www.wikidata.de-de.nina.az

Photometrische Größen und Einheiten beschreiben sichtbares Licht entsprechend der physiologischen Helligkeitsempfindung

Photometrische Größen und Einheiten

Photometrische Größen und Einheiten beschreiben sichtbares Licht entsprechend der physiologischen Helligkeitsempfindung des menschlichen Auges. Damit unterscheidet sich die Photometrie von der Radiometrie, die elektromagnetische Strahlung allein nach ihrer physikalischen Leistung oder Energie, also unabhängig von der Physiologie, bewertet. Ist eine radiometrische Größe gegeben, kann die entsprechende photometrische Größe ermittelt werden, indem die radiometrische Größe Wellenlänge für Wellenlänge mit der Hellempfindlichkeitskurve des menschlichen Auges gewichtet wird.

Lichtstrom Bearbeiten

Der Lichtstrom gibt an, wie viel sichtbares Licht pro Zeitspanne eine Lichtquelle abgibt bzw. ein beleuchtetes Objekt empfängt.

Er entspricht der Strahlungsleistung (Strahlungsfluss) der elektromagnetischen Strahlung (gemessen in Watt), gewichtet mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges. Diese Lichtempfindlichkeit ist stark von der Wellenlänge der Strahlung abhängig; sie hat bei grünem Licht von λ = 555 nm ihr Maximum. Der Umrechnungsfaktor von Strahlungsleistung in Lichtstrom ist das photometrische Strahlungsäquivalent . Der Lichtstrom ergibt sich aus der Strahlungsleistung gemäß

Für den Lichtstrom wird im internationalen Einheitensystem (SI) eine eigene Maßeinheit verwendet, das Lumen (lm) und nicht das Watt, um zu verdeutlichen, dass es sich hier nicht um eine objektive, physikalische, sondern um eine empirische, photobiologische Größe handelt.

Lichtstärke Bearbeiten

Die Lichtstärke beschreibt den Lichtstrom, der von der gesamten Lichtquelle in eine bestimmte Richtung abgegeben wird. Sie ist definiert als Lichtstrom pro Element des Raumwinkels

Sie wird in der SI-Einheit Candela (1 cd = 1 lm/sr) angegeben. Eine Lichtquelle, die den Lichtstrom isotrop abstrahlt, also gleichmäßig in den vollen Raumwinkel , hat demnach eine Lichtstärke von . Wenn der Lichtstrom in einem kleineren Raumwinkel gebündelt ist, beispielsweise bei einem Scheinwerfer, ist die Lichtstärke in diese Richtung entsprechend größer.

Beleuchtungsstärke Bearbeiten

Die Beleuchtungsstärke ist eine empfängerseitige Größe. Sie beschreibt die Flächendichte des Lichtstroms, der auf die beleuchtete Fläche fällt – beispielsweise die Ausleuchtung eines Arbeitsplatzes oder einer Kinoleinwand. Sie ist definiert als Lichtstrom durch Flächenelement auf der Empfängerseite:

Daraus folgt das photometrische Entfernungsgesetz, nach dem die Beleuchtungsstärke mit dem Quadrat des Abstands von der Lichtquelle abnimmt:

Die Beleuchtungsstärke wird in der SI-Einheit Lux (1 lx = 1 lm/m2) angegeben.

Spezifische Lichtausstrahlung Bearbeiten

Die spezifische Lichtausstrahlung ist die Flächendichte des Lichtstroms auf Seite des Senders. Sie macht eine Aussage darüber, welcher Lichtstrom von einem gegebenen Teil der Lichtquellenfläche in alle Richtungen abgestrahlt wird:

Sie wird, wie die Beleuchtungsstärke, in der SI-Einheit lm/m2 angegeben. Der Name „Lux“ darf in diesem Zusammenhang nicht verwendet werden.

