{"id":3662,"date":"2018-08-06T11:08:11","date_gmt":"2018-08-06T09:08:11","guid":{"rendered":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/?p=3662"},"modified":"2018-10-11T10:26:22","modified_gmt":"2018-10-11T08:26:22","slug":"5-1-lichttechnische-grundbegriffe","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/5-1-lichttechnische-grundbegriffe\/","title":{"rendered":"5.1 Lichttechnische Grundbegriffe"},"content":{"rendered":"

Unter dem Zwang, Energie zu sparen\u00a0\u2013 nicht nur im Heizungsbereich, sondern auch im Bereich Beleuchtung\u00a0\u2013, r\u00fcckt die optimale Ausnutzung des Tageslichtes in den Vordergrund.<\/p>\n

Die Globalstrahlung der Sonne<\/i>, die einerseits gratis zur Verf\u00fcgung steht und andererseits tags\u00fcber je nach Witterung mehr oder weniger verf\u00fcgbar ist, ist im Spektralbereich von 0,38\u202f\u00b5m bis 0,78\u202f\u00b5m <\/i>f\u00fcr das menschliche Auge erfassbar (\u2192 Tageslicht).<\/p>\n

Die Photometrie <\/i>befasst sich mit der Messung der sichtbaren Strahlung. Dabei interessieren nicht nur die rein physikalischen Gr\u00f6ssen, sondern auch der Sinneseindruck des Lichtes.<\/i> Unter Ber\u00fccksichtigung der Gesetze der geometrischen Optik definiert man aus diesem Grunde sog. physiologische Gr\u00f6ssen<\/i>\u00a0\u2013 entweder f\u00fcr den ganzen sichtbaren Spektralbereich oder nur f\u00fcr eine bestimmte Wellenl\u00e4nge bzw. ein bestimmtes Wellenl\u00e4ngenintervall.<\/p>\n

\"Grundgr\u00f6ssen<\/div>\n
Abbildung\u202f5.1:\u2002Grundgr\u00f6ssen der Lichttechnik Flux<\/div>\n
Lichtstrom \u03a6<\/i>v<\/sub><\/div>\n
    \n
  • \n

    Die von einer Lichtquelle abgegebene Lichtmenge pro Zeiteinheit (entspricht einer Leistung in Watt).<\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

    Lichtst\u00e4rke I<\/i>v<\/sub><\/div>\n
      \n
    • \n

      Die Menge des Lichts, die in den Raumwinkel\u00a0\u03a9 abgestrahlt wird (\u03a9<\/i>\u202f=\u202fA<\/i>\/r2\u2009<\/sup>; A<\/i>: Kugeloberfl\u00e4che, r\u200a<\/i>: Kugelradius, ganzer Raumwinkel \u03a9 <\/i>= 4 \u03c0).<\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

      Beleuchtungsst\u00e4rke E<\/i>v<\/sub><\/div>\n
        \n
      • \n

        Die Menge des Lichtstroms, die auf eine beleuchtete Fl\u00e4che A<\/i>E<\/sub> (scheinbare Empf\u00e4ngerfl\u00e4che) trifft. Sie nimmt mit dem Quadrat der Entfernung r<\/i> ab (E<\/i>v<\/sub>\u202f=\u202fI<\/i>v<\/sub>\/r<\/i>\u20092<\/sup>).<\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

        Leuchtdichte L<\/i>v<\/sub><\/div>\n
          \n
        • \n

          Vom Auge wahrgenommener Helligkeitseindruck eines Leuchtk\u00f6rpers mit der gesehenen Fl\u00e4che A<\/i>L <\/sub>\u00b7 cos\u2009\u03c6<\/i>1 <\/sub> (scheinbare strahlende Fl\u00e4che aus Sicht des Beobachters) oder einer beleuchteten Fl\u00e4che A<\/i> mit diffusem Reflexionsgrad \u03c1<\/i>* der Oberfl\u00e4che (Sekund\u00e4rstrahlungsquelle).<\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

