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Alles über die Einheit Lichtstärke (Photometrie)

25. September 2019
Patric Domin

Zu den vielen Einheiten, die man an der elektromagnetischen Strahlung namens Licht bestimmen kann, gehört unter anderem die Lichtstärke. Sie wird in Candela angegeben und gibt Auskunft über die Stärke des Lichtstroms in einem bestimmten Abstrahlwinkel. Mehr zur Einheit Lichtstärke (wie man sie definiert, ausrechnet und mit welchen Einheiten man sie nicht verwechseln sollte) erfährst du in diesem Beitrag.

Definition: Lichtstärke einfach erklärt

Die Lichtstärke bezeichnet die Menge an abgegebenem Licht einer Lichtquelle in einem bestimmten Raumwinkel.

Rechnerisch wird dabei der Lichtstrom durch den Winkel (auch Steradiant, abgekürzt sr, genannt) geteilt. Wenn eine Lichtquelle also nach allen Richtungen abstrahlt, kann die Lumenanzahl durch 4π (entspricht dem Raumwinkel einer gesamten Kugeloberfläche) dividiert werden und man erhält die Lichtstärke.

Es wird also ein bestimmter Lichtstrom abgegeben und durch einen mehr oder weniger großen Winkel gebündelt. Die Lichtstärke bezeichnet schließlich die Menge an Licht, die sich innerhalb des Lichtkegels befindet und nimmt dadurch nicht nur auf die insgesamt ausgesandte Menge an Licht Rücksicht, wie das beim Lichtstrom der Fall ist.

Messung der Lichtstärke
Bei der Messung der Lichtstärke wird auch die Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges berücksichtigt.

 

Die Lichtstärke beachtet außerdem nicht, wie viel Licht auf eine bestimmte Fläche trifft. Sie zieht zwar die Richtung und den Winkel in Betracht, den allerdings als Ganzes.

Das bedeutet, dass man nicht in einem bestimmten Abstand auf einer bestimmten Fläche misst, sondern das gesamte Licht innerhalb des Kegels annimmt.

Während das Licht also je nach Entfernung zur Quelle gestreut wird und damit an Intensität verliert, bleibt die Lichtstärke immer gleich.

Dennoch wird bei der Messung der physiologische Aspekt, also die Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges, nicht außenvorgelassen.

Würde man beispielsweise die Lichtstärke einer Infrarotlampe messen wollen, wäre das Ergebnis immer 0, da Infrarotstrahlung für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.




Einheit der Lichtstärke: Candela (cd)

Die Einheit, mit der die Lichtstärke angegeben wird, heißt Candela (abgekürzt: cd). Damit du dir in etwa vorstellen kannst, wie hell 1 cd ist, haben wir in folgender Tabelle einige Vergleichsgrößen angeführt.

LichtquelleCandela
Glühwürmchen10 Mikrocandela (mcd)
Kerze1 cd
Glühlampe (60 W)58 cd
Quecksilberdampflampe (125 W)430 cd
Kfz-Fernlicht225 kcd (Kilocandela)

Da „Candela“ lateinisch für „Kerze“ steht, ist nicht weiter verwunderlich, dass eine Kerze in etwa als Richtwert bzw. als 1 Candela angenommen wird. In der Praxis gibt es selbstverständlich noch genauerer Methoden, um den Richtwert herauszufinden.

Lichtstärke (Candela) in Bezug auf Pflanzenbeleuchtung

Wenn du dich nach Pflanzenbeleuchtung umsiehst, wirst du kaum ein Modell finden, bei dem eine Candelaangabe aufgeführt wird. Diese Größe ist nämlich für die Wirksamkeit der Leuchte, in Bezug auf das Wachstum der Pflanze, wenig aussagekräftig. Sie berücksichtigt nämlich weder die Frequenz des Lichts noch die Dichte auf einer bestimmten Fläche.

Lichtstärke messen

Die Lichtstärke kann man nicht direkt messen, aber dafür sehr einfach berechnen, wenn man zuvor den Lichtstrom ermittelt hat. Diesen misst man mithilfe einer sogenannten Ulbricht’schen Kugel, in der das Leuchtmittel platziert wird. Der so eruierte Wert kann anschließend durch den Abstrahlwinkel geteilt werden und ergibt so die Lichtstärke (Candela).

Nicht zu verwechseln mit …

Achtung: Verwechslungsgefahr! An Licht kann man ganz schön viel herummessen und bestimmen. Daher gibt es nicht gerade wenig Lichtmesswerte, die man am Licht bestimmen kann. Damit du einen Überblick über die verschiedenen Messeinheiten bekommst, die es neben der Lichtstärke noch so gibt, gehen wir hier einige von ihnen durch.