Leuchtdichte Bearbeiten

Die Definition der Leuchtdichte entspricht im Wesentlichen jener der Lichtstärke. Während die in eine bestimmte Richtung gerichtete Lichtstärke jedoch alle von der Lichtquelle in diese Richtung gesandten Lichtstrahlen umfasst, berücksichtigt die Leuchtdichte nur die von einem bestimmten Flächenelement in diese Richtung ausgesandten Strahlen.

Die Leuchtdichte ist definiert als der Quotient aus dem durch die Fläche in der Richtung tretenden (oder auftreffenden) Lichtstrom und dem Produkt aus dem durchstrahlten Raumwinkel und der Projektion der Fläche auf eine Ebene senkrecht zur Ausstrahlrichtung:

Für einen diffusen Strahler (Lambert-Strahler) ist die Leuchtdichte in alle Richtungen gleich. Bei Abstrahlung in den gesamten Halbraum gilt dann: .

Die Leuchtdichte bestimmt den Helligkeitseindruck, den das Auge von der betrachteten Fläche gewinnt. Eine sehr kleine, nahezu punktförmige Lichtquelle erscheint „gleißender“ als eine flächige Lichtquelle, die denselben Lichtstrom abgibt.

Ebenso wie die Lichtstärke bleibt auch die Leuchtdichte auf dem Weg vom Sender zum Empfänger konstant. Ist also die von Punkt A in Richtung Punkt B ausgesandte Leuchtdichte bekannt, dann kennt man damit auch die bei B aus Richtung von A eintreffende Leuchtdichte. Für Details hierzu siehe die Erläuterungen zum photometrischen Grundgesetz.

Die SI-Einheit der Leuchtdichte ist cd/m2.

Lichtmenge Bearbeiten

Die Lichtmenge ist die mit der Hellempfindlichkeitskurve gewichtete elektromagnetische Strahlungsenergie , die in einem bestimmten Zeitraum von einer Lichtquelle abgegeben bzw. von einem Objekt aufgenommen wurde. Sie ist daher gleich dem Lichtstrom aufsummiert (integriert) über das betrachtete Zeitintervall :

Die Lichtmenge wird in Lumensekunden (lm·s) angegeben.

Belichtung Bearbeiten

Die Belichtung beschreibt die Flächendichte der gesamten Lichtmenge, die während einer gegebenen Beleuchtungsdauer (oder: Belichtungszeit) auf die beleuchtete Fläche gefallen ist. Sie ist beispielsweise ausschlaggebend dafür, wie stark ein photographischer Film an der belichteten Stelle geschwärzt wird: Eine halbierte Beleuchtungsstärke kann durch Verdoppelung der Belichtungszeit ausgeglichen werden.

Die Belichtung ist definiert als das Produkt aus der Beleuchtungsstärke und der Dauer des Beleuchtungsvorgangs:

Sie wird in der SI-Einheit Luxsekunde (lx·s) angegeben.

Zusammenhang mit radiometrischen Größen Bearbeiten

Die folgende Tabelle stellt die radiometrischen Größen und die entsprechenden photometrischen Größen gegenüber:

