Info - Lichtwissen

Licht (Lichtfarbe in Nanometer, nm/ Farbtemperatur in Kelvin, K)
Als Licht wird derjenige Anteil des Spektrums elektromagnetischer Strahlung bezeichnet, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Die unterschiedlichen Wellenlängen der Strahlung werden dabei vom Gehirn als spezifische Farbe interpretiert. Die Wellenlängen des Lichts liegen zwischen 380 Nanometer (Millionstel Millimeter), blau-violett, und 780 Nanometer, rot. Dazwischen befinden sich in der Reihenfolge des Regenbogens alle anderen Farben des Lichts. Die größte Empfindlichkeit des menschlichen Auges, wenn es auf Tagsehen adaptiert ist, liegt bei 555 Nanometer, einem Grünton.
Strahlung höherer Energie, mit geringeren Wellenlängen, die vom (menschlichen) Auge gerade nicht mehr wahrgenommen wird und deshalb nicht mehr Licht ist, nennt man Ultraviolett. Strahlung niederer Energie, mit größeren Wellenlängen, nennt man Infrarot. Alle Lichtfarben zusammen mischen sich zu weißem Licht, wie beim natürlichen weißen Licht der Sonne.
Da das menschliche Auge sich unter Einfluß des Sonnenlichts entwickelt hat, ist das Sonnenlicht mit dem vollen Spektrum aller Wellenlängen das zum Sehen bevorzugte Licht. Technisch gesehen ist es (noch) nicht möglich, das komplette Spektrum wirtschaftlich sinnvoll mit einer Lampe nachzubilden. Temperaturstrahler, also z.B. Glühbirnen, strahlen zwar ein Vollspektrum ab, die Lichterzeugung mittels Erhitzung durch elektrischen Widerstand ist jedoch nicht wirtschaftlich. Leuchtstofflampen mit Vollspektrum sind erhältlich, können aber aufgrund der Anforderungen an die Lichtqualität nur mit erhöhtem Aufwand hergestellt werden.
Man versucht deshalb durch Mischung nur weniger Wellenlängen das Auge zu täuschen. Bekannt ist das Prinzip auch von Farbfernsehern und -monitoren: durch Mischung von Licht der Farben Rot, Grün und Blau (bekannt als RGB) kann ein weißes Licht erzeugt werden, das einen hinreichend großen Bereich der gesamten Farbskala abbilden kann. Dieses Prinzip wird z.B. bei den sogenannten 3-Banden-Leuchtstofflampen und bei den Halogen-Metalldampflampen eingesetzt.
Eine Farbe, die nicht im künstlichen Licht vorhanden ist und auch nicht durch Mischung der vorhandenen Farben erzeugt werden kann, wird vom angestrahlten Körper nicht reflektiert werden. So kann der Farbeindruck bei Einsatz von Leuchtmitteln mit eingeschränkten Spektren gegenüber dem Sonnenlicht verfälscht werden. Die kann zu dem Effekt führen, dass die Farbe eines Kleidungsstücks im vollständig künstlich beleuchteten Geschäft anders aussieht als im Tageslicht. Daher sollten gerade im Textilhandel nur Leuchtmittel mit sehr guter Farbwiedergabe eingesetzt werden.

Es gibt "Farbstoffe", die bestimmte Wellenlängen transponieren, d.h. die einfallende Strahlung wird von dieser Oberfläche mit einer anderen Wellenlänge reflektiert. Der sinnvolle Einsatz dieser Stoffe liegt im Bereich von Signalanlagen, Textmarkern und bei Waschmitteln. Bei diesen Anwendungen wird der unsichtbare UV-Anteil der Strahlung in sichtbares Licht umgewandelt. Der Effekt ist der, dass mehr Licht reflektiert wird als einfällt, d.h. die Leuchtdichte wird höher sein als in der Umgebung, die Farbe leuchtet. So wird die Wäsche weißer als Weiß und leuchtet auffällig im UV-Licht. Der Effekt wird aber auch bei der Kennzeichnung von Geldscheinen mit "unsichtbaren" Sicherheitsmerkmalen genutzt. Unter erhöhter UV-Bestrahlung werden diese Kennzeichnungen sichtbar.

