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Lichtausbeute Physikalische GrößeName Formelzeichen η η v displaystyle eta eta mathrm v Größen undEinheitensystem Einhei

Lichtausbeute

Die Lichtausbeute einer Lampe ist der Quotient aus dem von der Lampe abgegebenen Lichtstrom und der von ihr aufgenommenen Leistung . Ihre SI-Einheit ist Lumen durch Watt (lm/W).

Je größer ihr Wert ist, desto größer ist der für das Auge nutzbare Lichtstrom bei gegebener Leistungsaufnahme der Lampe.

Definition Bearbeiten

Die Lichtausbeute einer Lampe setzt sich aus zwei Faktoren zusammen: der Strahlungsausbeute der Lampe (Anteil der aufgenommenen Leistung, der als Strahlung abgegeben wird) und dem photometrischen Strahlungsäquivalent der abgegebenen Strahlung (Empfindlichkeit des Auges für diese Strahlung):

Der englische Begriff luminous efficacy kann je nach Kontext (luminous efficacy of radiation) oder (overall luminous efficacy, luminous efficacy of a light source) bezeichnen.

Strahlungsausbeute Bearbeiten

Die Strahlungsausbeute (englisch radiant efficiency) einer Lichtquelle ist der Quotient aus der von der Lichtquelle abgegebenen Strahlungsleistung und der aufgenommenen (in der Regel elektrischen) Leistung :

Je größer diese Zahl ist, umso größer ist derjenige Anteil der aufgenommenen Leistung, der als elektromagnetische Strahlung abgegeben wird. Meist liegt nur ein Teil der abgegebenen Strahlungsleistung im sichtbaren Spektralbereich und ist damit für das Auge als „Licht“ nutzbar.

Photometrisches Strahlungsäquivalent Bearbeiten

Das menschliche Auge ist je nach Wellenlänge des Lichts unterschiedlich empfindlich. Um zu beschreiben, inwieweit elektromagnetische Strahlung als sichtbares Licht nutzbar ist, multipliziert man die in Watt gemessene Strahlungsleistung mit einem Faktor , der die Empfindlichkeit des Auges beschreibt und stark von der Wellenlänge abhängig ist. Dieser Faktor ist das photometrische Strahlungsäquivalent. Das Ergebnis ist der Lichtstrom , der in der SI-Einheit Lumen angegeben wird:

Je größer K ist, desto größer ist der für das Auge nutzbare Lichtstrom bei gegebener Strahlungsleistung einer Lichtquelle. Für grünes Licht der Wellenlänge 555 nm ist das Auge am empfindlichsten; K hat für monochromatisches Licht dieser Wellenlänge seinen maximal möglichen Wert 683 lm/W. Gewöhnlich ist Licht aber ein Gemisch von elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängen. K ist dann das gewichtete Mittel („Durchschnitt“) des photometrischen Strahlungsäquivalents der einzelnen Wellenlängen.

Lichtausbeute einiger Leuchtmittel Bearbeiten

Strahlungsleistung eines Planckschen Strahlers bei ver­schie­denen Temperaturen. Ein großer Teil der ab­ge­gebenen Strahlung liegt außer­halb des sicht­baren Spektral­bereichs

Eine Glühlampe setzt die aufgenommene elektrische Leistung fast vollständig in elektromagnetische Strahlung um (). Näherungsweise lässt sie sich als Planckscher Strahler betrachten. Bei diesem hängt das photometrische Strahlungsäquivalent stark von der Temperatur des Strahlers ab. Erst mit beginnender Rotglut wird ein Teil der Ausstrahlung als sichtbares Licht wahrgenommen, liegt jedoch noch bei den roten Wellenlängen, für die das Auge wenig empfindlich ist. Bei einer Temperatur von 2800 K (der Fadentemperatur einer Glühlampe entsprechend) hat der Plancksche Strahler ein Strahlungsäquivalent von 15 lm/W, wobei 6 % der Strahlung im sichtbaren Bereich von 400 bis 700 nm ausgestrahlt werden. Bei einer Temperatur von 6640 K erreicht der Plancksche Strahler mit 96,1 lm/W das für Plancksche Strahlung maximal mögliche photometrische Strahlungsäquivalent.