BezeichnungName der EinheitSymbol
LichtstromLumenlm (= cd * sr)
BeleuchtungsstärkeLuxlx (= lm / m2)
LeuchtdichteCandela pro m2cd / m2
LichtmengeLumensekundelm * s
LichtausbeuteLumen pro Wattlm / W

… dem Lichtstrom (Einheit: Lumen)

Im Gegensatz zur Lichtstärke bezeichnet der Lichtstrom die Menge an Licht, die die Lichtquelle aussendet. Er ergießt sich in alle möglichen Richtungen und sein Wert ändert sich nicht mit einer Bündelung des Lichts.

Das bedeutet, dass, selbst wenn das abgestrahlte Licht einer Lampe durch einen sehr engen Schirm zu einem Lichtkegel konzentriert wird, ändert das nichts an der Lumenanzahl der Lichtquelle, obwohl das Licht dann vielleicht heller erscheint.

Wenn der Candelawert der Quotient aus Lumen und Winkel ist, ist der Lichtstrom, also die Lumenzahl, das Produkt aus Candela und Winkel (Steradiant, sr). Die Lumenzahl kann also aus cd * sr berechnet werden.

… der Beleuchtungsstärke (Einheit: Lux)

Die Beleuchtungsstärke, oder auch Lichtstromdichte, bezieht sich auf den Lichtstrom, der auf eine bestimmte Fläche trifft. Ihre Einheit ist Lux, abgekürzt auch „lx“, und kann als Lumen pro Quadratmeter errechnet werden. Man bezieht hier den Abstrahlwinkel indirekt mit ein – nur diesmal zählt im Gegensatz zur Lichtstärke auch der Abstand zur Lichtquelle.

Alte Beleuchtungsstärkeeinheiten, die von Lux verdrängt wurden, waren Nox (nx) und Phot (ph). Im nordamerikanischen Raum wird außerdem noch die Einheit Foot-candle (fc) verwendet, welche die Lichtstärke auf einen Quadratfuß angibt.

… der Leuchtdichte (Einheit: Candela pro Quadratmeter)

Was im angloamerikanischen Maßsystem die Foot-candle ist und die Beleuchtungsstärke angibt, ist in unseren Breiten die Leuchtdichte. Hier werden die Candelawerte auf eine bestimmte Fläche aufgerechnet. Damit kann die Intensität des Lichts berücksichtigt werden.

Diese Messgröße hat die direkteste Aussagekraft über die Wahrnehmung des Lichts, da alle Parameter miteinbezogen werden, die die wahrnehmbare Helligkeit des abgestrahlten Lichts beeinflussen könnten.

Außerdem wird berücksichtigt, dass eine Lichtquelle nicht an allen Punkten exakt gleich viel Lichtstrahlung abgibt. Die Lichtstärke ist dabei sozusagen die Summe aller Leuchtdichten, da sie das gesamte, in eine bestimmte Richtung abgestrahlte, Licht bezeichnet.

… der Farbtemperatur (Einheit: Kelvin)

Lichtstärke und Farbtemperatur
Bei der Farbtemperatur spielt die Strahlung eine Rolle.

 

Die Farbtemperatur sticht im Rahmen dieser Aufzählung etwas heraus, denn sie beschäftigt sich eher mit der Frequenz und Wellenlänge, also dem Spektrum, der Strahlung als mit ihrer Intensität.

Die Kelvinanzahl einer Lichtquelle gibt an, welchen Farbton das Licht hat.

Wenn man beispielsweise das Sonnenlicht bei Sonnenaufgang mit jenem zu Mittag vergleicht, wird man merken, dass es einmal etwas wärmer (also in Orangetönen) und einmal etwas kälter (also eher in Blautönen) leuchtet.

Ebenso verhält es sich bei Unterschieden zwischen den verschiedenen künstlichen Leuchtmitteln. Ihr Farbton und damit ihr Kelvinwert lassen sich mithilfe eines Spektrometers messen.



Zusammenfassung: Einheit Lichtstärke – gebündelter Lichtstrom

Kurz und bündig zusammengefasst ist die Lichtstärke also die Menge an abgestrahltem Licht in einem bestimmten Lichtkegel. Die abgestrahlte Lichtmenge (= Lichtstrom, in Lumen angegeben) wird durch die Richtung (= Steradiant, sr) geteilt. Wir erfahren dadurch „wie viel Licht“ sich in diesem Lichtkegel befindet. Die Candela-Anzahl gibt allerdings nicht unbedingt eine Auskunft über die Helligkeit des Lichts.

Zur Erinnerung: In der Pflanzenbeleuchtung wird diese Einheit so gut wie nie eingesetzt, da sie keine Auskunft über die Nützlichkeit des Lichts für die Pflanze gibt. Dafür ist die Photonenflussdichte (PPFD) definitiv besser geeignet.

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