Licht Formeln und Berechnung

Der Lichtstrom Lumen (US: Luminous flux) ist die von einer Lichtquelle in allen Richtungen insgesamt ausgestrahlte Lichtleistung. Ein einzelner Teil des Lichtstrom ist ausgehend mit einer Richtung vom emittierenden Körper der definierten Punktquelle. Damit kann die Effektivität eines Beleuchtungskärper beschrieben werden. Je mehr Lumen pro Watt Leistungszufuhr zu verfügung stehen, um so mehr Licht steht zur Verfügung. Bei gleichem Leuchtmitteln ist der mit der höheren Lumenanzahl der mit dem besseren Wirkungsgrad. Die Qualität einer homogenen Ausleuchtung ist damit nicht beschrieben.

Die Beleuchtungsstärke (US: Illumination) ist das Maß für die Helligkeit auf eine Fläche auftreffendes Licht. Dieses wird mit dem Luxmeter gemessen. Je nachdem welche Flächengröße zur Messung dient wird die Bezeichnung dementsprechend ausgedrückt:

Lux = Lumen pro Quadratmeter

Footcandles = Lumen pro Quadratfuß

Phots = Lumen pro Quadratzentimeterer

Zur Umrewchnung: Lux multipiziert mit 10,76 ist ein Footcandles (fc),

Ein Meter multipliziert mit 0,3048 ist ein foot [Fuß, US Maß]).

Die Beleuchtungsstärke definiert sich als Lichtstrom pro Fläche. E = df / dA

Vereinfacht folgt:

Die Lichtstärke (US: Luminous intensity or candelpower) ist der gesamten Lichtstrom (Lumen) von einer emittierenden Oberfläche in einer bestimmten Richtung und ist damit ein Maß für die Lichtausstrahlung einer Lichtquelle in einer bestimmten Richtung. Man kann sich Vorstellen das die in einem bestimmten Abstand gemessene Beleuchtungsstärke zurückverfolgt in der Quelle den Betrag in Candela aufweist. Von diesen Candelawert aus kann dann jeder Lux-Wert in der gewünschten Entfernung berechnet werden.

Die Lichtstärke ist von Ort und Entfernung unabhängig. Zusammen mit der Lichtstärke-Verteilungskurve ist Sie die Arbeitsgrundlage für die Projektierung. Ein Planer sollte zur Abwägung der angebotenen Produkt - Daten die Lichtverteilungskurven mit der Ausschreibung anfordern. Mit dem Entfernungsgesetz kann die Beleuchtungsstärke an jeden Raumpunkt einer Scheinwerferanordnung berechnet werden.

Nebenbei bemerkt, die Einheit lx wird auch in lm/m² oder cd*sr/m² wiedergegeben, die Einheit lm wird auch als cd*sr angegeben, dabei steht cd für Candela (Lichtstärke) und sr als Einheit für den Raumwinkel.

Die Beleuchtungsstärkeverteilung gibt die Ortsabhängigkeit der von einem Scheinwerfer erzeugten Beleuchtungsstärke auf einer Fläche an. Um den Lichtstrahl in der Räumlichen Ausbreitung zu definieren werden die Begriffe Halbwertswinkel (US: Field Angle) und Zehntelstreuwinkel (US: Beam Angle) eingeführt. An den Grenzen dieser Winkel beträgt die Lichtstärke die Hälfte oder ein Zehntel der maximalen Lichtstärke. Als Faustformel kann man sagen bei Verdoppelung des Streuwinkels sinkt die axiale Lichtstärke auf ungefähr ein viertel. So ist z.B. bei 10° eine axialen Lichtstärke von 300.000 cd vorhanden aber bei 11° nur noch 250.000 cd. Beleuchtungsstärkeverteilungskurven werden nach DIN 5037 Blatt 3 und 4 definiert.

Der Durchmesser der Lichtkegels in der Entfernung r mit einem Scheinwerfer mit einem Austritswinkel von X° errechnet sich aus

D = 2 x r x tan (X/2). Durch Umstellen erhält man alle anderen intressierenden Größen.

Nur Vollständigkeit halber wollen wir hier noch die Leuchtdichte L (Candela / m²) erwähnen, obwohl Sie für unsere Betrachtung zur Scheinwerferklassifiezierung eine geringe Rolle spielt. Die Leuchtdichte ist ein Maß für den Helligkeitseindruck, der von einer selbstleuchtenden oder beleuchteten Fläche hervorgerufen wird. Im US Raum wird dabei von Luminance oder Brightness gesprochen.

Die Einheitenbezeichnung dort kann ähnlich der Beleuchtungsstärke je nach Fläche als

Candela pro Quadratmeter (cd/m²)

Candela per squere inch mit der Fläche in in² oder

Footlambert mit der Fläche 1 foot² oder (1cd/in² = 452 Footlamberts) oder

Lambert mit der Fläche von einem Quadratcentimeter. ( 929 Footlambert = 1 Lambert)

Natürlich mit senkrechten Lichteinfall vorrausgesetzt. Ist der Lichteinfall schräg, so müssen die Formeln wie z.B. um E = I * cos (alpha) / r² erweitert werden.

Quelle: Dedo, Image Broschüre

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Lichtstärkeverteilungskurven werden nach DIN 5037 Blatt 3 und 4 definiert.