Glühdrahttemperatur (obere Kurve) und relative Lichtausbeute (untere Kurve) einer Glühlampe 12V/60 W in Abhängigkeit von der Betriebsspannung. Die Lichtausbeute wird bei einer 20-prozentigen Erhöhung der Betriebsspannung etwa verdoppelt, die Lebensdauer verringert sich jedoch drastisch.

Da der größte Teil der abgegebenen Strahlung außerhalb das sichtbaren Spektralbereichs liegt, weisen thermische Strahler generell nur ein geringes photometrisches Strahlungsäquivalent auf und erreichen trotz der hohen Strahlungsausbeute nur eine geringe Lichtausbeute. Die Lichtausbeute lässt sich durch höhere Temperaturen steigern, für diesen Vorteil muss man jedoch andere Nachteile in Kauf nehmen. Bei Glühlampen beispielsweise führt eine Erhöhung der Betriebsspannung um 1 % zu einer Erhöhung der Leistung um 1,5 bis 1,6 % und des Lichtstroms um 3,4 bis 4 % (also zu einer besseren Lichtausbeute), aber auch zu einer Verminderung der Lebensdauer um 12 bis 16 %. Eine Überspannung von etwa 10 % reduziert die Lebensdauer auf etwa 50 %.

Bei manchen kurzzeitig betriebenen Glühlampen nimmt man eine deutlich verkürzte Lebensdauer in Kauf, um eine möglichst hohe Lichtausbeute zu erreichen. Während eine normale Allgebrauchsglühlampe (100 W) etwa 14 lm/W bei 1000 Stunden Lebensdauer erreicht, erzielen Kinoprojektionslampen 27 lm/W, haben aber nur eine Lebensdauer von 100 Stunden. Schmalfilmlampen erreichen 27,7 lm/W, ihre Lebensdauer ist jedoch auf 25 Stunden begrenzt. Eine Obergrenze der mit Glühlampen erreichbaren Lichtausbeute liegt bei etwa 40 lm/W.

Lichtquellen wie Leuchtstofflampen oder LED-Lampen erreichen wegen der notwendigen verlustbehafteten Vorschaltelektronik sowie der Lichterzeugungs-, Wandlungs- und internen Absorptionsverluste deutlich geringere Strahlungsausbeuten. Sie geben einen Großteil der erzeugten Strahlung jedoch im sichtbaren Bereich ab und erzielen daher wesentlich bessere Lichtausbeuten als Glühlampen.

Die höchsten Lichtausbeuten werden mit Leuchtdioden (120 lm/W, 120 lm/W, 180 lm/W), Leuchtstofflampen (etwa 100 lm/W, 110 lm/W) sowie mit Natriumdampf-Niederdrucklampen (bis 183 lm/W) erzielt. Der Nachteil letzterer ist jedoch ihre schlechte Farbwiedergabe.

Zur Orientierung beim Kauf von Leuchtmitteln gibt die Energieeffizienzklasse des EU-Energielabels Auskunft über die jeweilige Lichtausbeute von Glühlampen, Leuchtstofflampen, Halogenlampen. Die Energieeffizienzklasse A steht hierbei für Produkte mit hoher Lichtausbeute.

Lampentyp Lichtausbeute Leistungsaufnahme
für 700 Lumen
Glühlampe 10 bis 030 lm/W 60 W
Kompaktleuchtstofflampe 50 bis 080 lm/W 12 W
Quecksilberdampflampe 80 bis 105 lm/W 7 W
LED-Lampe 60 bis 150 lm/W 03-8 W

Eine umfangreiche Tabelle mit der Lichtausbeute gibt es im Artikel Lichtquelle.

Anmerkungen Bearbeiten

  1. Bei sehr geringer Helligkeit hat das Auge eine andere Empfindlichkeitskurve. Das photometrische Strahlungsäquivalent für Nachtsehen wird mit K′ bezeichnet.
  2. Der willkürlich festgelegte Zahlenwert 683 lm/W ergibt sich aus der Definition der Einheit „Lumen“ von 1979. Er wurde so gewählt, damit die photometrischen Maßeinheiten möglichst genau ihrer bis 1979 gültigen Definition entsprachen.

