Das menschliche Sehvermögen ist auf Licht angewiesen. Licht wird von Oberflächen reflektiert, gelangt in die Augen, durchdringt die Hornhaut und die Pupille und bildet ein Bild auf der Netzhaut. Das Auge ist empfindlich gegenüber einem sehr breiten Messbereich an Lichtintensitäten, verliert jedoch bei geringer Beleuchtung die Fähigkeit, Details zu erkennen. Deshalb werden Arbeiten mit Präzision wie Operationen, Messungen oder Montagen am besten unter hellem Licht durchgeführt. Arbeiten unter schlechten Lichtverhältnissen führen zu Ermüdung und Fehlern. Bei geringer Beleuchtung kommt es häufiger zu Arbeitsunfällen. Darüber hinaus bestimmt eine gute Beleuchtung, wie gut Menschen eine Show beobachten und qualitativ hochwertige Fotos machen können. Um das Verständnis der Lichtintensitätsmessung zu erleichtern, behandelt dieses Whitepaper von OMEGA Engineering folgende Themen:
- Was ist Licht?
- Wie wird Licht gemessen?
- Situationen, in denen Lichtmessungen erforderlich sind
- Lichtmesstechnologie
- Lichtmessgeräte
Was ist Licht?
Licht ist eine Form elektromagnetischer Energie, die sich als Welle durch den Raum ausbreitet. Wie Mikrowellen und Röntgenstrahlen haben diese Wellen eine Wellenlänge und eine Frequenz. Der Unterschied besteht darin, dass Menschen über Rezeptoren verfügen, die Energie mit Wellenlängen zwischen 400 und 700 nm wahrnehmen und in Bilder umwandeln können.
Einzelne Wellenlängen entsprechen bestimmten Farben. Licht mit einer Wellenlänge von etwa 420 nm wird als blau wahrgenommen, 525 nm als grün und 635 nm als rot. Längere Wellenlängen werden als Infrarot (das als Wärme wahrgenommen wird) bezeichnet, kürzere Wellen als Ultraviolett und dann als Röntgenstrahlen.
Wärmebasierte Lichtquellen („Glühlampen”) strahlen elektromagnetische Energie über alle Wellenlängen ab, weshalb sie weiß erscheinen. Die tatsächliche Verteilung der Wellenlängen innerhalb dieses Lichts hängt von der Temperatur der Quelle ab. Leuchtstofflampen erscheinen nur aufgrund der Fluoreszenz einer Beschichtung auf dem Glas oder der Röhre weiß, und LEDs strahlen Licht nur bei einer bestimmten Wellenlänge aus.
Wie wird Licht gemessen?
Eine Lichtquelle, wie beispielsweise der Glühfaden einer Glühlampe, strahlt Licht in alle Richtungen ab. Sie befindet sich praktisch im Zentrum einer Kugel aus ausgestrahltem Licht (weshalb Lichteinheiten auf dem Steradiant basieren). Die Gesamtenergie des gesamten abgegebenen Lichts wird als „Lichtstrom” bezeichnet.
Die grundlegende Einheit für Licht ist die Candela, nominell das von einer Kerze abgegebene Licht, oder mit Präzision, „eine Quelle, die monochromatische Strahlung mit einer Frequenz von 540 x 1012 Hertz emittiert und eine Strahlungsintensität in dieser Richtung von 1/683 Watt pro Steradiant hat.“
Eine Candela pro Steradiant wird als Lumen bezeichnet, die bekannteste Maßeinheit für die Lichtstärke. Für die Messung der Lichtstärke ist jedoch die Anzahl der auf eine Fläche fallenden Lumen entscheidend, die in Lux angegeben wird. Ein Lux entspricht also einem Lumen pro Quadratmeter, wodurch die Helligkeit in Beziehung zur Entfernung von der Lichtquelle gesetzt wird. (In den USA ist es üblich, die Lichtintensität in Fußkerzen anzugeben. Ein Foot-Candle entspricht einem Lumen pro Quadratfuß).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Lichtleistung in Lumen angegeben wird, während die Lichtintensität in Lumen pro Quadratmeter oder Lux gemessen wird.
Situationen, in denen eine Lichtmessung erforderlich ist
Fotostudio Die Hauptgründe für die Messung der Lichtintensität sind die Sicherstellung der Einhaltung von Mindestbeleuchtungsstandards und die Bestimmung geeigneter Belichtungszeiten in der Fotografie und Kinematografie. Nachfolgend sind vier häufig auftretende Situationen aufgeführt.
1. Ergonomie und Sicherheit
Für viele Umgebungen werden Mindestbeleuchtungsstärken empfohlen. Während für einige Bereiche, wie z. B. Baustellen und Werften, sehr spezifische OSHA-Anforderungen gelten, verweist die OSHA für allgemeine industrielle Anwendungen auf die Norm ANSI/IESNA RP-7-2001, „Practice for Industrial Lighting” (Praxis für industrielle Beleuchtung). Darin ist die Mindestintensität definiert, die für die sichere und genaue Ausführung eines breiten Messbereichs von Aufgaben erforderlich ist.
