Lux (Einheit)

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Physikalische Einheit
Einheitenname Lux

Einheitenzeichen
Physikalische Größe(n) Beleuchtungsstärke
Formelzeichen
System Internationales Einheitensystem
In SI-Einheiten
Benannt nach lateinisch lux, „Licht“
Abgeleitet von Lumen, Meter
Siehe auch: Phot

Das Lux ist die SI-Einheit der Beleuchtungsstärke.

Die Beleuchtungsstärke auf einer beleuchteten Fläche gibt an, welcher Lichtstrom (gemessen in Lumen, lm) auf eine Flächeneinheit (gemessen in Quadratmetern, m2) fällt. Ihre SI-Einheit ist daher Lumen durch Quadratmeter (lm/m2). Diese abgeleitete Einheit trägt auch den Namen Lux, ihr Einheitenzeichen ist lx. Der Name leitet sich von der lateinischen Bezeichnung lux für Licht ab.

Die „senderseitige“ Entsprechung zur Beleuchtungsstärke, die spezifische Lichtausstrahlung, hat auch die SI-Einheit lm/m2, für sie ist in der offiziellen Dokumentation der Name Lux jedoch nicht vorgesehen.[1][2][3]

Beleuchtungsstärke[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Luxmeter zum Messen der Beleuchtungsstärke

Die Beleuchtungsstärke auf einer beleuchteten Fläche ist die Flächendichte des einfallenden Lichtstroms , gibt also an, welcher Lichtstrom auf eine gegebene Fläche fällt:[1][4]

.

Falls die Beleuchtungsstärke über eine endlich große Fläche hinweg konstant ist, erübrigt sich die Verwendung differentieller Größen und die vereinfachte Definition lautet: Die auf der Fläche konstante Beleuchtungsstärke ist der Quotient aus dem auf die Fläche auftreffenden Lichtstrom und der beleuchteten Fläche :[1]

.

Die Beleuchtungsstärke ist die photometrische Entsprechung zur radiometrischen Größe Bestrahlungsstärke Ee (gemessen in Watt durch Quadratmeter, W/m2). Fällt elektromagnetische Strahlung auf die Fläche und erzeugt dort die Bestrahlungsstärke Ee, so lässt sich messtechnisch oder rechnerisch die von dieser Strahlung verursachte Beleuchtungsstärke in Lux ermitteln, indem die einzelnen Wellenlängen der Strahlung mit der jeweiligen Empfindlichkeit des Auges (Photometrisches Strahlungsäquivalent) bei der betreffenden Wellenlänge gewichtet werden. Für die Definition der photometrischen Einheiten wurde festgelegt, dass für Strahlung der Frequenz 540·1012 Hz, was grünem Licht von ca. 555 nm Wellenlänge entspricht, das Photometrische Strahlungsäquivalent 683 lm/W beträgt. Somit gilt für Licht dieser Wellenlänge: 1 lx = 1/683 W/m2.

Zur Berechnung der Beleuchtungsstärke aus gegebenen anderen photometrischen Größen (z. B. Lichtstärke) siehe die folgenden oder die im Artikel Beleuchtungsstärke gegebenen Beispiele.

Die Beleuchtungsstärke wird mit einem Luxmeter gemessen. An der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) können Beleuchtungsstärken zwischen 0,001 lx und 100.000 lx realisiert werden.[5] Dies dient u. a. der Kalibrierung von Beleuchtungsstärkemessgeräten.

Rechenbeispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispiel 1[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für eine kleine ebene Empfangsfläche und eine im Vergleich zur Entfernung hinreichend kleine Lichtquelle, welche Licht der Lichtstärke in Richtung der Empfangsfläche aussendet, gilt näherungsweise[Anm. 1] das photometrische Entfernungsgesetz:

Der Neigungswinkel der Empfangsfläche ist der Winkel zwischen der Flächennormalen und der Strahlrichtung.

Die Lichtstärke einer Kerze beträgt etwa ein Candela (cd). Sie erzeugt im Abstand von 2 m auf einer senkrecht zur Strahlrichtung stehenden Empfangsfläche die Beleuchtungsstärke

.

Ergebnis: Von einer Kerze im Abstand von ca. 2 m senkrecht beleuchtete Gegenstände erscheinen ungefähr so hell beleuchtet wie im senkrecht auftreffenden Licht des Vollmonds (siehe auch →Beispiele typischer Beleuchtungsstärken).

Beispiel 2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Bestrahlungsstärke , die von einer isotrop strahlenden Lichtquelle auf einer in 3 m Abstand senkrecht zur Strahlrichtung stehenden Empfangsfläche erzeugt wird, betrage

.

Integriert über eine die Lichtquelle umgebende Kugel mit dem Radius ergibt sich der von der Lichtquelle erzeugte Lichtstrom zu

.