          <\/h3>\n

          Der Zusammenhang zwischen den physiologischen und physikalischen Gr\u00f6ssen ist kompliziert, da das Auge eine frequenz- und intensit\u00e4tsabh\u00e4ngige Empfindlichkeit aufweist. Deshalb wurden die physiologischen Einheiten der Photometrie<\/i> zus\u00e4tzlich zu den rein physikalischen Einheiten ins SI-Einheitensystem aufgenommen.<\/p>\n

          5.1.1 Strahlungsbewertung<\/h2>\n

          Die Hellempfindung h\u00e4ngt nicht nur davon ab, welche Strahlungsleistung [W] in das Auge eindringt, sondern auch von der spektralen Zusammensetzung der Strahlung.<\/p>\n

          \"Spektrale<\/div>\n
          Abbildung\u202f5.2:\u2002Spektrale Hellempfindlichkeitsfunktion V<\/i>(\u03bb<\/i>) und V<\/i>\u200a'(\u03bb<\/i>) des menschlichen Auges in Abh\u00e4ngigkeit der Wellenl\u00e4nge (CIE) [5.1]<\/span><\/span>:<\/div>\n
            \n
          • \n

            V<\/i>(\u03bb<\/i>) helladaptiertes Auge (Tagessehen)<\/p>\n<\/li>\n

          • \n

            V<\/i>\u200a'(\u03bb<\/i>) dunkeladaptiertes Auge (Nachtsehen)<\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

            <\/h3>\n
            Gelb-Gr\u00fcn entspricht einer Wellenl\u00e4nge von 555 nm und wird vom menschlichen Auge als intensivste Farbe (maximale spektrale Helligkeit) wahrgenommen.<\/div>\n

            <\/h3>\n

            Die verschiedenen monochromatischen Lichtreize erzeugen je nach ihrer Wellenl\u00e4nge unterschiedliche Hellempfindungen. So wird z.\u2009B. bei gleicher Leistung ein monochromatischer Lichtreiz von 550 nm Wellenl\u00e4nge viel heller empfunden als Lichtreize von 400 nm oder 700 nm Wellenl\u00e4nge.<\/p>\n

            Diese beiden Bewertungsfunktionen (vgl. Abb. 5.2) definieren den photometrischen Normalbeobachter nach CIE [5.1]<\/span><\/span> f\u00fcr Tagessehen bzw. f\u00fcr Nachtsehen.<\/p>\n

            Beim Tagessehen<\/i> gilt die CIE-Funktion V<\/i>(\u03bb<\/i>). Man spricht dann von Tagessehen (photopisches Sehen, Z\u00e4pfchensehen), wenn die Helligkeit so gross ist, dass Farben deutlich erkennbar sind.<\/p>\n

            F\u00fcr Nachtsehen<\/i>, d.\u2009h., wenn die Helligkeit so klein ist, dass Farben nicht mehr erkennbar sind, wird die CIE-Funktion V\u200a‘<\/i>(\u03bb<\/i>) angewendet.<\/p>\n

            \"Prinzip<\/div>\n
            Abbildung\u202f5.3:\u2002Prinzip der photometrischen Bewertung: Die Fl\u00e4che unter der Kurve \u03a6<\/i>e\u03bb<\/sub> entspricht der Strahlungsleistung \u03a6<\/i>e<\/sub> (Strahlungsstrom), die Fl\u00e4che unter der Kurve \u03a6<\/i>e\u03bb<\/sub>\u2009\u00b7\u2009V(\u03bb<\/i>) multipliziert mit dem photometrischen Strahlungs\u00e4quivalent ergibt den Lichtstrom \u03a6<\/i>v\u2009<\/sub>.<\/div>\n

            <\/h3>\n

            Photometrische Messger\u00e4te, insbesondere Luxmeter, sind fast ausnahmslos f\u00fcr Tagessehen eingestellt und kalibriert. Auch alle lichttechnischen Gr\u00f6ssen beruhen auf der V<\/i>(\u03bb<\/i>)-Funktion.<\/p>\n

            Aus der Strahlungsleistung \u03a6<\/i>e<\/sub>\u2009, deren Verteilung im Spektrum durch die spektrale Strahlungsleistung \u03a6<\/i>e\u03bb<\/sub>(\u03bb<\/i>) gegeben ist, folgen durch die photometrische Bewertung (vgl. Abb. 5.3) beim Tagessehen der Lichtstrom\u00a0\u03a6<\/i>v<\/sub> nach der Gleichung:<\/p>\n