Wird ein schwarzer Körper erhitzt, fängt er bei entsprechend hohen Temperaturen an zu glühen, d.h. Licht abzustrahlen (Prinzip des Temperaturstrahlers, Planckscher Strahler). Mit Anstieg der Temperatur wechselt das Licht die Farbe von Rot über Gelb nach Blau. Die Temperatur in Kelvin, die benötigt wird um eine bestimmte Lichtfarbe zu erzeugen, wird Farbtemperatur genannt. Der Begriff Farbtemperatur bezieht sich also im eigentlichen Sinn auf Leuchtmittel mit Vollspektrum, wird von der Industrie jedoch auch auf Entladungslampen angewendet, die eine ähnliche Farbwirkung erzielen, s.o.

Allgebrauchslampen (vlg. Glühbirne) kennzeichnet eine rötlich-warme Farbtemperatur von ca. 2.700 K (Extrawarm). Halogenlampen haben üblicherweise eine Farbtemperatur von ca. 3.000 K, gelblich-warm (Warmweiß). Ab ca. 4.000 K wirkt das Licht schon deutlich bläulicher und wird als kühler und heller empfunden (Neutralweiß bis Hellweiß/Kaltweiß). Lampen ab 5.000 K Licht finden auch zur Bewertung von Farben z.B. in der Druckindustrie (als D50/D65) Verwendung (Tageslichtweiß). Lichttemperaturen über 6.500 K werden zumeist für spezielle Einsatzzwecke benötigt, z.B. in der Lichttherapie.
Vgl. auch Lichtfarben, weiter unten.

Lichtstrom (Werte in Lumen, lm)
Lichttechnische Hauptbewertungsgröße für die Effektivität des Leuchtmittels. Sie gibt die Lichtleistung an und ist für alle Leuchtmittel anwendbar, die ihr Licht nach allen Seiten abgeben. Dazu gehören z.B. Glühlampen, Halogen-Glühlampen, Kompakt-Leuchtstofflampen, Leuchtstoffröhren, Hochdruck-Entladungslampen usw.
Seit Einführung der LED wird der Lichtstrom zunehmend auch als Bewertungsgröße für Leuchtmittel und Leuchten mit eingebautem Reflektor (vgl. Lichtstärke) angegeben. 

Lichtstärke (Werte in Candela, cd)
Für alle Leuchtmittel mit integriertem Reflektor ist die Lichtstärke die Hauptbewertungsgröße. Diese Lampen geben ihr Licht gerichtet ab, ähnlich den Leuchten, die auch nach Lichtstärke und deren Verteilung bewertet werden. Die Lichtstärke dient also der Charakterisierung der Lichtausstrahlung von Leuchten und Leuchtmitteln mit integriertem Reflektorsystem.
Seit Einführung der LED verliert die Lichtstärke zunehmend an Bedeutung für die Bewertung von Lichtquellen, da hier vielfach lediglich der Lichtstrom, s.o., angegeben wird. Dies erschwert die Vergleichbarkeit der LED mit herkömmlichen Leuchtmitteln, deren Werte weiterhin in Candela angegeben werden.
Der Lichtstrom, s.o., lässt sich in der Theorie über die Angabe des Ausstrahlungswinkels des Reflektors einfach in die Lichtstärke umrechnen, der gesamte Lichtstrom wird eben auf eine entsprechend geringere Fläche konzentriert. So ergeben sich bei kleinerem Ausstrahlungswinkel höhere Lichtstärkewerte und bei größerem Winkel kleinere Werte.
In der Praxis ergeben sich jedoch andere Werte als in der idealisierten Theorie. Reflektoren sind normalerweise nicht ideal sphärisch und können das Licht auch nicht zu 100% reflektieren sondern wandeln einen mehr oder weniger großen Anteil in Wärme um. Die Qualität der Reflektoren spielt also eine entscheidende Rolle für die Lichtstärke. Gute Reflektoren sollten schon einen Wirkungsgrad von mehr als 70% haben. Die Eigenschaften eines Reflektors / einer Leuchte werden zur Beurteilung grafisch als Lichtverteilungskurve (LVK, s.u.) dargestellt.

