Licht und die technischen Größen

Sehr oft wird die Frage gestellt was ist eigentlich Licht? Licht ist ganz einfach ausgedrückt eine Form von Energie, die elektromagnetische Strahlung die Licht erzeugt ist jener kleiner Anteil den wir sehen. Licht bedeutet als für uns Menschen Leben, Information im Sinne von Sichtbarkeit und ohne Licht würde kein Leben auf der Erde möglich sein. Man sieht also schon ganz klar das Licht nicht unwichtig ist in unserem Leben und ein wesentlicher Bestandteil.

Licht kann man auch in mit einigen Technischen Begriffen beschreiben und ermöglicht so die Kommunikation über das Thema, so dass jeder Mensch vom gleichen spricht.

Elektromagnetische Wellen als Grundlage des Lichtes

So einfach es sich darstellt das Elektromagnetische Übertragung ist so trivial ist es aber nicht. Die Grundlage jeder Übertragung ist die Periodendauer mit der im Wiederkehrenden Rhythmus sich Informationen wiederholen. Die Charakteristische Größe ist in der Lichtübertragung Lambda,  diese beschreibt den Zusammenhang der Naturgröße Lichtgeschwindigkeit und der Frequenz der Übertragung.

Wellenlänge λ = Lichtgeschwindigkeit c / Frequenz f = 300. 000. 000 m/s  / f

© Wikipedia.org-Horst Frank / Phrood / Anony

© Wikipedia.org-Horst Frank / Phrood / Anony

Die Grafik macht es deutlich das der Sichtbare Bereich nur ein sehr kleiner Anteil ist der aus der Lichtübertragung entsteht. Das sichtbare Licht befindet sich in einem Wellenlängenbereich von 400nm bis 780nm. Eine genauere Unterteilung der optischen Strahlung ist in folgende Teilbereiche möglich:

Ultraviolettes Licht (UV Licht):

o   100nm bis 400nm

Beim Ultravioletten Licht (UV Licht) unterscheidet man wieder mehrere Gebiete welche unterschiedliche Wirkungen auf den Menschen haben. Es reicht von der Bräunung des Menschen im hohen Nanobereich bis hin zu keimtötenden Wirkung im niedrigen Bereich. Allgemein kann man sagen das UV Licht bei zu starker Anwendung Hautschäden hervorrufen kann, dies zeigt sich sehr oft durch Sonnenbrände

Sichtbares Licht

o   400nm bis 780nm

Infrarotstrahlung (IR Strahlung)

Die Infrarotstrahlung ist die Wärmestrahlung, sehr bekannt ist die IR Strahlung in den letzten Jahren durch die sogenannten Infrarotkabinen geworden. Das angenehme wärmende Licht im Eigenheim hilft sehr oft auch gegen Erkrankungen und verleiht eine gewisse Wohlfühlatmosphäre.

Hellempfindlichkeit des Lichtes:

Es gibt im Strahlenspektrum Lichtbereiche die der Mensch heller empfindet als andere Teilbereiche. Daraus ist eine Helleempfindlichkeits Verteilung für das menschliche Auge entstanden die bei unterschiedlichen Tages- und Lichtverhältnissen die Empfindung des Menschen beschreibt.

© Wikipedia.org-HHahn

© Wikipedia.org-HHahn

Grundsätzlich unterscheidet man:

Tagsehen: Farben können deutlich wahrgenommen werden, es gibt keine Unstimmigkeiten bei verschiedenen Menschen über Lichtfarben. Die maximale Helleempfindlichkeit liegt bei 555nm.

Nachtsehen: Farben sind nicht mehr klar zuordenbar, es gibt unterschiedliche Meinungen bei verschiedenen Menschen bei der selben Lichtfarbe. Die Maximale Helleempfindlichkeit liegt bei 507 nm.

Wie man in dieser kurzen Zusammenfassung schon sieht ist das Thema Licht nicht sehr einfach zu beschreiben und bedeutet auch eine Menge Sachbegriffe zu verstehen. Wir versuchen in Folge die für uns wichtigen Fachbegriffe einfach zu erklären.

Wir unterscheiden bei den Lichtgrößen einerseits Technische Größen die nicht veränderbar sind und anderseits Größen des Lichtes die der Mensch anders empfindet. Licht wirkt z.b. bei Sonnenschein anders als wenn wir Nacht haben und kein Mond scheint.

Lichtstrom φ:

Zurückzuführen ist der Lichtstrom auf die Helleempfindlichkeits des Menschen. Ein Vergleich mit der Elektrotechnik macht es sehr einfach, wird dort jede Maschine mit einer Leistung klar beschrieben macht es die Helleempfindlichkeits Kurve nicht so einfach und es wurde der Lichtstrom mit der Einheit LUMEN eingeführt. Damit ist klar die Lichtleistung einer Lichtquelle beschrieben.

