wahrnimmt hängt davon ab, welche Wellenlänge die Strahlung hat und mit welcher Intensität die Strahlung auf die Netzhaut trifft.

Was ist der Lichtstrom (Lumen)?

WAS IST DIE LICHTAUSBEUTE?

Das Verhältnis von Lumen zu Watt (lm/W) gibt an, wie effizient ein Leuchtmittel ist. Dieser Wert wird auch als Lichtausbeute bezeichnet. Je höher der Wert ist, umso effizienter ist eine Lichtquelle.

BEISPIELHAFTE LUMEN WERTE

Was ist die Lichtstärke (Candela)?

Die Lichtstärke beschreibt die in eine bestimmte Richtung ausgesandte Strahlung. Da das Abstrahlverhalten eines optischen Signalgerätes nicht nur durch die Lichtquelle bestimmt wird, sondern auch durch die Ausführung der Kalotten, eignet sich die Lichtstärke am besten, um die Signalwirkung von optischen Signalgeräten zu charakterisieren.

Die Lichtstärke zählt zu den photometrischen Größen. Sie setzt den Lichtstrom in Verhältnis zu dem Abstrahlwinkel eines Leuchtmittels. Die Lichtstärke sagt daher aus, wie konzentriert das Licht ist bzw. welche Dichte das abgestrahlte Licht hat.

Die Lichtstärke wird in Candela (cd) angegeben.

WAS BEDEUTET LICHTSTÄRKE?

Die Lichtstärke ist ein wichtiger Wert, um unterschiedliche Leuchtmittel vergleichen zu können. So können Leuchtmittel mit dem gleichen Lichtstrom aufgrund ihres Abstrahlwinkels ganz unterschiedliche Lichtstärken aufweisen. Der Abstrahlwinkel gibt an, in welchem Winkel das Licht vom Leuchtmittel abgestrahlt wird.

Die Lichtstärke bzw. ihr Candela Wert sagt aus, wie intensiv das Licht abgestrahlt wird. Je fokussierter das Licht abgestrahlt wird, umso intensiver ist es. Die Grafik veranschaulicht zwei Leuchtmittel mit dem gleichen Lichtstrom (Lumen) aber unterschiedlichen Abstrahlwinkeln. Bei dem Leuchtmittel mit dem kleineren Abstrahlwinkel ist die Lichtstärke höher als bei dem breiter gestreuten Abstrahlwinkel.

WIE MISST MAN LICHTSTÄRKEN?

Um die Lichtstärke eines Leuchtmittels zu bestimmen, benötigt man den Lichtstrom und den Abstrahlwinkel oder den Raumwinkel. Der Wert der Lichtstärke wird in Candela angegeben. Die Einheiten des Lichtstroms sind Lumen, für den Raumwinkel ist es Steradiant.

Lichtstärke [cd] = Lichtstrom [lm] / Raumwinkel [sr]

Sollte der Raumwinkel nicht bekannt sein, sondern lediglich der Abstrahlwinkel kann dieser mit einer Umrechnungsformel ermittelt werden:

Sollte bei dem Leuchtmittel die Berechnung laut der obigen Formeln nicht möglich sein, kann eine Lichtmessung mit einer Ulbricht Kugel und einem Spektrometer durchgeführt werden. Dabei wird eine Lichtstärke Verteilungskurve erstellt. Aus dieser lassen sich Rückschlüsse auf die Lichtstärke ziehen.

Eine Normkerze beispielsweise strahlt eine Lichtstärke von 1 cd aus, d. h. sie emittiert etwa 12 Lumen (lm) in alle Richtungen.

Was ist die Beleuchtungsstärke (Lux)?

Lux gibt Auskunft über die Beleuchtungsstärke. Es ist ein Maß für die Helligkeit mit der eine Fläche ausgeleuchtet wird. Lux gibt an, wie viel Lichtstrom (Lumen) einer Lichtquelle pro Flächeneinheit einer Empfängerfläche ankommt. Bei dem Wert Lux handelt es sich um eine reine Empfängergröße.

BELEUCHTUNGSSTÄRKE BERECHNEN

Die Beleuchtungsstärke kann mit zwei unterschiedlichen Formeln berechnet werden.

Die allgemeine Formel um die Beleuchtungsstärke zu berechnen lautet:

Lux [lx] = Lichtstrom [lm] / Fläche [m2]

Die Beleuchtungsstärke beträgt 1 Lux, wenn ein Lichtstrom von 1 Lumen auf eine Fläche von 1 m² gleichmäßig auftrifft.

Eine weitere Formel zur Berechnung der Beleuchtungsstärke bei größeren Abständen ist wie folgt zu berechnen:

Lux [lx] = Lichtstärke [cd] / Radius oder Abstand zum Quadrat

Je weiter die Fläche vom Leuchtmittel entfernt ist, desto geringer wird die Beleuchtungsstärke. Mit dem errechneten Lux Wert lässt sich bestimmen, ob bestimmte Bereiche genügend stark beleuchtet sind. So gibt es etwa arbeitsrechtliche Vorgaben, wie hell ein Arbeitsbereich für Mitarbeiter ausgeleuchtet sein soll.

WAS MISST EIN LUXMETER?

Ein Luxmeter misst die Beleuchtungsstärke (Lux). Der Wert gibt an, wie hell es auf dem Messpunkt ist. Das Luxmeter besteht aus einem Fotosensor und einer Anzeige. Der Fotosensor besteht meist aus Fotodioden, die das Licht erfassen. Der gemessene Lux-Wert erscheint anschließend auf dem Display.