Leistungsaufnahme (Werte in Watt, W)
Ein wesentlicher  Kennwert ist die Leistungsaufnahme des Leuchtmittels. Bei Temperaturstrahlern für Netzspannung (z.B. Glühlampen, Halogen-Glühlampen) gibt es nur diesen einen Wert für die Leistungsaufnahme. Bei Lampen mit Trafo oder Vorschaltgerät hingegen muss man jedoch zwei Werte nennen: den Wert der reinen Lampenleistung und den Wert des gesamten Systems, d.h. Lampenleistung einschl. der Verlustleistung des Vorschaltgerätes. Man spricht hier von der Systemleistung, die sehr von der Bauart des Vorschaltgerätes abhängig ist.
Anhand der Tabelle wird auch gut ersichtlich, warum die Leistung der Vorschaltgeräte und Transformatoren mit VA (Volt x Ampere oder ugs. Voltampere) und nicht mit Watt (1 VA = 1 W) angegeben wird. Ein 60 VA-Trafo z.B. verbraucht keine 60 Watt Leistung sondern hat die Fähigkeit für entsprechende Verbraucher mit einer Gesamtleistung von 60 Watt transformierten Strom zu liefern –eine Scheinleistung. Dabei geht, je nach Effizienz des Trafos, Leistung verloren, bzw. wird in Wärme umgewandelt –die oben erwähnte Verlustleistung. 

Energieeffizienz (Werte in Lumen/Watt, l/W)
Zur Bewertung der Effizienz einer Leuchte oder Lampe wird der Lichtstrom ins Verhältnis zur Leistungsaufnahme gesetzt. Einfacher ausgedrückt ist eine Lichtquelle umso effizienter, je mehr Licht pro Watt Elektrizität erzeugt wird.
Glühlampen haben eine Effizienz von ca. 10 Lumen pro Watt, moderne LED erzeugen bereits mehr als 120 lm/W. Bei Leuchten mit LED sollte unbedingt die (geringere) Effizienz der Leuchte angegeben werden, im Gegensatz zur Effizienz der LED als bloßes elektronisches Bauteil. Häufig werden beide Werte angegeben, oft aus Gründen der Werbung oder um aktuelle LED-Leuchten mit Angaben in älteren Publikationen vergleichbar zu machen. Hier wurden früher sehr häufig (und irreführend) lediglich die Werte der LED als Bauteil angegeben um mit größeren Zahlen beeindrucken zu können.

Die Energieeffizienzklassen nach dem EU-Energielabel dienen dem Verbraucher zur Information beim  Kauf von Elektrogeräten. Sie sollen die Unterscheidung der Energieeffizienz zwischen ähnlichen Elektrogeräten vereinfachen.
Der jeweiligen Einordung in eine Klasse liegt die Energieeffizienz des bewerteten Geräts/der bewerteten Lampe zugrunde. Hierbei wird das "Energieeinsparungspotenzial" im Vergleich zu einem fiktiven (aber typischen) Referenzgerät bewertet. Die Anforderungen unterscheiden sich jedoch nach Geräteklasse. Damit z.B. eine Lampe A++ bewertet werden kann, darf sie noch maximal 11% der "Vergleichsenergie" verbrauchen. Bei Kühlschränken hingegen genügt es bereits weniger als 33% zu verbrauchen um ein A++ zu bekommen. Diese Einteilung orientiert sich ganz offensichtlich an den technischen Möglichkeiten. Bei entsprechendem technischen Fortschritt wird entweder die Skala ausgeweitet oder die Anforderungen und/oder die Referenzgeräte angepasst um eine inflationäre Vervielfachung der +-Zeichen zu vermeiden. Zum Teil ist dies bereits geschehen. Die Aussagekraft der Energieeffizienzklassen bleibt jedoch im Wesentlich gleich gut. Bei überraschenden Sprüngen in der technischen Entwicklung kann es allerdings dazu kommen, dass sich viele unterschiedlich effiziente Geräte in der höchsten Effizienzklasse wiederfinden. Dies kann die Entwicklung energieeffizienterer Neugeräte negativ beeinflußen, da die werbewirksame Einordnung in eine noch bessere Klasse nicht mehr möglich ist.

