Photometrische Größen mit Formelzeichen und Einheiten
Photometrische Größen beschreiben Licht so, wie das menschliche Auge es wahrnimmt: mit der Hellempfindlichkeitskurve V(λ) bewertete Strahlung im sichtbaren Spektrum von etwa 380 bis 780 nm. Die vier Grundgrößen sind Lichtstrom Φ in Lumen, Beleuchtungsstärke E in Lux, Leuchtdichte L und Lichtstärke I. Das Fachgebiet heißt Photometrie; die energetischen Entsprechungen sind die radiometrischen Größen.
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.
- Lichtstrom Φ
- Beleuchtungsstärke E
- Leuchtdichte L
- Lichtstärke I
Photometrische Größen bewerten die Strahlung mit der Hellempfindlichkeit des Auges. Unterhalb 380 nm ist V(λ) null — eine UV-Quelle hat deshalb praktisch keinen Lichtstrom, ein Luxmeter misst UV nicht.
Photometrische Größen auf einen Blick
| Größe | Formelzeichen | Einheit | Einheit ausgeschrieben |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom | Φᵥ | lm | Lumen |
| Lichtstärke | Iᵥ | cd | Candela = lm/sr |
| Beleuchtungsstärke | Eᵥ | lx | Lux = lm/m² |
| Leuchtdichte | Lᵥ | cd/m² | Candela je Quadratmeter, auch Nit |
| Belichtung | Hᵥ | lx·s | Luxsekunde |
Tabelle zum Herunterladen: Photometrische Größen und Einheiten (XLSX) – mit Umrechnungsfaktoren, Formelzeichen und dem Raumwinkel. Die energetischen Entsprechungen stehen unter radiometrische Größen, die farbbezogenen unter farbmetrische Größen. Alle Größen zusammen – mit Formelzeichen, Einheit und dem passenden Rechner – stehen im Glossar optischer Größen.
Die Belichtung Hv – Beleuchtungsstärke mal Zeit – hat als einzige der fünf Größen keinen eigenen Abschnitt auf dieser Seite: Sie begegnet vor allem in der Photostabilitätsprüfung, wo ICH Q1B 1,2 Millionen Lux·h verlangt. Definition und Abgrenzung stehen im Glossar optischer Größen.
Der Rechner läuft ohne Übertragung von Daten im Browser.
Definition und Erläuterung von photometrischen Messgrößen
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 ein Maß für die Helligkeit einer Lichtquelle.
- Formelzeichen: Φ
- Einheit: Lumen, lm
- Definition: Die V(λ)-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 wird 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: lx (lm/m²)
- Definition: Quotient aus dem auffallenden Lichtstrom und der Fläche.
Die Beleuchtungsstärke gibt an, wie viel Lichtstrom auf eine bestimmte Fläche fällt; wie hell die Fläche erscheint, hängt zusätzlich von ihrer Reflexion ab und wird durch die Leuchtdichte beschrieben. 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.
Der Raumwinkel ist die ausgeschnittene Kugelfläche geteilt durch das Quadrat des Radius. Die volle Kugel hat 4π sr.
Photometrische Grenzentfernung berechnen
Radiometrie-Rechner für UV und Licht:
Grenzentfernung, Photonenfluss und PPFD einfach berechnen. Jetzt ausprobieren!
Photometrische Grenzentfernung und PPFD berechnen
Für die photometrische Grenzentfernung – ab welchem Abstand eine Lichtquelle als punktförmig gilt und das quadratische Abstandsgesetz greift – enthält der Radiometrie-Rechner ein eigenes Modul. Ergänzend berechnet er Photonenenergie, Photonenfluss und PPFD sowie Transmission und optische Dichte.
Downloads
Autor: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia ist Geschäftsführer der Opsytec Dr. Gröbel GmbH in Ettlingen und leitet das akkreditierte Kalibrierlabor. Nach seiner Forschung zu gepulsten Xenon-Excimer-Entladungen am Lichttechnischen Institut des KIT gilt sein Schwerpunkt heute der optischen Strahlungsmesstechnik. Er ist stellvertretender Obmann im DIN-Normungsausschuss FNL 7 „Optische Strahlung“ und Mitglied im DVGW-Projektkreis UV-Desinfektion.