BEISPIELHAFTE LUX WERTE

Wie hängen Lumen, Candela und Lux zusammen?

Die Begriffe Lumen, Candela und Lux kommen in der Lichtmessung sehr häufig vor. Sie sind alle photometrische Größen. Die folgende Grafik zeigt den Zusammenhang der drei Begriffe.

Die Einheit Lumen steht für die gesamte Lichtleistung einer Leuchte, die in alle Richtungen abgegeben wird. Da das abgegebene Licht von Leuchten jedoch nicht gleichmäßig in alle Richtungen abgestrahlt wird, wird die Lichtstärke in Candela angegeben. Dieser Wert sagt aus, wie viel Licht in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird. Im Gegensatz zu diesen zwei Sendegrößen gibt es noch die Empfängergröße Lux. Bei der Einheit Lux wird nicht gemessen wie viel Licht abgegeben wird, sondern wie viel von dem abgegebenen Licht auf einer bestimmten Fläche ankommt.

Um die Helligkeit einer Leuchte oder eines Leuchtmittels zu beurteilen, ist die Betrachtung aller drei Werte essentiell. Die Einheiten Lumen und Candela werden von den meisten Herstellern angeführt. Den Lux-Wert können Hersteller nicht anführen, da dieser Wert abhängig von den Umgebungsbedingungen des Einsatzbereiches ist.

Was ist der Raumwinkel?

Der Raumwinkel ist die dreidimensionale Größe des Lichtkegels. Gibt eine Leuchte Licht ab, so ist der Winkel des abgegebenen Lichts dreidimensional. Die Einheit des Raumwinkels ist der Steradiant (sr). Die Lichtstärke gibt die Lichtmenge an, die eine Lichtquelle pro Raumwinkel abgibt.

Der Raumwinkel berechnet sich, indem die Fläche (A) durch den Radius (r²) geteilt wird.

Was ist die Leuchtdichte?

Die Leuchtdichte gibt Auskunft über den Helligkeitseindruck einer Leuchte. Sie wird in Lichtstärke pro Fläche angegeben (cd/m²). Die Leuchtdichte beschreibt, wie hell uns eine Fläche erscheint. Beeinflusst wird dieser Faktor auch noch durch andere Umstände, wie etwa die Gegebenheit der bestrahlten Fläche.

Was ist die Farbtemperatur?

Die Farbtemperatur eines Leuchtmittels entscheidet darüber, ob das Licht einen warmen oder kühlen Eindruck vermittelt. Die Farbtemperatur wird in Kelvin angegeben und lässt sich auf einer Skala beurteilen. Je niedriger die Farbtemperatur ist, umso wärmer und dunkler wirkt das Licht. Je höher die Farbtemperatur ist, desto kühler und heller wirkt das Licht.

Die Farbtemperatur beeinflusst die Raumatmosphäre. Für Wohnräume wird bevorzugt eine niedrigere Farbtemperatur gewählt, für Labors oder Fabriken Licht mit einer höheren Farbtemperatur. Die untenstehende Skala zeigt die Farbtemperatur und ihre drei Bereiche: Warmweiß, Neutralweiß und Tageslichtweiß.

Mit Kolorimeter kann Farbtemperatur gemessen werden. Neben der Farbtemperatur ist auch der Farbwiedergabeindex für die räumliche Atmosphäre bedeutsam.

Was ist der Farbwiedergabeindex?

Der Farbwiedergabeindex, abgekürzt CRI (Color Rendering Index) oder RA (Allgemeiner Referenzindex) sagt aus, welche Qualität das abgestrahlte Licht hat.
Wird ein Gegenstand beleuchtet, gibt er Farben ab. Maßgeblich für die abgegebene Farbe ist nicht nur die Farbe des Gegenstands selbst, sondern auch das Leuchtmittel. Das Leuchtmittel sendet unterschiedliche Wellenlängen, die von dem beleuchteten Objekt absorbiert oder reflektiert werden. Jene Wellenlängen, die mit dem beleuchteten Objekt übereinstimmen werden reflektiert, der Rest wird absorbiert. Der Farbwiedergabeindex hängt somit davon ab, welche Wellenlängen von der Lichtquelle ausgestrahlt werden.
Natürliches Sonnenlicht hat einen RA Wert von 100, was gleichzeitig auch der höchste RA Wert ist. Je näher der RA Wert an 100 ist, umso qualitativer ist die Beleuchtung.

Was ist der Reflexionsgrad?

Der Reflexionsgrad sagt aus, wie viel Prozent des Lichtstroms der auf eine Fläche trifft, reflektiert wird. Je nach Beschaffenheit der beleuchteten Fläche wird das Licht reflektiert, absorbiert oder transmittiert.
Wird Licht reflektiert, wird es zurückgestrahlt. Spiegel haben einen Reflexionsgrad von 1. Helle Oberflächen haben einen Wert nahe bei 1, dunkle Oberflächen haben einen Wert unter 0,1. In einem Raum mit dunklen Wänden wird mehr Licht benötigt, als in einem Raum mit hellen Wänden, um eine ausreichende Beleuchtungsstärke auf der Nutzebene zu schaffen.

Beispiele für die Reflexion von verschiedenen Oberflächen:

• Eine weiße Decke oder Wand reflektiert bis zu 85 % des Lichts,
• helle Holzverkleidungen bis zu 50 %,
• rote Ziegelsteine bis zu 25 % und ein
• schwarzer Fußboden 0 %.