Siehe auch Bearbeiten

Lichtausbeute der EU-Energieeffizienzklassen für Leuchtmittel

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ International Electrotechnical Commission (IEC): International Electrotechnical Vocabulary, ref. 845-21-089, Luminous efficacy (of a light source) – Lichtausbeute (einer Quelle) (abgerufen am 29. März 2021)
  2. International Electrotechnical Commission (IEC): International Electrotechnical Vocabulary, ref. 845-21-090, Luminous efficacy of radiation (for a specified photometric condition) – Photometrisches Strahlungsäquivalent (für eine spezifizierte photometrische Bedingung) (abgerufen am 30. März 2021)
  3. International Electrotechnical Commission (IEC): International Electrotechnical Vocabulary, ref. 845-21-087, Radiant efficiency (of a source of radiation) – Strahlungsausbeute (einer Strahlungsquelle) (abgerufen am 29. März 2021)
  4. ↑ T.W. Murphy, Jr.: Maximum Spectral Luminous Efficacy of White Light. Journal of Applied Physics 111 (2012), 104909 doi:10.1063/1.4721897
  5. ↑ H.-J. Hentschel: Licht und Beleuchtung – Theorie und Praxis der Lichttechnik. 4. Aufl., Hüthig Buch, Heidelberg 1994, ISBN 3-7785-2184-5, S. 129
  6. H.-J. Hentschel: Licht und Beleuchtung – Theorie und Praxis der Lichttechnik. 4. Aufl., Hüthig Buch, Heidelberg 1994, ISBN 3-7785-2184-5, S. 128
  7. ↑ Effizienz und Lichtausbeute von LED’s, Information der Firma Schweizer Licht Gesellschaft, abgerufen am 5. Dez. 2020
  8. https://www.cree.com/led-components/media/documents/LEDModules_LMH2.pdf Mitteilung der Fa. Cree Inc.: LMH2+ LED-Module family data sheet, abgerufen am 6. Dez. 2020
  9. ↑ [1] Mitteilung des Zentralverbandes Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. zur Lichtausbeute traditioneller Lichtquellen, abgerufen am 6. Dez. 2020
  10. http://elektro-wissen.de/Elektrotechnik/Natriumdampflampen.php Stefan Schmid-Gaiser: Informationen zu Natriumdampflampen, abgerufen am 5. Dez. 2020
  11. Philips Datasheet MASTERColour CDM-T 250W/942 G12 1CT/12
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Physikalische GrosseName LichtausbeuteFormelzeichen h h v displaystyle eta eta mathrm v Grossen undEinheitensystem Einheit DimensionSI lm W 1 M 1 L 2 T3 JDie Lichtausbeute h v displaystyle eta mathrm v einer Lampe ist der Quotient aus dem von der Lampe abgegebenen Lichtstrom F v displaystyle Phi mathrm v und der von ihr aufgenommenen Leistung P displaystyle P 1 Ihre SI Einheit ist Lumen durch Watt lm W h v F v P displaystyle eta mathrm v frac Phi mathrm v P Je grosser ihr Wert ist desto grosser ist der fur das Auge nutzbare Lichtstrom bei gegebener Leistungsaufnahme der Lampe Inhaltsverzeichnis 1 Definition 1 1 Strahlungsausbeute 1 2 Photometrisches Strahlungsaquivalent 2 Lichtausbeute einiger Leuchtmittel 3 Anmerkungen 4 Siehe auch 5 EinzelnachweiseDefinition BearbeitenDie Lichtausbeute einer Lampe setzt sich aus zwei Faktoren zusammen der Strahlungsausbeute h e displaystyle eta mathrm e nbsp der Lampe Anteil der aufgenommenen Leistung der als Strahlung abgegeben wird und dem photometrischen Strahlungsaquivalent K displaystyle K nbsp der abgegebenen Strahlung Empfindlichkeit des Auges fur diese Strahlung h v h e K F e P F v F e displaystyle eta mathrm v eta mathrm e cdot K frac Phi mathrm e P cdot frac Phi mathrm v Phi mathrm e nbsp Der englische Begriff luminous efficacy kann je nach Kontext K displaystyle K nbsp luminous efficacy of radiation 2 oder h v displaystyle eta mathrm v nbsp overall luminous efficacy luminous efficacy of a light source 1 bezeichnen Strahlungsausbeute