            (5.1)<\/div>\n

            <\/p>\n

            und beim Nachtsehen der Lichtstrom \u03a6<\/i>v<\/sub>‚<\/i> nach der Gleichung:<\/p>\n

            (5.2)<\/div>\n

            <\/p>\n

            Die Skalierungsfaktoren K<\/i>m<\/sub> und K\u200a‘<\/i>m<\/sub> sind die Maximalwerte des spektralen photometrischen Strahlungs\u00e4quivalentes f\u00fcr Tagessehen bzw. Nachtsehen:<\/p>\n

            (5.3)<\/div>\n

            <\/p>\n

            5.1.2 Lichtstrom und Lichtst\u00e4rke<\/h2>\n

            Die gesamte von einer Lichtquelle abgegebene und vom Auge bewertete Strahlungsleistung heisst Lichtstrom<\/i>. Die physiologische Einheit des Lichtstromes\u00a0\u03a6<\/i>v<\/sub> ist das Lumen (lm).<\/p>\n

            Eine ebene Fl\u00e4che A1<\/sub> einer Lichtquelle strahlt unter dem Winkel \u03c6<\/i>1<\/sub> zur Fl\u00e4chennormalen in den kleinen Raumwinkel\u00a0\u03a9<\/i> den Lichtstrom \u03a6<\/i>v<\/sub> (vgl. Abb. 5.4):<\/p>\n

            (5.4)<\/div>\n

            <\/p>\n

            bzw.<\/p>\n

            \"Winkel-<\/div>\n
            Abbildung\u202f5.4:\u2002Winkel- und Raumwinkel an der strahlenden Oberfl\u00e4che A<\/i>1<\/sub><\/div>\n
            (5.5)<\/div>\n

            <\/p>\n

            I<\/i>v<\/sub> (\u03c6<\/i>1<\/sub>) wird als Lichtst\u00e4rke bezeichnet. Die physiologische Einheit Candela<\/i> (cd) der Lichtst\u00e4rke\u00a0I<\/i>v<\/sub> ist zugleich eine Basiseinheit des SI-Einheitensystems<\/i>. Der Gesamtlichtstrom \u03a6<\/i>v,\u2009tot<\/sub> berechnet sich aus:<\/p>\n

            (5.6)<\/div>\n

            <\/p>\n

            <\/div>\n

            5.1.3 Leuchtdichte<\/h2>\n

            Da die Lichtquellen r\u00e4umlich ausgedehnt sind und Strahlung von ihrer gesamten Oberfl\u00e4che ausgeht, beschreibt man ihre Eigenschaften zus\u00e4tzlich noch mit der Leuchtdichte L<\/i>v\u2009<\/sub>,<\/i> dem Verh\u00e4ltnis aus Lichtst\u00e4rke\u00a0I<\/i>v<\/sub> (\u03c6 <\/i>=\u202f0) und Fl\u00e4che des Leuchtelementes:<\/p>\n

            (5.7)<\/div>\n

            <\/p>\n

            Die gleiche Definition gilt analog auch f\u00fcr eine nicht selbstleuchtende, beleuchtete Oberfl\u00e4che<\/i>.<\/p>\n

            Wird die leuchtende Fl\u00e4che unter einem Winkel \u03c6<\/i>1<\/sub> betrachtet, so gilt die allgemeine Beziehung:<\/p>\n

            (5.8)<\/div>\n

            <\/p>\n

            <\/div>\n
            \"Reflexionsverhalten<\/div>\n
            Abbildung\u202f5.5:\u2002Reflexionsverhalten verschiedener Oberfl\u00e4chen:<\/div>\n
            a) diffuse Reflexion (Lambert\u200a\u2019sches Gesetz)<\/div>\n
            b) weisses Papier (Glanzwinkel!); im Vergleich dazu:<\/div>\n
            c) Abstrahlcharakteristik einer Leuchtdiode<\/div>\n

