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Lichtstrom und Lichtstärke - physikalische Größen im Umgang mit Lichtquellen

Allgemeines: 

Wenn wir über Licht sprechen, fällt auch oft der Begriff "Lichtenergie" - Demnach wäre also Licht(energie) mit der Einheit "Watt" bestimmt. Die Energie, die eine Lichtquelle (in Form elektromagnetischer Wellen) aussendet, wäre demnach definitionsgemäß Energie pro Zeiteinhalt. Da wir aber nur einen Teil des Lichts mit dem bloßen Auge sehen können (das sichtbare Licht von ca. 400 bis 700 nm), hat man für den Lichtstrom bzw. Energiestrom, der von Lichtquellen ausgeht nicht mit der physikalischen Größe "J/s bzw. W" charakterisiert, sondern die Stärke des Lichtstroms wird mit der Helligkeit gemessen, den der Lichtstrom auf unser Auge ausübt. 


Dies führte dazu, dass der Lichtstrom in der Einheit "Lumen und die Lichtstärke in der Einheit "Candela" angegeben wird. Die vor allem viele LED-Leuchten nicht in alle Richtungen die gleiche bzw. ähnliche Lichtstärke abstrahlen, ist die Angabe Watt auch teilweise unpassend. Daher werden hier oft die physikalischen Größen "Lichtstrom" und "Lichtstärke" verwendet, um unterschiedliche Lichtquellen zu vergleichen.

Lichtstrom und Lichtstärke:

Der Lichtstrom

Wir denken nun an eine punktförmige Lichtquelle, um diese ziehen wir gedanklichen einen Kreis und messen den Lichtstrom. Anschließend vergrößern wir den Radius und messen nochmals den Lichtstrom. Hierbei stellen wir fest, dass wir an dieser Stelle den gleichen Lichtstrom vorfinden. Dies liegt daran, dass sich Licht von einer Lichtquelle geradlinig aus fortpflanzt. 

Würden wir hingegen an verschiedenen Stellen des Kreises um die Lichtquelle den Lichtstrom messen, so stellen wir fest, dass sich die Lichtströme von Ort zu Ort auf dem Kreis (etwas) unterscheiden. Das Licht wird also nicht gleichmäßig über den Raum verteilt, sondern unterscheidet sich von Richtung zu Richtung. 

Allgemein gilt daher, dass eine Lichtquelle Lichtstrom in verschiedene Richtungen unterschiedlich stark ausstrahlt.


(Hinweis: Ideale punktförmige Lichtquellen senden einen annährend gleichen Lichtstrom in alle Richtungen aus, auch bei kleinen Glühlampen liegt ein Lichtrom vor, der in alle Richtungen ähnlich ist)

In diesem einführenden Kapitel nur kurz zur Messung des Lichtstromes: Der Lichtstrom wird durch eine sogenannte Ulbrichtsche Kugel gemessen. Mit Hilfe dieser Kugel wird die gesamte von einer Lichtquelle abgegebene Strahlungsleistung gemessen, die sich im Spektralbereich des sichtbaren Lichts befindet. Die Messung erfolgt hierbei mit einem Photometer.
Allgemein gilt: ein Lumen ist der Lichtstrom, der durch eine Lichtquelle mit gleichmäßiger Lichtstärke von einer Candela innerhalb eines Raumwinkels von einem Steradiant ausgestrahlt wird,


Die Lichtstärke

Hat man den Lichtstrom einer Lichtquelle bestimmt, kann mit dieser Angabe auch die Lichtstärke der Lichtquelle berechnet werden. Zur Bestimmung der Lichtstärke wird der Lichtstrom durch den Raumwinkel geteilt, in dem die Lichtquelle abstrahlt. Daher wird die Lichtstärke auch als Lichtstrom pro Raumwinkel bezeichnet.




Lichtausbeute bzw. spezifischer Lichtstrom

Alle heutigen elektrischen Lichtquellen benötigen elektrische Energie für ihren Betrieb, d.h. diese Lichtquellen nehmen eine gewissen elektrische Leistung auf und erzeugen damit einen bestimmten Lichtstrom. Den Quotient aus Lichtstrom und aufgenommener elektrischer Leistung wird als Lichtausbeute bzw. spezifischer Lichtstrom bezeichnet. Die Einheit der Lichtausbeute bzw. des spezifischen Lichtstroms ist lm / W. Allgemein gilt, dass der Wirkungsgrad einer elektrischen Lichtquelle umso höher ist, je größer der Lichtstrom pro aufgenommenem Watt elektrischer Leistung ist.



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