Bearbeiten Die Strahlungsausbeute h e displaystyle eta mathrm e nbsp englisch radiant efficiency einer Lichtquelle ist der Quotient aus der von der Lichtquelle abgegebenen Strahlungsleistung F e displaystyle Phi mathrm e nbsp und der aufgenommenen in der Regel elektrischen Leistung P displaystyle P nbsp 3 h e F e P displaystyle eta mathrm e frac Phi mathrm e P nbsp Je grosser diese Zahl ist umso grosser ist derjenige Anteil der aufgenommenen Leistung der als elektromagnetische Strahlung abgegeben wird Meist liegt nur ein Teil der abgegebenen Strahlungsleistung im sichtbaren Spektralbereich und ist damit fur das Auge als Licht nutzbar Photometrisches Strahlungsaquivalent Bearbeiten Hauptartikel Photometrisches Strahlungsaquivalent Das menschliche Auge ist je nach Wellenlange des Lichts unterschiedlich empfindlich Um zu beschreiben inwieweit elektromagnetische Strahlung als sichtbares Licht nutzbar ist multipliziert man die in Watt gemessene Strahlungsleistung F e textstyle Phi mathrm e nbsp mit einem Faktor K textstyle K nbsp der die Empfindlichkeit des Auges beschreibt und stark von der Wellenlange l textstyle lambda nbsp abhangig ist Anm 1 Dieser Faktor ist das photometrische Strahlungsaquivalent Das Ergebnis ist der Lichtstrom F v displaystyle Phi mathrm v nbsp der in der SI Einheit Lumen angegeben wird F v K F e displaystyle Phi mathrm v K cdot Phi mathrm e nbsp Je grosser K ist desto grosser ist der fur das Auge nutzbare Lichtstrom bei gegebener Strahlungsleistung einer Lichtquelle Fur grunes Licht der Wellenlange 555 nm ist das Auge am empfindlichsten K hat fur monochromatisches Licht dieser Wellenlange seinen maximal moglichen Wert 683 lm W Anm 2 Gewohnlich ist Licht aber ein Gemisch von elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlangen K ist dann das gewichtete Mittel Durchschnitt des photometrischen Strahlungsaquivalents der einzelnen Wellenlangen Lichtausbeute einiger Leuchtmittel Bearbeiten nbsp Strahlungsleistung eines Planckschen Strahlers bei ver schie denen Temperaturen Ein grosser Teil der ab ge gebenen Strahlung liegt ausser halb des sicht baren Spektral bereichsEine Gluhlampe setzt die aufgenommene elektrische Leistung fast vollstandig in elektromagnetische Strahlung um h e 1 displaystyle eta mathrm e approx 1 nbsp Naherungsweise lasst sie sich als Planckscher Strahler betrachten Bei diesem hangt das photometrische Strahlungsaquivalent stark von der Temperatur des Strahlers ab Erst mit beginnender Rotglut wird ein Teil der Ausstrahlung als sichtbares Licht wahrgenommen liegt jedoch noch bei den roten Wellenlangen fur die das Auge wenig empfindlich ist Bei einer Temperatur von 2800 K der Fadentemperatur einer Gluhlampe entsprechend hat der Plancksche Strahler ein Strahlungsaquivalent von 15 lm W wobei 6 der Strahlung im sichtbaren Bereich von 400 bis 700 nm ausgestrahlt werden 4 Bei einer Temperatur von 6640 K erreicht der Plancksche Strahler mit 96 1 lm W das fur Plancksche Strahlung maximal mogliche photometrische Strahlungsaquivalent 4 nbsp Gluhdrahttemperatur obere Kurve und relative Lichtausbeute untere Kurve einer Gluhlampe 12V 60 W in Abhangigkeit von der Betriebsspannung Die Lichtausbeute wird bei einer 20 prozentigen Erhohung der Betriebsspannung etwa verdoppelt die Lebensdauer verringert sich jedoch drastisch Da der grosste Teil der abgegebenen Strahlung ausserhalb das sichtbaren Spektralbereichs liegt weisen thermische Strahler generell nur ein geringes photometrisches Strahlungsaquivalent auf und erreichen trotz der hohen Strahlungsausbeute nur eine