Beleuchtungsstärke (Werte in Lux, lx)
Dieser Wert gibt an, wie viel Licht auf eine Fläche fällt, ist also ein Maß für die Intensität des auf eine beleuchtete Fläche auftreffenden Lichts (1 lx = 1 lm/qm). Die Beschaffenheit der beleuchteten Fläche wird nicht berücksichtigt. Da nur das auftreffende Licht gemessen wird, spielt die Farbigkeit und Helligkeit der untersuchten Fläche insofern keine Rolle. Allerdings wirkt sich aber das indirekte, reflektierte Licht der umgebenden Oberflächen auf die Messung aus. Wobei natürlich in einem weißen Raum der Anteil des indirekten Lichtes wesentlich höher zu bewerten ist als in einem dunklen Raum, wo das direkte Licht der Leuchten die wesentliche Größe ist.
Bei Beleuchtungsplanungen werden deshalb für ein hinreichend genaues Ergebnis zumindest die Raumgeometrien und Reflektionseigenschaften der Oberflächen berücksichtigt. Wichtig ist auch die Anordnung der Leuchten im Raum, da die Beleuchtungsstärke mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt. Werden auf einer Fläche im Abstand von einem Meter zur Lichtquelle 1000 lx gemessen, sind es bei 2 Meter Abstand nur noch 250 lx. Also bei doppeltem Abstand nur ein Viertel Beleuchtungsstärke, 3-fach/9-tel, 4-fach/16-tel usw. Das Licht selbst verliert nicht an Energie, der Lichtstrom bleibt gleich, sondern das Licht verteilt sich mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle auf eine größere Fläche, wird also "ausgedünnt". Es ist also eine einfache Frage der Geometrie: eine Kugel mit doppeltem Durchmesser hat die 4-fache Oberfläche. Bei großen Entfernungen oder in verschmutzter Atmosphäre können allerdings auch Streuung und Absorption des Lichts durch Partikel oder Teilchen eine erhebliche Rolle spielen.
Die Beleuchtungsstärke stellt die Grundlage der Beleuchtungsplanung dar, die entsprechenden Werte für die verschiedensten Räume und Tätigkeiten sind in der DIN-Norm 5035 enthalten

