grundgrößen der lichttechnik lichtstrom lichtstärke beleuchtungsstärke leuchtdichte
TRANSCRIPT
Grundgrößen der Lichttechnik
Lichtstrom
Lichtstärke
Beleuchtungsstärke
Leuchtdichte
Lichtstrom
Lichtstrom
Maßeinheit: Lumen (lm)
• Der Lichtstrom ist die Lichtleistung der Lichtquelle. Man versteht darunter die gesamte nach allen Seiten abgestrahlte Strahlungsleistung e nach der Bewertung durch das menschliche Auge
• Eine Glühlampe (40W, 230V) strahlt zum Beispiel einen Lichtstrom von 430lm ab
V() - Kurve
• Die sichtbare Strahlung (Licht) soll eindeutig und gemäß der Helligkeit so bewertet werden, dass zwei unter gleichen Bedingungen gleich hell erscheinende Strahlungen auch die gleiche Maßzahl erhalten
V() - Kurve
• Der Hellempfindlichkeitsgrad V (Seheindruck) ist eine Funktion der Wellenlänge
• Im Maximum der Augenempfindlichkeit (V()–Kurve) entspricht die Strahlungsleistung 1 Watt einem Lichtstrom von 683lm
• Es wird zwischen Tagsehen (V() ) und Nachtsehen (V‘() ) unterschieden
V() - Kurve
• Die V()–Kurve zeigt den Verlauf der Augenempfindlichkeit. Sie stellt Durchschnittswerte dar und wird nach den Regeln der DIN 5031 „Strahlungsphysik im optischen Bereich“ durch Reihenuntersuchungen ermittelt
• Das Maximum beim Tagsehen liegt bei einer Wellenlänge von 555nm, das beim Nachtsehen liegt ca. 50nm darunter
V()V‘()
V() - Kurve
• Einige Beispiele:
Eine Lichtquelle von 100W strahle nur die Wellenlänge 555nm, also gelb-grünes Licht ab. Um mit blauem Licht bei einer Wellenlänge von 500nm dasselbe Hellempfinden im Auge zu bewirken sind bereits 3 solcher Lichtquellen nötig oder die dreifache Leistung.
Um dasselbe Hellempfinden mit rotem Licht bei einer Wellenlänge von 650nm zu bewirken sind schon mehr als 9 der 100W Lichtquellen nötig.
• Daraus ergibt sich folgende Formel:
dVW
lm nm
nm
e )()(683780
380
Lichtstrom
Maßeinheit: Lumen (lm)
• weitere Beispiele:
• Leuchtstofflampe L 36W/weiß = 3450lm
• Natrium-Niederdrucklampe 35W = 4800lm
Lichtstärke I
• Die Lichtstärke ist die Stromdichte (Intensität) in einer bestimmten Richtung. Sie wird in Candela (cd) gemessen. Von dieser Basiseinheit sind die anderen lichttechnischen Einheiten abgeleitet worden.
Lichtstärke I
Maßeinheit: Candela (cd)
• Zur Berechnung der Lichtstärke wird der Raumwinkel herangezogen.
• Die von einer Lichtquelle auf einen Empfänger fallende Strahlungsleistung ist dem Raumwinkel proportional.
2r
ARaumwinkel:
Lichtstärke I
Maßeinheit: Candela (cd)
• Die Lichtquellen strahlen im allgemeinen nicht gleichmäßig in alle Richtungen des Raumes, d.h. die Lichtstärke ist ungleichmäßig verteilt.
• Die Hersteller von Lampen und Leuchten geben Lichtstärkeverteilungskurven (LVK) für ihre Produkte an. Daraus kann die Lichtstärke unter verschiedenen Ausstrahlungswinkeln entnommen werden.
Lichtstärke I
Maßeinheit: Candela (cd)
• Die Lichtstärke berücksichtig diese Raumwinkelabhängigkeit und somit gilt:
I
Arri Flood Arri Spot
Beleuchtungsstärke E
• Die Beleuchtungsstärke ist ein Maß für das auf eine Fläche auftreffende Licht (Lichtstromdichte).
AE
Beleuchtungsstärke E
Maßeinheit: Lux (lx)
Beleuchtungsstärke E
• Es wird im allgemeinen unterschieden zwischen:
• horizontale Beleuchtungsstärke Eh
• vertikale Beleuchtungsstärke Ev
• mittlere Beleuchtungsstärke Eh
Maßeinheit: Lux (lx)
Beleuchtungsstärke E
• Für die Beleuchtungsstärke ergibt sich durch Kombination mit den Formeln für den Raumwinkel und die Lichtstärke das Photometrische Entfernungsgesetz.
Maßeinheit: Lux (lx)
II
r
A2
2
2
r
IE
rA
AI
A
I
AE
Beleuchtungsstärke E
• Die Beleuchtungsstärke nimmt also mit dem Quadrat der Entfernung ab.
Maßeinheit: Lux (lx)
2r
IE
Beleuchtungsstärke E
• Diese Formel gilt jedoch nur für punktartige Lichtquellen sowie für senkrecht auftreffendes Licht. Bei schrägem Lichteinfall muss deshalb gemäß folgender Formel der Winkel berücksichtigt werden:
Maßeinheit: Lux (lx)
cos2
r
IE
Beleuchtungsstärke E
• Für die Berechnung der Beleuchtungsstärke eines Punktes (Ep) ergeben sich folgende Formeln, bei denen anstelle des Abstandes r die Lichtpunkthöhe h verwendet wird:
Maßeinheit: Lux (lx)
sincos
cos
22
32
h
IE
h
IE
pv
ph
Eph horizontale Punktbeleuchtungsstärke
Epv vertikale Punktbeleuchtungsstärke
Leuchtdichte L
Leuchtdichte L
• Die Leuchtdichte ist ein Maß für den Helligkeitseindruck, den das Auge von einer selbstleuchtenden oder einer beleuchteten Fläche hat.
• Steht die leuchtende Fläche vom Betrachter aus nicht senkrecht, so ist für die Berechnung der Leuchtdichte die vom Auge gesehene Fläche zu berücksichtigen.
Maßeinheit: cd/m2
cos.
A
I
Aproj
IL
A
IL
Leuchtdichte L
• Unterschieden werden muß zwischen der Leuchtdichte eines Selbststrahlers und der Leuchtdichte einer reflektierenden Oberfläche.
Maßeinheit: cd/m2
• Bei der reflektierenden Leuchtdichte gilt es zu beachten, um welche Form der Reflexion es sich handelt:
• gerichteten Reflexion (Spiegel)
• rein diffusen Reflexion (Tapete)
• gemischten Reflexion
Leuchtdichte L
• Betrachtet man die gerichtete Reflexion, so ist die reflektierte Leuchtdichte proportional zur einfallenden Leuchtdichte.
Maßeinheit: cd/m2
0LL rr
r Grad der gerichteten Reflexion
L0 einfallende Leuchtdichte
Lr reflektierende Leuchtdichte
Leuchtdichte L
• Die diffuse Reflexion ist ein Sonderfall, bei dem das Objekt in alle Richtungen die gleiche Leuchtdichte ausstrahlt.
Maßeinheit: cd/m2
ALI rrr
rd
0
0
E
L dr
Leuchtdichte L
• Bei der gemischten Reflexion setzt sich die Leuchtdichte aus einem diffusen Anteil und einem gerichteten Anteil zusammen. Der Einfluss der Oberfläche kann durch einen Leuchtdichtekoeffizienten charakterisiert werden.
Maßeinheit: cd/m2