geringe Lichtausbeute Die Lichtausbeute lasst sich durch hohere Temperaturen steigern fur diesen Vorteil muss man jedoch andere Nachteile in Kauf nehmen Bei Gluhlampen beispielsweise fuhrt eine Erhohung der Betriebsspannung um 1 zu einer Erhohung der Leistung um 1 5 bis 1 6 und des Lichtstroms um 3 4 bis 4 also zu einer besseren Lichtausbeute aber auch zu einer Verminderung der Lebensdauer um 12 bis 16 5 Eine Uberspannung von etwa 10 reduziert die Lebensdauer auf etwa 50 5 Bei manchen kurzzeitig betriebenen Gluhlampen nimmt man eine deutlich verkurzte Lebensdauer in Kauf um eine moglichst hohe Lichtausbeute zu erreichen Wahrend eine normale Allgebrauchsgluhlampe 100 W etwa 14 lm W bei 1000 Stunden Lebensdauer erreicht 6 erzielen Kinoprojektionslampen 27 lm W haben aber nur eine Lebensdauer von 100 Stunden 5 Schmalfilmlampen erreichen 27 7 lm W ihre Lebensdauer ist jedoch auf 25 Stunden begrenzt 5 Eine Obergrenze der mit Gluhlampen erreichbaren Lichtausbeute liegt bei etwa 40 lm W 5 Lichtquellen wie Leuchtstofflampen oder LED Lampen erreichen wegen der notwendigen verlustbehafteten Vorschaltelektronik sowie der Lichterzeugungs Wandlungs und internen Absorptionsverluste deutlich geringere Strahlungsausbeuten Sie geben einen Grossteil der erzeugten Strahlung jedoch im sichtbaren Bereich ab und erzielen daher wesentlich bessere Lichtausbeuten als Gluhlampen Die hochsten Lichtausbeuten werden mit Leuchtdioden 120 lm W 7 120 lm W 8 180 lm W 9 Leuchtstofflampen etwa 100 lm W 7 110 lm W 9 sowie mit Natriumdampf Niederdrucklampen bis 183 lm W 10 erzielt Der Nachteil letzterer ist jedoch ihre schlechte Farbwiedergabe Zur Orientierung beim Kauf von Leuchtmitteln gibt die Energieeffizienzklasse des EU Energielabels Auskunft uber die jeweilige Lichtausbeute von Gluhlampen Leuchtstofflampen Halogenlampen Die Energieeffizienzklasse A steht hierbei fur Produkte mit hoher Lichtausbeute Lampentyp Lichtausbeute Leistungsaufnahmefur 700 LumenGluhlampe 10 bis 0 30 lm W 60 WKompaktleuchtstofflampe 50 bis 0 80 lm W 12 WQuecksilberdampflampe 80 bis 105 lm W 11 7 WLED Lampe 60 bis 150 lm W 0 3 8 WEine umfangreiche Tabelle mit der Lichtausbeute gibt es im Artikel Lichtquelle Anmerkungen Bearbeiten Bei sehr geringer Helligkeit hat das Auge eine andere Empfindlichkeitskurve Das photometrische Strahlungsaquivalent fur Nachtsehen wird mit K bezeichnet Der willkurlich festgelegte Zahlenwert 683 lm W ergibt sich aus der Definition der Einheit Lumen von 1979 Er wurde so gewahlt damit die photometrischen Masseinheiten moglichst genau ihrer bis 1979 gultigen Definition entsprachen Siehe auch BearbeitenLichtausbeute der EU Energieeffizienzklassen fur LeuchtmittelEinzelnachweise Bearbeiten a b International Electrotechnical Commission IEC International Electrotechnical Vocabulary ref 845 21 089 Luminous efficacy of a light source Lichtausbeute einer Quelle abgerufen am 29 Marz 2021 International 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Dez 2020 https www cree com led components media documents LEDModules LMH2 pdf Mitteilung der Fa Cree Inc LMH2 LED Module family data sheet abgerufen am 6 Dez 2020 a b 1 Mitteilung des Zentralverbandes Elektrotechnik und Elektronikindustrie e V zur Lichtausbeute traditioneller Lichtquellen abgerufen am 6 Dez 2020 http elektro wissen de Elektrotechnik Natriumdampflampen php Stefan Schmid Gaiser Informationen zu Natriumdampflampen abgerufen am 5 Dez 2020 Philips Datasheet MASTERColour CDM T 250W 942 G12 1CT 12 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Lichtausbeute amp oldid 238403082