            <\/h3>\n

            Die Leuchtdichte ist abh\u00e4ngig von den Strahlereigenschaften, namentlich vom Werkstoff, dessen Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit und Temperatur. Viele K\u00f6rper mit rauhen, reflektierenden Fl\u00e4chen, wie z.\u2009B. Gipsw\u00e4nde und Pappe, erscheinen aus allen Richtungen gleich hell. Betrachtet man sie von der Seite, dann nimmt zwar die Lichtst\u00e4rke mit dem Cosinus des Abstrahlwinkels ab, im gleichen Verh\u00e4ltnis erscheint aber auch die Strahlerfl\u00e4che vermindert, d.\u2009h., die Fl\u00e4che erscheint deshalb dem Auge immer gleich hell. Derartige Oberfl\u00e4chen bzw. Strahler, die eine von der Ausstrahlungsrichtung unabh\u00e4ngige Leuchtdichte aufweisen, nennt man Lambert\u200a\u2019sche Strahler<\/i>.<\/p>\n

            Aus der Tatsache, dass Mond und Sonne \u00fcber die ganze Oberfl\u00e4che gleichm\u00e4ssig hell leuchten, folgt, dass auch diese beiden K\u00f6rper Lambert\u200a\u2019sche Strahler sind.<\/p>\n

            <\/div>\n

            5.1.4 Beleuchtungsst\u00e4rke<\/h2>\n

            Das Erkennen von Einzelheiten an einem K\u00f6rper h\u00e4ngt u.\u2009a. davon ab, wie gross der pro Empf\u00e4ngerfl\u00e4che auftreffende Lichtstrom, die sog. Beleuchtungsst\u00e4rke E<\/i>v\u2009<\/sub>, ist.<\/p>\n

            (5.9)<\/div>\n

            <\/p>\n

            Eine Fl\u00e4che wird mit 1 Lux (lx) Beleuchtungsst\u00e4rke\u00a0E<\/i>v<\/sub> beleuchtet, wenn ein Lichtstrom von 1 lm bei gleichm\u00e4ssiger Verteilung senkrecht auf 1\u202fm2<\/sup> Fl\u00e4che auftritt. (Achtung: A<\/i>E <\/sub>entspricht der scheinbaren Empfangsfl\u00e4che, senkrecht zu Lichteinfall!).<\/p>\n

            Es ist f\u00fcr die Beleuchtungsst\u00e4rke gleichg\u00fcltig, aus welcher Richtung das Licht auf das beleuchtete Fl\u00e4chenst\u00fcck f\u00e4llt. Jedoch h\u00e4ngt die Beleuchtungsst\u00e4rke auf einem ebenen Fl\u00e4chenst\u00fcck von dessen Lage im beleuchtenden Lichtb\u00fcndel ab.<\/p>\n

            \"Winkelverh\u00e4ltnis<\/div>\n
            Abbildung\u202f5.6:\u2002Winkelverh\u00e4ltnis an strahlender und bestrahlter Oberfl\u00e4che<\/div>\n

            <\/h3>\n
            <\/div>\n

            Die Anforderungen an die Beleuchtungsst\u00e4rke sind von der T\u00e4tigkeit abh\u00e4ngig und in [5.9]<\/span><\/span> festgelegt.<\/p>\n

            5.1.5 Gegen\u00fcberstellung von physikalischen und photometrischen Strahlungsgr\u00f6ssen<\/h2>\n
            <\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

            Unter dem Zwang, Energie zu sparen\u00a0\u2013 nicht nur im Heizungsbereich, sondern auch im Bereich Beleuchtung\u00a0\u2013, r\u00fcckt die optimale Ausnutzung des Tageslichtes in den Vordergrund. Die Globalstrahlung der Sonne, die einerseits gratis zur Verf\u00fcgung steht und andererseits tags\u00fcber je nach Witterung mehr oder weniger verf\u00fcgbar ist, ist im Spektralbereich von 0,38\u202f\u00b5m bis 0,78\u202f\u00b5m f\u00fcr das menschliche […]<\/p>\n","protected":false},"author":8,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[13],"tags":[],"class_list":["post-3662","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tageslicht"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3662","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3662"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3662\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":6825,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3662\/revisions\/6825"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3662"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3662"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3662"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}