radiometrische Größe Symbol⁠a) SI-Einheit Beschreibung photometrische Entsprechung⁠b) Symbol SI-Einheit
Strahlungs­fluss
Strahlungs­leistung, radiant flux, radiant power 		W
(Watt) 		Strahlungsenergie durch Zeit Lichtstrom
luminous flux 		lm
(Lumen)
Strahl­stärke
Strahlungs­stärke, radiant intensity 		W/sr Strahlungsfluss durch Raumwinkel Lichtstärke
luminous intensity 		cd = lm/sr
(Candela)
Bestrahlungs­stärke
irradiance 		W/m2 Strahlungsfluss durch Empfänger­fläche Beleuchtungs­stärke
illuminance 		lx = lm/m2
(Lux)
Spezifische Ausstrahlung
Ausstrahlungs­strom­dichte, radiant exitance 		W/m2 Strahlungsfluss durch Sender­fläche Spezifische Lichtausstrahlung
luminous exitance 		lm/m2
Strahldichte
Strahlungsdichte, Radianz, radiance 		W/m2sr Strahlstärke durch effektive Senderfläche Leuchtdichte
luminance 		cd/m2
Strahlungs­energie
Strahlungsmenge, radiant energy 		J
(Joule) 		durch Strahlung übertragene Energie Lichtmenge
luminous energy 		lm·s
Bestrahlung
Einstrahlung, radiant exposure 		J/m2 Strahlungsenergie durch Empfänger­fläche Belichtung
luminous exposure 		lx·s
Strahlungs­ausbeute
radiant efficiency 		1 Strahlungsfluss durch auf­ge­nom­mene (meist elek­trische) Leistung Lichtausbeute
(overall) luminous efficacy 		lm/W
a) 
Der Index „e“ dient zur Abgrenzung von den photo­metrischen Größen. Er kann weggelassen werden.
b) 
Die photometrischen Größen sind die radiometrischen Größen, gewichtet mit dem photo­metrischen Strahlungs­äquivalent K, das die Empfindlich­keit des menschlichen Auges angibt.

