...Licht

Unsere Sonne emittiert mit der Sonnenstrahlung nicht nur das für uns sichtbare Licht, sondern die gesamte Bandbreite an elektromagnetischer Strahlung. Von der Niederfrequenz zu den Radiowellen, den Mikrowellen, der Infrarotstrahlung, dem sichtbaren Licht mit dem Farbspektrum, der Ultravioletten Strahlung, Röntgenstrahlung, bis zur Gammastrahlung. Das gesamte Spektrum, doch auf der Erde erreicht uns eher wenig davon. Viele der Wellenlängen oder Strahlungen werden von der Atmosphäre der Sonne wie auch der Erde absorbiert und gelangen nicht bis zu uns an die Erdoberfläche. Und das ist auch gut so, denn sonst wäre die Erde für uns eher unbewohnbar. Glücklicherweise werden Mikrowellen, Teile der Radiowellen, Teile der Infrarotstrahlung, Teile der UV-Strahlung durch das Ozon, die Röntgenstrahlung und die Gammastrahlung in den Atmosphären absorbiert, es erreichen uns somit nur Teile der Radiowellen, Teile der Infrarotstrahlung, das sichtbare Licht mit seinem Farbspektrum, Teile der UV-Strahlung. Das ist grob umrissen das, was vom emittierten Licht der Sonne bei uns ankommt.

Und das ist auch die Strahlung, die für uns lebensnotwendig ist, gerade die UV-Strahlung setzt in unserem Organismus lebensnotwendige Abläufe in Gang, so wird beispielweise Vitamin D durch diese Einstrahlung in der Haut gebildet, ein lebensnotwendiges Vitamin, wohingegen gewisse UV-Strahlungen, also Wellenlängen, auch schädlich sein können und beispielsweise Hautkrebs verursachen können. Welche Wellenlängen des Lichts genau welche Prozesse in Gang setzen, ist zurzeit noch Gegenstand von Untersuchungen. Im engeren Sinne wird landläufig aber nur das sichtbare Licht mit dem Farbspektrum auch gemeinhin als Licht bezeichnet, und das ist eben nur ein kleiner Teil der gesamten elektromagnetischen Bandbreite. Und auch dieses erreicht uns nicht komplett, was viele nicht wissen.

Einige Wellenlängen des Farbspektrums schaffen es auch nicht bis zu uns, sie werden in den Atmosphären der Sonne und der Erde durch bestimmte Gase und Partikel absorbiert. Die fehlenden Farben beziehungsweise Wellenlängen werden auf einer Farbscala durch die sogenannten Frauenhoferlinien gekennzeichnet. Das sind schwarze Linien, die die fehlenden Farben kennzeichnen, die es von unserer Sonne nicht auf unseren Planeten schaffen. Diese Farben respektive Wellenlängen werden auch schon in der Atmosphäre der Sonne wie auch in der Atmosphäre der Erde absorbiert. 

Das Licht von anderen Sonnen respektive Sternen erreicht uns in anderer Ausprägung, so gesehen ist Licht nicht gleich Licht. Es hat oft verschiedene Zusammensetzungen.

Und das ist die Grundlage für die Spektralanalyse, die sich, wie der Name schon sagt, mit der Analyse des Farbspektrums auseinandersetzt und diese als wichtiges Instrument nutzt zur Analyse von Sonnen, Sternen und Planeten. Aufgrund der Zusammensetzung des Lichts kann man auf die Zusammensetzung der jeweiligen Atmosphären, beispielsweise deren Gase und deren stoffliche Zusammensetzungen, schließen und somit auf die Beschaffenheit der Sterne und Planeten selbst. Das Licht ist somit auch Träger von Information und hilft uns dabei, das Universum besser zu verstehen.

Das Licht zu erfassen ist also für uns Menschen gar nicht so leicht, das Licht richtig zu erfahren und vor allem einzufangen, wiederzugeben und zu beschreiben eine Herausforderung, weil es sich im Tages- und Jahresverlauf und je nach Sonnenaktivität und geographischer Lage auf der Erde auch immer ändert. Die Auseinandersetzung mit Licht hat sich auch in der Kunst oft widergespiegelt. Gerade die Impressionisten waren versessen darauf, das Licht in seiner ganzen Pracht und Fülle zum Ausdruck zu bringen, es war ein Kampf und Ringen um die Erfassung des Lichts, vielleicht gerade deshalb ist der Impressionismus eine der ganz wichtigen Kunstströmungen unserer Zeit.

Licht ist somit Träger von Information, und nicht nur das, es ist für unseren Organismus lebensnotwendig und ist aber auch, ebenso wichtig, ein Kommunikationsmittel, transportiert Gefühle, Emotionen und ist somit ein essenzieller Bestandteil in unserer Beziehung zueinander, ein essenzieller Bestandteil von Liebe. Licht und Liebe sind somit untrennbar miteinander verbunden und gehen eine Synergie ein. Das Licht, das wir aufnehmen, geben wir an unser Gegenüber wieder ab, wir sind somit Lichtgestalten und strahlen unsere Mitmenschen metaphorisch an. Und das ist die Essenz dessen, um was sich meine Arbeit dreht. Doch wie können wir das sichtbare Licht vielleicht noch genauer beschreiben?

Neben natürlichen Lichtquellen wie der Sonne, Sternen und Feuer gibt es die künstlichen wie Glühbirnen, Leuchtdioden, Leuchtröhren… also Leuchtmittel im Allgemeinen. Und wir sind hier bei den direkten Lichtquellen, indirekte Lichtquellen wie der Mond, strahlen das einfallende Licht nur ab, deren Lichtabstrahlung kann aber natürlich genauso physikalisch beschrieben und klassifiziert werden.