Will man nun den Lichtstrom in Verbindung mit der Leistung Watt bringen kommt das Strahlungsäquivalent K [lm/W] ins Spiel. Dieses Strahlungsäquivalent hängt von der Wellenlänge ab und ist bei 555 nm, wo sich auch die maximale Empfindlichkeit des Menschlichen Auges bei Tageslicht befindet, 683 lm/W.

Lichtströme von unterschiedlichen Lichtquellen:

LichtquelleLeistungLichtstromSpannungK
Glühlampe100 Watt1380 lm230 V13,8 lm/W
Halogenglühlampe50 Watt1200 lm12 V24 lm/W
Leuchtstofflampe58 Watt5200 lm230 V89 lm/W
Natrium Hochdrucklampe100 Watt10000 lm230 V100 lm/W
Metalldampf Hochdrucklampe70 Watt6500 lm230 V93 lm/W
LED Leuchtmittel3,9 Watt340 lm230 V87 lm/W
Leuchtstoffröhre T554 Watt5000 lm230 V93 lm/W

Man sieht deutlich in der kleinen Gegenüberstellung der Technologien das es entscheidend ist welche Lichtquelle man nimmt. Die Falsche Lichtquelle kann sehr schnell auch ein falsches Lichtempfinden oder enorme Betriebskosten zur Folge haben.

Lichtstärke I

Der Lichtstrom beschreibt wie schon beschrieben die Leistung der Lichtquelle, doch ist es oft sehr interessant die Lichtstärke I zu kennen, sie Charakterisiert Licht das in eine bestimmte Richtung strahlt. Beschrieben wir die Lichtstärke vom Lichtstrom und vom Raumwinkel.

Lichtstärke [cd – candela] = Lichtstrom [lm] / Raumwinkel [sr – Sterradiant]

Der Raumwinkel beschreibt die Fläche die die Teilfläche einer Kugel, einfach ausgedrückt die Fläche die Bestrahlt wird.

Die Lichtstärke zählt zur Grundeinheit der Lichttechnik, sie macht jedoch nur bei Punktförmigen Lichtquellen Sinn und wird sehr oft bei LED als Charakteristische Größe betrachtet. Will man dies jedoch mit einem herkömmlichen Leuchtmittel vergleichen muss man auf die Umrechnung achten. Hat man jedoch eine Räumliche Lichtquelle (z.b. Leuchtstoffröhre) kann man nicht so einfach die Umrechnung durchführen, hier geht es nur unter Berücksichtigung der fotometrischen Grenzentfernung.

Beleuchtungsstärke E

Die Beleuchtungsstärke E [lx – lux] beschreibt den Lichtstrom der auf eine charakterisierte Fläche fällt. Anders ausgedrückt kann man die Beleuchtungsstärke auch mit der Leistungsdichte beschreiben, die Beleuchtungsstärke ist die Charakteristische Größe bei der Lichtplanung. Zu beachten ist bei der Innenraumberechnung jedoch das die Helligkeit die das Auge empfindet nicht mit der Beleuchtungsstärke identisch ist.

Beleuchtungsstärke E = Lichtstrom / Fläche die beleuchtet wird.

Man sieht also aus der Definition der Beleuchtungsstärke das sie mit der Entfernung abnimmt, es wird also „dunkler“ je weiter weg man von der Lichtquelle ist. Bei der Beleuchtungsstärke unterscheidet man Horizontale und Vertikale Beleuchtungsstärke. Die Horizontale Beleuchtungsstärke ist die Charakteristische Größe für die Beleuchtung von Ebenen Flächen (Böden, Schreibtische, Arbeitsflächen,…)

Leuchtdichte L

Die Leuchtdichte beschreibt die Helligkeit was das Menschliche Auge empfindet. Es ist also jene Größe die der Mensch „sehen“ kann. Besonderes Augenmerkt hat die Leuchtdichte bei der Blendung, je höher die Leuchtdichte ist desto mehr wird der Mensch geblendet bzw. desto besser ist eine Platz ausgeleuchtet.

Leuchtdichte = Lichtstärke / Fläche

Entscheidend bei der Berechnung der Leuchtdichte ist der Lichteinfall, es muss für die exakte Berechnung die Position der Lichtquelle, der Beleuchteten Fläche und des Menschlichen Auges bekannt sein. Erst daraus lässt sich die richtige Leuchtdichte berechnen.

Lichtstärkeverteilungskurve LVK

Mit der Lichtstärkeverteilungskurve LVK erreicht man die Produktbeschreibung, sie charakterisiert die Lichtausbreitung bei Leuchten. Sehr viele Leuchten haben einen Reflektor und strahlen somit das Licht in eine bestimmt, für den Nutzer wichtige, Richtung. Die LVK beschreibt die Lichtstärkeverteilung in verschiedenen Raumrichtungen und wird üblicherweise auf 1000 Lumen umgerechnet. Der Vorteil dieser Umrechnung liegt klar in der Verwendung für verschiedene Leuchtmittel, es kann somit jeder Lichttechniker für die verschiedenen Leuchtmittel die richtige LVK machen.

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