Weitere Größen Bearbeiten

Weitere in der Photometrie benutzte Größen sind

Weblinks Bearbeiten

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:
Photometrische Grossen und Einheiten beschreiben sichtbares Licht entsprechend der physiologischen Helligkeitsempfindung des menschlichen Auges Damit unterscheidet sich die Photometrie von der Radiometrie die elektromagnetische Strahlung allein nach ihrer physikalischen Leistung oder Energie also unabhangig von der Physiologie bewertet Ist eine radiometrische Grosse gegeben kann die entsprechende photometrische Grosse ermittelt werden indem die radiometrische Grosse Wellenlange fur Wellenlange mit der Hellempfindlichkeitskurve des menschlichen Auges gewichtet wird Inhaltsverzeichnis 1 Lichtstrom 2 Lichtstarke 3 Beleuchtungsstarke 4 Spezifische Lichtausstrahlung 5 Leuchtdichte 6 Lichtmenge 7 Belichtung 8 Zusammenhang mit radiometrischen Grossen 9 Weitere Grossen 10 WeblinksLichtstrom Bearbeiten Hauptartikel Lichtstrom Der Lichtstrom F v displaystyle Phi mathrm v nbsp gibt an wie viel sichtbares Licht pro Zeitspanne eine Lichtquelle abgibt bzw ein beleuchtetes Objekt empfangt Er entspricht der Strahlungsleistung Strahlungsfluss F e displaystyle Phi mathrm e nbsp der elektromagnetischen Strahlung gemessen in Watt gewichtet mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges Diese Lichtempfindlichkeit ist stark von der Wellenlange l displaystyle lambda nbsp der Strahlung abhangig sie hat bei grunem Licht von l 555 nm ihr Maximum Der Umrechnungsfaktor von Strahlungsleistung in Lichtstrom ist das photometrische Strahlungsaquivalent K l displaystyle K lambda nbsp Der Lichtstrom ergibt sich aus der Strahlungsleistung gemass F v displaystyle Phi mathrm v nbsp displaystyle nbsp K l d F e l d l d l displaystyle int K lambda frac mathrm d Phi mathrm e lambda mathrm d lambda mathrm d lambda nbsp allgemein displaystyle nbsp K l F e displaystyle K lambda cdot Phi mathrm e nbsp fur mono chroma ti sches Licht also nur eine Wellenlange Fur den Lichtstrom wird im internationalen Einheitensystem SI eine eigene Masseinheit verwendet das Lumen lm und nicht das Watt um zu verdeutlichen dass es sich hier nicht um eine objektive physikalische sondern um eine empirische photobiologische Grosse handelt Lichtstarke Bearbeiten Hauptartikel Lichtstarke Photometrie Die Lichtstarke I v displaystyle I mathrm v nbsp beschreibt den Lichtstrom der von der gesamten Lichtquelle in eine bestimmte Richtung abgegeben wird Sie ist definiert als Lichtstrom pro Element des Raumwinkels W displaystyle Omega nbsp I v displaystyle I mathrm v nbsp displaystyle nbsp d F v d W displaystyle frac mathrm d Phi mathrm v mathrm d Omega nbsp allgemein displaystyle nbsp F v W displaystyle frac Phi mathrm v Omega nbsp bei gleichmassiger Abstrahlung in einen Raumwinkel W Sie wird in der SI Einheit Candela 1 cd 1 lm sr angegeben Eine Lichtquelle die den Lichtstrom F v 1 l m displaystyle Phi mathrm v 1 mathrm lm nbsp isotrop abstrahlt also gleichmassig in den vollen Raumwinkel W 4 p s r displaystyle Omega 4 pi mathrm sr nbsp hat demnach eine Lichtstarke von I v 1 4 p c d displaystyle I mathrm v tfrac 1 4 pi mathrm cd nbsp Wenn der Lichtstrom in einem kleineren Raumwinkel gebundelt ist beispielsweise bei einem Scheinwerfer ist die Lichtstarke in diese Richtung entsprechend grosser Beleuchtungsstarke Bearbeiten Hauptartikel Beleuchtungsstarke Die Beleuchtungsstarke E v displaystyle E mathrm v nbsp ist eine empfangerseitige Grosse Sie beschreibt die Flachendichte des Lichtstroms der auf die beleuchtete Flache fallt beispielsweise die Ausleuchtung eines Arbeitsplatzes oder einer Kinoleinwand Sie ist definiert als Lichtstrom durch Flachenelement A displaystyle A nbsp auf der Empfangerseite E v displaystyle E mathrm v nbsp displaystyle nbsp d F v d A displaystyle frac mathrm d Phi mathrm v mathrm d A nbsp allgemein displaystyle nbsp F v A displaystyle frac Phi mathrm v A nbsp bei gleich massiger Verteilung des Lichtstroms uber die