Einführung in die photometrischen Größen | Photometrie

Die Lichttechnik und die radiometrischen Größen bilden die Grundlage für das Verständnis und die Anwendung von Licht und UV-Strahlung in wissenschaftlichen, industriellen und alltäglichen Kontexten. 

Licht ist die sichtbare Form von elektromagnetischer Strahlung, die im sichtbaren Spektrum von etwa 380 bis 780 Nanometern liegt.

Die Lichttechnik beschäftigt sich mit der Erzeugung, Verteilung und Anwendung von Licht, um bestimmte visuelle Effekte zu erzielen, Energie effizient zu nutzen und die Lebensqualität zu verbessern. Diese Größen werden auch photometrische Größen genannt. Das Fachgebiet heißt Photometrie. 

Die nachfolgende Darstellung zeigt die vier photometrischen Größen. Die Tabelle enthält für jede Größe eine visuelle Darstellung, mathematische Definition, Einheit und kurze Erläuterung.

1. Lichtstrom Φ 
2. Beleuchtungsstärke E
3. Leuchtdichte L
4. Leuchtstärke I

Lichtstrom

Der Lichtstrom ist eine photometrische Größe, die die gesamte von einer Lichtquelle in alle Richtungen abgestrahlte sichtbare Lichtleistung beschreibt. Er wird in Lumen (lm) gemessen. Der Lichtstrom gibt an, wie viel Lichtenergie pro Zeiteinheit von einer Quelle abgegeben wird und ist eine Maßgröße für die Helligkeit einer Lichtquelle.

• Formelzeichen: Φ
• Einheit: Lumen, lm
• Definition: Die V(lambda)-gewichtete Strahlungsleistung.

Der Lichtstrom ist die Gesamtmenge des von einer Lichtquelle emittierten sichtbaren Lichts. Er berücksichtigt alle Richtungen, in die das Licht abgestrahlt wird, und ist somit ein Maß für die Gesamthelligkeit der Lichtquelle.

Beispiel:

Eine herkömmliche Glühlampe mit einer Leistungsaufnahme von 60 Watt hat einen Lichtstrom von etwa 900 Lumen. Dies bedeutet, dass die Lampe insgesamt 900 Lumen sichtbares Licht in alle Richtungen abstrahlt. Eine LED-Lampe, die ebenfalls einen Lichtstrom von 900 Lumen hat, verbraucht jedoch nur etwa 10 Watt. 

Der Lichtstrom wir mit einer Ulbrichtkugel gemessen.

Beleuchtungsstärke

Die Beleuchtungsstärke (E) ist eine photometrische Größe, die den Lichtstrom beschreibt, der auf eine Fläche trifft. Sie wird als der Lichtstrom pro Flächeneinheit definiert und in Lux (lx) gemessen. Ein Lux entspricht einem Lumen pro Quadratmeter (lm/m²).

• Formelzeichen: E
• Einheit: lm/m², Lux, Lx
• Definition: Quotient des auffallenden Lichtstroms zur Flächengröße.

Die Beleuchtungsstärke gibt an, wie viel Lichtstrom auf eine bestimmte Fläche fällt und beschreibt somit die Helligkeit, die auf dieser Fläche wahrgenommen wird. Sie ist eine wichtige Größe in der Beleuchtungsplanung und -technik.

Beispiel:

An einem sonnigen Tag kann die Beleuchtungsstärke im Freien etwa 100.000 Lux betragen. Dies ist eine sehr hohe Beleuchtungsstärke und sorgt für helle, gut ausgeleuchtete Bedingungen.

In einem typischen Büro beträgt die empfohlene Beleuchtungsstärke etwa 500 Lux, um eine angenehme und produktive Arbeitsumgebung zu schaffen. Dies wird oft durch Deckenleuchten und Schreibtischlampen erreicht.

Leuchtdichte

Die Leuchtdichte ist eine photometrische Größe, die den Helligkeitseindruck beschreibt, den eine Lichtquelle auf das menschliche Auge macht, wenn sie aus einer bestimmten Richtung betrachtet wird. Sie wird als der Lichtstrom pro Flächeneinheit der Quelle und pro Raumwinkeleinheit definiert. Die Einheit der Leuchtdichte ist Candela pro Quadratmeter (cd/m²).

• Formelzeichen: L
• Einheit: lm/(sr m²), cd/m²
• Definition: Quotient aus abgestrahltem Lichtstrom und dem Produkt aus Flächenelement und Raumwinkel.

Die Leuchtdichte gibt an, wie hell eine Lichtquelle erscheint, wenn sie von einem bestimmten Punkt aus betrachtet wird. Sie berücksichtigt die Richtung und die Fläche der Lichtquelle und ist ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit.

Beispiel:

Ein Computerbildschirm kann eine typische Leuchtdichte von etwa 300 cd/m² haben. Dies bedeutet, dass der Bildschirm bei normaler Betrachtung eine angenehme und ausreichende Helligkeit bietet.

Lichtstärke

Die Lichtstärke  ist eine photometrische Größe, die den Lichtstrom beschreibt, der von einer Lichtquelle in eine bestimmte Richtung innerhalb eines Raumwinkels ausgestrahlt wird. Sie wird in Candela (cd) gemessen, wobei ein Candela einem Lumen pro Steradiant (lm/sr) entspricht.

• Formelzeichen: I
• Einheit: lm/sr, cd
• Definition: Quotient aus abgestrahltem Lichtstrom in eine definierte Richtung und dem Raumwinkelelement.

Die Lichtstärke gibt an, wie viel Lichtstrom von einer Lichtquelle in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird. Sie ist besonders nützlich zur Beschreibung der Richtungsverteilung des Lichts.

Beispiel:

Eine leistungsstarke LED-Taschenlampe kann eine Lichtstärke von 1.000 Candela haben, um einen fokussierten Lichtstrahl zu erzeugen, der weit reicht.