In einigen Unternehmen wird die Lichtintensität nur reaktiv gemessen, in der Regel nach einem Sturz oder einem anderen Unfall. Ein umsichtigerer Ansatz besteht darin, eine Beleuchtungsuntersuchung durchzuführen und die Lichtverhältnisse am gesamten Arbeitsplatz zu dokumentieren. Wenn Bereiche gefunden werden, die unter den akzeptablen Mindestwerten liegen, kann ein Verbesserungsplan umgesetzt werden.
2. Fotografie und Kinematografie
Die Lichtintensität ist das Herzstück der Fotografie. Bei schlechten Lichtverhältnissen muss der Fotograf die Belichtungszeit verlängern oder die Blende öffnen, manchmal sogar beides. Obwohl viele moderne Kameras über eine integrierte Belichtungsmessung verfügen, ist es dennoch von Vorteil, die Lichtverhältnisse rund um das Motiv zu kennen, insbesondere bei Studio- oder Porträtfotografie.
Die Kenntnis der Lichtverhältnisse trägt auch dazu bei, die Reproduzierbarkeit einer Aufnahme zu gewährleisten, was in der Kinematografie von Bedeutung ist. Durch die Messung der Lichtverhältnisse kann ein Kameramann konsistente Ergebnisse erzielen und so die Kontinuität gewährleisten.
3. Wetterüberwachung
Obwohl viele Belichtungsmesser für Glühlampenlicht ausgelegt sind, eignen sie sich dennoch für Vergleiche im Außenbereich. Ein Belichtungsmesser könnte beispielsweise Aufzeichnungen erstellen, die den Unterschied in der Intensität zwischen der Sommer- und der Wintersonnenwende zeigen. Die Kartierung der Lichtintensitäten in einem für Solaranlagen vorgesehenen Bereich könnte dabei helfen, den optimalen Standort für jedes Panel zu bestimmen. In der Landwirtschaft kann es von Vorteil sein, Bereiche mit geringerer Lichtintensität in einem Gewächshaus zu identifizieren.
4. Theaterkulissen und Innenarchitektur
Unterschiede in der Lichtintensität sind ein wirksames Mittel, um die Aufmerksamkeit des Publikums zu lenken. Ein Bühnenbildner möchte vielleicht, dass ein bestimmtes Requisit oder ein Schauspieler in einer Szene im Schatten liegt und in der nächsten hervorgehoben wird. Ebenso nutzt ein Innenarchitekt Unterschiede in der Intensität, um ein bestimmtes Erscheinungsbild zu schaffen. Die Festlegung der Lichtverhältnisse trägt auch dazu bei, die Reproduzierbarkeit eines bestimmten Erscheinungsbildes sicherzustellen und zu gewährleisten, dass das Publikum die Gesichtszüge der Schauspieler ausreichend erkennen kann.
Messtechnologie
Licht fällt auf einen Sensor, wo die Energie der Photonen in elektrische Ladung umgewandelt wird. Je mehr Licht auf die Oberfläche trifft, desto mehr Ladung wird aufgebaut. Im Allgemeinen stehen beide Größen in einem Zusammenhang. Eine Kalibrierung in der Messelektronik wandelt entweder Strom oder Spannung in einen Lux-Wert um.
Erschwerend kommt hinzu, dass das menschliche Auge nicht für alle Wellenlängen des Lichts gleich empfindlich ist und eine größere Empfindlichkeit für Grün aufweist. Wenn also blaues und grünes Licht mit gleicher Intensität auf ein Messgerät fallen, ist der Roh-Lux-Wert zwar gleich, aber der menschliche Beobachter nimmt mehr grünes Licht wahr. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, sind Luxmeter so konfiguriert, dass sie Licht mit der spektralen Verteilung von Haushaltsglühlampen erwarten. Diese ist als CIE-Standardlichtart A definiert und passt die Rohintensitätsmessung an, um eine bessere Übereinstimmung mit der menschlichen Wahrnehmung von Helligkeit zu erzielen. Die CIE-Standardlichtart A wird für alle Anwendungen empfohlen, bei denen Glühlampen zum Einsatz kommen.
Lichtmessgeräte
Umgebung in Innenräumen Robuste Handmessgeräte für Drehzahl- und Lichtmessungen sind als benutzerfreundliche Handgeräte zur Messung der Lichtintensität konzipiert. Basierend auf der CIE-Standardlichtart A eignen sich diese Geräte ideal für den Einsatz in Bereichen mit Glühlampenbeleuchtung und liefern unter Leuchtstofflampenbeleuchtung Messwerte mit geringer Fehlerquote in einem Messbereich von 1 bis 200.000 Lux (0 bis 18.580 Foot-Candles).
Diese Geräte sind ideal für alle, die die Lichtverhältnisse in Innenräumen überprüfen müssen, beispielsweise für Fotografie, Theaterbühnenbild, Innenarchitektur und Kinematografie. Sie können im Freien verwendet werden, wenn Vergleichswerte oder Verhältnisse ausreichen, sollten jedoch aufgrund ihrer CIE-Kalibrierung nicht für genaue Intensitätswerte herangezogen werden.
Was ist ein Tauchsieder? Arten von Tauchsieder-Heizelementen Was ist ein Tauchsieder?
Was ist ein industrieller Elektroheizkörper? Was ist ein Industrieheizgerät?