Nach Empfehlung (PDF-Datei) von Licht.de (früher Fördergemeinschaft Gutes Licht) sollten z.B. Schaufenster in der Allgemeinbeleuchtung eine Beleuchtungsstärke von 1000 bis 2000 Lux aufweisen. Die Akzentbeleuchtung kommt dann noch hinzu. Diese Werte müssen in Relation zum Umfeld gesetzt werden. Das Schaufenster in der sonst nur gering beleuchteten Straße hat sicherlich weniger "Licht-Konkurrenz" als eines in der Fußgängerzone oder in der Einkaufspassage. Schaufenster an Straßen sollten das Lichtniveau an die Geschwindigkeit des Autoverkehrs anpassen, dabei aber auf Kontraste und Blendung achten. Niemandem ist damit gedient, wenn sich das aufwändig gestaltete Fenster lediglich als Lichtpunkt ins Gedächtnis (und die Netzhaut) brennt oder sogar den Straßenverkehr gefährdet!
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Leuchtdichte (Werte in Candela pro Quadratmeter, cd/qm)
Die Leuchtdichte ist ein Maß für den Helligkeitseindruck, den eine beleuchtete oder leuchtende Fläche hervorruft. Die Farbigkeit und Helligkeit der Fläche, d.h. die Fähigkeit das Licht zu Absorbieren oder zu Reflektieren, wird hier im Gegensatz zur Beleuchtungsstärke berücksichtigt. Dies kann z.B. die beleuchtete Fläche eines Arbeitsplatzes, die Fahrbahn einer Straße aber auch eine Lichtquelle selbst sein. Die Leuchtdichte ist die einzige sichtbare bzw. wahrnehmbare lichttechnische Größe.
In der Straßen- und Wegebeleuchtung ist die Leuchtdichte die wichtigste Planungs- und Bewertungsgröße. Hier ist es im Hinblick auf die Verkehrssicherheit wichtig zu ermitteln, wieviel Licht die bewertete Fläche reflektiert/emittiert , d.h. wie gut sie tatsächlich gesehen werden kann. Also ganz anders als bei der Innenraumbeleuchtung, wo gefragt wird, wieviel Licht auf die bewertete Fläche fällt, wie gut sie beleuchtet wird (Flexibilität u. Wirtschaftlichkeit).
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Dichroitische Filter
Gelegentlich stößt man im Bereich der Lichttechnik auf den Begriff dichroitisch oder englisch dichroic. Dichroismus, der dazugehörige Substantiv, stammt vom griechischen dichroos (zweifarbig) ab und beschreibt die Eigenschaft von Materialien unterschiedliche Wellenlängen des Lichtes unterschiedlich zu reflektieren (spiegeln) oder zu transmittieren (hindurch zu lassen). Dadurch entstehen Effekte wie sie z.B. spezielle Autolacke (Flip-Flop-Lacke) aufweisen, dass abhängig vom Standpunkt des Betrachters die Fläche in anderen Farben erscheint. Eine weitere dichroitische Eigenschaft ist für die Lichttechnik interessanter. So können mit dichroitischen Filtern beliebige Wellenlängebereiche reflektiert oder transmittiert werden. Dichroitische Filter lassen also die gewünschte Farbe (Wellenlänge) durch und spiegeln die unerwünschte Farbe (Wellenlänge). Im Gegensatz zu normalen Farbfiltern findet also im Wesentlichen keine Absorption, sprich Umwandlung in Wärme, im Filter statt. Die Färbung des Lichts wird als sehr rein und intensiv empfunden. Durch eine Staffelung mehrerer dichroitischer Filter mit unterschiedlichen Eigenschaften läßt sich das Licht in beliebige "Farbauszüge" aufspalten. Ein Prinzip, das in der Form dichroitischer Prismen bei Chip-Farbkameras (CCD) zur Anwendung kommt. Bei den Halogen-Reflektorlampen funktioniert der bekannte Kaltlicht-Reflektor nach dem dichroitischen Prinzip. Das sichtbare Licht wird nach vorne gespiegelt, die Wärmestrahlung durch den Reflektor nach hinten hindurch gelassen. So fällt die unerwünschte Wärmestrahlung nicht auf das angestrahlten Objekt, sondern wird vom Leuchtenkörper oder der Umgebung absorbiert. Leuchten, die diese Wärme nicht vertragen, dürfen nur mit Aluminium-Reflektorlampen bestückt werden und haben daher einen angepassten Lampensockel, der die Aufnahme von Kaltlicht-Reflektorlampen nicht zulässt.
Vorteile dichroitischer Filter sind also die hohe Farbreinheit des gefilterten Lichts und die geringe Wärmelast am Filter.
Nachteilig sind die hohen Kosten guter dichroitischer Filter und die Sprödigkeit des Materials, die eine nachträgliche Bearbeitung erschwert.
Link zum Artikel über dichroitische Spiegel und Filter in der Wikipedia
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