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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.
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: Beam Angle) und
Zehntelstreuwinkel (US: Field 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
Lichtstärke-verteilungskurven werden nach
DIN 5037
Blatt 3 und 4 definiert.
Beleuchtungsstärke
Lichtstärke
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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.