Lichtparameter einer Kerze

Wie stehen Lichtstärke, Lichtstrom und Leuchtdichte mit einer Kerze in Zusammenhang?

Lichtstärke und Kerze

Jedem Lichtprofi ist der Begriff Lichtstärke mit seiner physikalischen Einheit „Candela“ bekannt. Es ist der lateinische Begriffe für Kerze. So läßt das schon erahnen, dass diese Einheit von der Kerze abgeleitet wurde. Und so ist das ja auch. Die Lichtstärke (meist als Helligkeit bezeichnet) einer Kerze beträgt ein Candela (1 cd).

D.h. ein LED-Spot mit z.B. 100 cd ist so hell wie 100 Kerzen.

Um zu erfahren, welchen Lichtstrom (Lumen) eine Kerze abgibt, hilft das Verständnis die Definition für Lichtstärke und Lichtstrom zu kennen.

Lichtstrom und Lichtstärke

Als Lichtstrom wird die Summe der Lichtenergie verstanden, die von einer Lichtquelle unabhängig der Richtung abgegeben wird.

Betrachtet man nun das Ganze als eine Kugel mit der Lichtquelle im Zentrum, so verteilt sich der Lichtstrom virtuell auf diese Kugeloberfläche. Aus der Geometrie ist vielen noch bekannt: Kugeloberfläche = 4πr² = 4πsr

Zerlegt in die Produkte bedeutet das:
4 π = 4 x 3,14 = 12,6

r² = sr → Teil der Kugeloberfläche auch Steradiant genannt. Im Prinzip also ein Trichter der z.B. bei einem Radius von 1 m eine Öffnung von 1m² aufspannt. Die Oberfläche einer Kugel beträgt somit 12,6 sr. (man darf sich auch 12,6 „Trichter“ vorstellen)

Setzt man nun den Lichtstrom als Summe aller abgetrahlten „Lichtteilchen“ mit der umfassenden Oberfläche gleich, läßt sich die Berechnungsformel der Lichtstärke ableiten.

Die Lichtstärke errechnet sich aus dem Anteil des Lichtstrom in einem Steradiant.

Kurzum Lumen je Steradiant (vgl. „Trichter“) sind Candela (lm/sr = candela)

Lichtstrom und Kerze

Ein Candela einer Kerze besagt also der anteilige Lichtstrom je Steradiant ist 1 Lumen.

Bei der idealisierten Kerze mit 12,6 Steradiant errechnet sich der Lichtstrom der Kerze somit zu 12,6 lm (=1lm/sr x 12,6sr).
Reduziert man das um den Anteil der Kerze selbst, wo kein Licht abgestrahlt wird, so liegt man dann mit z.B. ca. 10lm Kerzenlichtstrom dort wo auch Wikipedia den Lichtstrom einer Kerze benennt.

Leuchtdichte und Kerze

Es gibt viele akademische Ansätze die Leuchtdichte von Oberflächen oder leuchtenden Flächen, wie z.B. LED-Panelen zu erklären.

Der einfachste Weg ist sich einfach eine Fläche bestehend aus Kerzen vorzustellen. Steht im Datenblatt eines Panels (meist bei TV-Geräten) ein Leuchtdichtewert von z.B. 500 cd/m², so bedeutet das eine Flächenhelligkeit vergleichbar von 500 Kerzen auf einen Quadratmeter.

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Quellenangabe Bilder:
– Von Matthew Bowden www.digitallyrefreshing.com – http://www.sxc.hu/photo/148763, Attribution, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=123396
– CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=356598