beleuchtete Flache Daraus folgt das photometrische Entfernungsgesetz nach dem die Beleuchtungsstarke mit dem Quadrat des Abstands von der Lichtquelle abnimmt E v displaystyle E mathrm v nbsp displaystyle nbsp I v r 2 displaystyle frac I mathrm v r 2 nbsp wenn das Licht senkrecht auf die beleuchtete Flache trifft Die Beleuchtungsstarke wird in der SI Einheit Lux 1 lx 1 lm m2 angegeben Spezifische Lichtausstrahlung Bearbeiten Hauptartikel Spezifische Lichtausstrahlung Die spezifische Lichtausstrahlung M v displaystyle M mathrm v nbsp ist die Flachendichte des Lichtstroms auf Seite des Senders Sie macht eine Aussage daruber welcher Lichtstrom von einem gegebenen Teil der Lichtquellenflache in alle Richtungen abgestrahlt wird M v displaystyle M mathrm v nbsp displaystyle nbsp d F v d A displaystyle frac mathrm d Phi mathrm v mathrm d A nbsp allgemein displaystyle nbsp F v A displaystyle frac Phi mathrm v A nbsp bei gleichmassiger Abstrahlung des Lichtstroms von der Flache der Lichtquelle Sie wird wie die Beleuchtungsstarke in der SI Einheit lm m2 angegeben Der Name Lux darf in diesem Zusammenhang nicht verwendet werden Leuchtdichte Bearbeiten Hauptartikel Leuchtdichte Die Definition der Leuchtdichte L v displaystyle L mathrm v nbsp entspricht im Wesentlichen jener der Lichtstarke Wahrend die in eine bestimmte Richtung gerichtete Lichtstarke jedoch alle von der Lichtquelle in diese Richtung gesandten Lichtstrahlen umfasst berucksichtigt die Leuchtdichte nur die von einem bestimmten Flachenelement in diese Richtung ausgesandten Strahlen Die Leuchtdichte L v displaystyle L mathrm v nbsp ist definiert als der Quotient aus dem durch die Flache A displaystyle A nbsp in der Richtung e displaystyle varepsilon nbsp tretenden oder auftreffenden Lichtstrom F v displaystyle Phi mathrm v nbsp und dem Produkt aus dem durchstrahlten Raumwinkel W displaystyle Omega nbsp und der Projektion A cos e displaystyle A cdot cos varepsilon nbsp der Flache auf eine Ebene senkrecht zur Ausstrahlrichtung L v displaystyle L mathrm v nbsp displaystyle nbsp d I v d A cos e d 2 F v d A cos e d W displaystyle frac mathrm d I mathrm v mathrm d A cos varepsilon frac mathrm d 2 Phi mathrm v mathrm d A cos varepsilon cdot mathrm d Omega nbsp allgemein displaystyle nbsp I v A cos e F v A cos e W displaystyle frac I mathrm v A cos varepsilon frac Phi mathrm v A cos varepsilon cdot Omega nbsp bei gleich massiger Abstrahlung von der Flache der Lichtquelle in einen Raumwinkel Fur einen diffusen Strahler Lambert Strahler ist die Leuchtdichte in alle Richtungen gleich Bei Abstrahlung in den gesamten Halbraum gilt dann M v p L v displaystyle M mathrm v pi L mathrm v nbsp Die Leuchtdichte bestimmt den Helligkeitseindruck den das Auge von der betrachteten Flache gewinnt Eine sehr kleine nahezu punktformige Lichtquelle erscheint gleissender als eine flachige Lichtquelle die denselben Lichtstrom abgibt Ebenso wie die Lichtstarke bleibt auch die Leuchtdichte auf dem Weg vom Sender zum Empfanger konstant Ist also die von Punkt A in Richtung Punkt B ausgesandte Leuchtdichte bekannt dann kennt man damit auch die bei B aus Richtung von A eintreffende Leuchtdichte Fur Details hierzu siehe die Erlauterungen zum photometrischen Grundgesetz Die SI Einheit der Leuchtdichte ist cd m2 Lichtmenge Bearbeiten Hauptartikel Lichtmenge Die Lichtmenge Q v displaystyle Q mathrm v nbsp ist die mit der Hellempfindlichkeitskurve gewichtete elektromagnetische Strahlungsenergie Q e displaystyle Q mathrm e nbsp die in einem bestimmten Zeitraum von einer Lichtquelle abgegeben bzw von einem Objekt aufgenommen wurde Sie ist daher gleich dem Lichtstrom F v displaystyle Phi mathrm v nbsp aufsummiert integriert uber das betrachtete Zeitintervall D t displaystyle Delta t nbsp Q v displaystyle Q mathrm v nbsp displaystyle nbsp D t F v d t displaystyle int Delta t Phi mathrm v cdot mathrm d t nbsp allgemein displaystyle nbsp F v D t displaystyle Phi mathrm v cdot Delta t nbsp bei zeitlich konstantem