Die Lichtstärke Iv der Lichtquelle beträgt somit in allen Richtungen

.

Anmerkung: Die Rechnung wird dadurch stark vereinfacht, dass die Lichtquelle als isotrop strahlend vorausgesetzt wurde. Die bei der Berechnung des Lichtstromes im Allgemeinen notwendige Integration einer variablen Beleuchtungsstärke über die Kugelfläche konnte so durch eine einfache Multiplikation der konstanten Beleuchtungsstärke mit der gesamten Kugelfläche ersetzt werden. Die bei der Berechnung der Lichtstärke eigentlich für jede betrachtete Richtung nötige Bildung eines Differentialquotienten aus dem variablen Lichtstrom und dem differentiellen Raumwinkel konnte durch eine für alle Richtungen gültige einfache Bildung des Quotienten aus dem Lichtstrom und dem vollen Raumwinkel ersetzt werden.

Beispiel 3[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Umrechnen der Einheiten Candela, Lumen und Lux in Abhängigkeit vom Strahlungskegel und der Entfernung.

Eine Leuchtdiode sendet Licht in einem Lichtkegel mit dem Öffnungswinkel (entsprechend einem Raumwinkel von , = Steradiant) aus. Für alle Richtungen innerhalb des Kegels betrage die Lichtstärke .

Der in den Kegel abgegebene Lichtstrom beträgt

.

Wird außerhalb dieses Lichtkegels kein Licht abgestrahlt, ist dies der gesamte von der Diode erzeugte Lichtstrom.

Die Beleuchtungsstärke auf einer Kugelkappe in der Entfernung mit der Fläche beträgt

.

Die genannte Leuchtdiode erzeugt also beispielsweise bei einem Abstand von 0,2 m auf einer Fläche von 0,215 × 0,04 m2 = 0,0086 m2 die Beleuchtungsstärke 150 Lux.

Beispiele typischer und natürlicher Beleuchtungsstärken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Siehe Beleuchtungsstärke#Beispiele

Übersicht zu den photometrischen Größen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Übersicht über photometrische Größen und Einheiten
Physikalische Größe SI-Einheit Anmerkungen
Bezeichnung Symbol Definition Dimension Name Symbol
Lichtstrom
luminous flux, luminous power
Lumen lm = cd·sr auch die Symbole F und P finden Verwendung
Lichtstärke
luminous intensity
Candela cd = lm·sr−1 cd ist SI-Basiseinheit; veraltete Einheiten: Hefnerkerze (HK), Internationale Kerze (IK), Neue Kerze (NK)
Beleuchtungs­stärke
illuminance
Lux lx = lm·m−2 veraltete Einheiten: Nox (nx), Phot (ph)
Spezifische Licht­ausstrahlung
luminous emittance
Lumen pro Quadrat­meter lm/m2 = lm·m−2 Die Einheit lm/m2 stimmt formell mit dem Lux überein; das Lux sollte aber nur für die Strahlung verwendet werden, die eine Fläche trifft, nicht für die, die von ihr ausgeht.
Leuchtdichte
luminance
Candela pro Quadrat­meter cd/m2 = lm·m−2·sr−1 cd/m2 wird manchmal Nit genannt; veraltete Einheiten: Stilb (sb), Apostilb (asb), Lambert (la)
Lichtmenge
luminous energy
Lumen­sekunde lm·s = cd·sr·s lm·s wird auch Talbot oder Lumberg genannt (kein Standard)
Belichtung
luminous exposure
Luxsekunde lx·s = lm·s·m−2 Lichtmenge pro Flächen­einheit
Lichtausbeute
luminous efficacy
Lumen pro Watt lm/W = cd·sr·s·J−1 statt η wird auch ρ verwendet

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anmerkungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Falls die Voraussetzungen nicht erfüllt sind, müssen aufwändigere Berechnungsmethoden verwendet werden, siehe Artikel Beleuchtungsstärke.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Fotometrie. Zahlenmäßige Beschreibung von Licht mit zahlreichen Abbildungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c DIN 5031 Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik. Teil 3: Größen, Formelzeichen und Einheiten der Lichttechnik. Beuth, Berlin 1982
  2. ref. 845-01-48, Luminous exitance. International Electrotechnical Commission (IEC): International Electrotechnical Vocabulary; abgerufen am 10. Februar 2015
  3. H.-J. Hentschel: Licht und Beleuchtung – Theorie und Praxis der Lichttechnik. 4. Auflage. Hüthig Buch, Heidelberg 1994, ISBN 3-7785-2184-5, S. 33
  4. ref. 845-01-38, Illuminance. International Electrotechnical Commission (IEC): International Electrotechnical Vocabulary; abgerufen am 7. Februar 2015
  5. Messung von Licht.Photometrie. Physikalisch-Technische Bundesanstalt, S. 15.