Lichtstrom, Lichtstärke und Beleuchtungsstärke

Auf jeder LED-Lampe steht eine Zahl in Lumen, im LED-Datenblatt eine in Candela, und für den Schreibtisch empfiehlt die Norm eine Angabe in Lux. Alle drei beschreiben Licht, aber jeweils aus einem anderen Blickwinkel: wie viel Licht eine Quelle insgesamt abgibt, wie viel davon in eine bestimmte Richtung geht und wie viel auf einer Fläche ankommt. Wer Optoelektronik einsetzt, sollte die drei Größen auseinanderhalten können.

Lichttechnik bewertet mit dem Auge

Lichttechnische Größen messen nicht einfach Strahlungsleistung in Watt, sondern gewichten sie mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges. Das Tagsehen ist bei 555 nm (Gelbgrün) am empfindlichsten; zu Rot und Blau hin fällt die Kurve stark ab, Infrarot und Ultraviolett zählen gar nicht. Eine Infrarot-LED kann also viele Milliwatt abstrahlen und hat trotzdem praktisch null Lumen.

Deshalb gehört die Candela zu den sieben SI-Basiseinheiten: Sie ist über eine Strahlungsquelle bei 540 THz (≈ 555 nm) festgelegt, deren Strahlstärke 1/683 W pro Steradiant beträgt.

Die drei Größen

Der Raumwinkel in Steradiant (sr) ist das räumliche Gegenstück zum Winkel: Eine ganze Kugel umfasst 4π ≈ 12,57 sr. Eine Quelle, die gleichmäßig in alle Richtungen 1 cd abgibt, hat also einen Lichtstrom von gut 12,6 lm.

Die Beleuchtungsstärke ergibt sich aus dem Lichtstrom, der auf eine Fläche A trifft:

Für eine punktförmige Quelle gilt außerdem das fotometrische Abstandsgesetz: Die Beleuchtungsstärke nimmt mit dem Quadrat der Entfernung r ab (bei senkrechtem Lichteinfall):

Lichtausbeute: Lumen pro Watt

Wie effizient eine Lampe ist, beschreibt die Lichtausbeute η_v – der Lichtstrom geteilt durch die aufgenommene elektrische Leistung:

Eine klassische Glühlampe erreicht rund 12 lm/W, eine Halogenlampe etwa 15–20 lm/W, eine gute LED-Lampe 100–200 lm/W. Das theoretische Maximum liegt bei 683 lm/W – erreichbar nur mit rein gelbgrünem Licht, das niemand als angenehm empfände. Für weißes Licht liegt die Grenze je nach Spektrum bei etwa 250–350 lm/W. Mehr zu Verlusten und Wirkungsgrad steht unter Energie und Wirkungsgrad.

Lampen kaufen: Lumen statt Watt

Früher war die Wattzahl einer Glühlampe zugleich ein Maß für ihre Helligkeit – alle Lampen arbeiteten mit ähnlicher Lichtausbeute. Seit es Energiesparlampen und LEDs gibt, stimmt das nicht mehr: Watt beschreibt nur noch die aufgenommene Leistung, also den Stromverbrauch. Seit 2013 muss in der EU deshalb der Lichtstrom in Lumen auf der Verpackung stehen. Als grobe Umrechnung von der alten Glühlampe gilt:

Zwei weitere Angaben beschreiben die Qualität des Lichts:

• Die Farbtemperatur in Kelvin (K) sagt, ob das Licht gelblich oder bläulich wirkt. Etwa 2700–3000 K heißt warmweiß (viel Rotanteil, gemütlich), um 4000 K neutralweiß, über 5300 K tageslichtweiß – gut für Werkstatt und Arbeitsplatz.
• Der Farbwiedergabeindex (CRI bzw. R_a, höchstens 100) gibt an, wie natürlich Farben unter der Lampe aussehen. Für Innenräume sollte er mindestens 80 betragen, für Farbarbeiten oder Fotografie eher über 90.

Dazu kommt das Energielabel, das die Lichtausbeute in Klassen einteilt (seit 2021 von A bis G).

Rechnen mit Candela und Lux

LED-Datenblätter geben bei engen Abstrahlwinkeln meist die Lichtstärke in Millicandela (mcd) an. Eine 5-mm-LED mit 20 000 mcd und 15° Abstrahlwinkel wirkt in Strahlrichtung sehr hell, gibt insgesamt aber nur wenige Lumen ab – das Licht ist eben stark gebündelt. Vergleichst du LEDs mit unterschiedlichem Abstrahlwinkel, achte deshalb auf die Lumenangabe.

Zur Orientierung: Eine Vollmondnacht hat etwa 0,2 lx, ein Wohnzimmer 100–300 lx, ein Büroarbeitsplatz 500 lx, ein bedeckter Tag rund 10 000 lx und direkte Sommersonne bis zu 100 000 lx. Ein Luxmeter misst die Beleuchtungsstärke mit einer Fotodiode hinter einem Filter, der die Augenempfindlichkeit nachbildet.

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