Lichtstrom Die Lichtmenge wird in Lumensekunden lm s angegeben Belichtung Bearbeiten Hauptartikel Belichtung Physik Die Belichtung H v displaystyle H mathrm v nbsp beschreibt die Flachendichte der gesamten Lichtmenge die wahrend einer gegebenen Beleuchtungsdauer oder Belichtungszeit auf die beleuchtete Flache gefallen ist Sie ist beispielsweise ausschlaggebend dafur wie stark ein photographischer Film an der belichteten Stelle geschwarzt wird Eine halbierte Beleuchtungsstarke kann durch Verdoppelung der Belichtungszeit ausgeglichen werden Die Belichtung H v displaystyle H mathrm v nbsp ist definiert als das Produkt aus der Beleuchtungsstarke E v displaystyle E mathrm v nbsp und der Dauer D t displaystyle Delta t nbsp des Beleuchtungsvorgangs H v displaystyle H mathrm v nbsp displaystyle nbsp D t d F v d A d t D t E v d t displaystyle int Delta t frac mathrm d Phi mathrm v mathrm d A cdot mathrm d t int Delta t E mathrm v cdot mathrm d t nbsp allgemein displaystyle nbsp E v D t displaystyle E mathrm v cdot Delta t nbsp bei zeitlich konstanter Beleuchtung displaystyle nbsp Q v A displaystyle frac Q mathrm v A nbsp bei gleich massiger Belichtung der Flache A Sie wird in der SI Einheit Luxsekunde lx s angegeben Zusammenhang mit radiometrischen Grossen BearbeitenDie folgende Tabelle stellt die radiometrischen Grossen und die entsprechenden photometrischen Grossen gegenuber radiometrische Grosse Symbol a SI Einheit Beschreibung photometrische Entsprechung b Symbol SI EinheitStrahlungs flussStrahlungs leistung radiant flux radiant power F e displaystyle Phi mathrm e nbsp W Watt Strahlungsenergie durch Zeit Lichtstromluminous flux F v displaystyle Phi mathrm v nbsp lm Lumen Strahl starkeStrahlungs starke radiant intensity I e displaystyle I mathrm e nbsp W sr Strahlungsfluss durch Raumwinkel Lichtstarkeluminous intensity I v displaystyle I mathrm v nbsp cd lm sr Candela Bestrahlungs starkeirradiance E e displaystyle E mathrm e nbsp W m2 Strahlungsfluss durch Empfanger flache Beleuchtungs starkeilluminance E v displaystyle E mathrm v nbsp lx lm m2 Lux Spezifische AusstrahlungAusstrahlungs strom dichte radiant exitance M e displaystyle M mathrm e nbsp W m2 Strahlungsfluss durch Sender flache Spezifische Lichtausstrahlungluminous exitance M v displaystyle M mathrm v nbsp lm m2StrahldichteStrahlungsdichte Radianz radiance L e displaystyle L mathrm e nbsp W m2sr Strahlstarke durch effektive Senderflache Leuchtdichteluminance L v displaystyle L mathrm v nbsp cd m2Strahlungs energie Strahlungsmenge radiant energy Q e displaystyle Q mathrm e nbsp J Joule durch Strahlung ubertragene Energie Lichtmengeluminous energy Q v displaystyle Q mathrm v nbsp lm sBestrahlungEinstrahlung radiant exposure H e displaystyle H mathrm e nbsp J m2 Strahlungsenergie durch Empfanger flache Belichtungluminous exposure H v displaystyle H mathrm v nbsp lx sStrahlungs ausbeuteradiant efficiency h e displaystyle eta mathrm e nbsp 1 Strahlungsfluss durch auf ge nom mene meist elek trische Leistung Lichtausbeute overall luminous efficacy h v displaystyle eta mathrm v nbsp lm Wa Der Index e dient zur Abgrenzung von den photo metrischen Grossen Er kann weggelassen werden b Die photometrischen Grossen sind die radiometrischen Grossen gewichtet mit dem photo metrischen Strahlungs aquivalent K das die Empfindlich keit des menschlichen Auges angibt Weitere Grossen BearbeitenWeitere in der Photometrie benutzte Grossen sind Hellempfindlichkeit dimensionslos die V l Kurve Farbtemperatur gemessen in KelvinWeblinks BearbeitenFotometrie Zahlenmassige Beschreibung von Licht mit zahlreichen Abbildungen Sektion 845 Beleuchtung des Internationalen Elektrotechnischen Worterbuchs IEV der International Electrotechnical Commission verfugbar auch auf deutsch ISO 80000 7 2019 mit Namen Symbolen Definitionen und Einheiten optischer und photometrischer Grossen englisch franzosisch Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Photometrische Grossen und Einheiten amp oldid 236050691