Leuchtmittel strahlen meist nicht alle Wellenlängen oder Farben des sichtbaren Lichts ab, werden damit oft auch nicht so angenehm erfahren wie Tageslicht. Dennoch gibt es mittlerweile Leuchtmittel, die dahingehend optimiert sind, dass sie dem natürlichen sichtbaren Licht in seiner Bandbreite sehr nahekommen. Der CRI-Wert von Leuchtmittel gibt diese, nennen wir es einmal Lichtechtheit, an. Je höher der CRI-Wert ist, desto vollständiger ist das ausgesendete Farbspektrum. Tageslicht wird ein CRI-Wert von 100 zugeordnet, beste Leuchtmittel erreichen zur Zeit einen CRI-Wert von über 90.

Um Lichtquellen und das sichtbare Licht nun genauer physikalisch klassifizieren, einteilen und vergleichen zu können, bedienen wir uns verschiedener Maßeinheiten, die da sind, …

Candela – Lichtstärke

Lumen – Lichtstrom

Lux – Beleuchtungsstärke

Kelvin - Farbtemperatur

Gehen wir von den sieben Basiseinheiten für physikalische Größen aus, den sogenannten SI Einheiten aus dem Systeme International d’Unites, dem Internationalen Einheitensystem für physikalische Größen.

Die sieben Basiseinheiten:
 

Sekunde (s) 
      für die Zeit 

Meter (m) 
       für die Länge 

Kilogramm (kg) 
        für die Masse 

Ampere (A)   
        für die elektrische Stromstärke 

Kelvin (K)     
       für die Thermodynamische Temperatur 

Mol (mol)    
        für die Stoffmenge 

Candela (cd)   
         für die Lichtstärke 

Diese Basiseinheiten wurden in dieser Reihenfolge im 'Systeme International' festgelegt. Von den Basiseinheiten werden andere Größen im Normalfall abgeleitet.

Da wären wir in Bezug auf das Licht bei der Größe Candela angelangt für die Lichtstärke.

Candela (cd) (lat., Kerze) ist also die internationale Basiseinheit oder SI-Einheit für die Lichtstärke und wurde namentlich 1948 eingeführt und ersetzte die bis dahin gebräuchliche Einheit „Neue Kerze“.

Die Größe Candela wurde so gewählt, dass 1 Candela, 1 cd, etwa der Lichtstärke einer Haushaltskerze entspricht. Doch was ist nun die Lichtstärke, was genau gibt diese an?

Sie gibt die Stärke eines von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichtstroms (Lumen) in eine bestimmte Richtung an. Das heißt, dass beispielsweise ein Scheinwerfer, der den Lichtstrom (Lumen, lm) bündelt, heller sein kann als eine Lampe, die den gleichen Lichtstrom (Lumen, lm) rundum abstrahlt. Dies wird mit der Lichtstärke beschrieben, und somit in Candela angegeben.

Berechnet wird die Lichtstärke aus Lichtstrom durch Raumwinkel. Kurzgeschrieben:
 Candela (cd) = Lumen (lm) / Steradiant (sr).

Daraus erkennt man, dass die Größe Candela so gesehen also von dem Lumen abgeleitet wird, was bei einer Basisgröße aber untypisch ist. Deshalb wurde darüber diskutiert, das Lumen als Basisgröße anstatt der Candela zu definieren. Dies wurde aber nicht umgesetzt, da befürchtet wurde, dass dadurch zu viel geändert werden müsste.

Ein paar Vergleichswerte zur Lichtstärke, Candela:

1 cd entspricht:
         einer Haushaltskerze

58 cd:
          Glühbirne 60 W

100 cd: 
           Fahrradbeleuchtung in Österreich, Glühlampe 100 W

400 cd:   
            Tagfahrlicht bei beispielsweise PKW

40000 – 70000 cd:
            Fernlicht bei Fahrzeugen

30.000.000.000.000.000.000.000.000.000 cd:
           Sonnenlicht

Der Candela-Wert wird bei handelsüblichen Leuchtmitteln eher nicht angeben, da hat die Lumen Zahl eine größere Bedeutung. Deshalb ist auch für mich die Candela-Angabe bisher meist keine Orientierung für meine Arbeit mit Licht.

Lumen (lm) (lat. Licht, Leuchte, Glanz) ist die SI-Einheit für die Angabe des Lichtstromes. Wichtiger im täglichen Gebrauch ist also die Angabe des Lumen Wertes. Diesen sieht man mittlerweile auf fast jeder Verpackung eines handelsüblichen Leuchtmittels, und hat auch deshalb auf meine Arbeit einen höheren Einfluss. Er macht die Leuchtmittel besser vergleichbar als die Angabe der Candela Größe.

Der Lumen Wert gibt an, wieviel Licht eine Lichtquelle abstrahlt in einer gewissen Zeitspanne und das im Allgemeinen, also nicht nur in eine bestimmte Richtung wie bei Candela. Er gibt also dadurch einen guten Anhaltspunkt über die Helligkeit eines Leuchtmittels. Der Lumen Wert wird nun bei Leuchtmitteln normalerweise angegeben und hat die Wattangabe an Bedeutung verdrängt, vor allem bei LED-Leuchtmitteln, die eine jetzt viel geringere Wattanzahl besitzen, aber verhältnismäßig sehr viel mehr Licht abstrahlen als frühere Glühbirnen. Es lässt sich daraus nun also relativ gut ablesen, wie hell ein Leuchtmittel ungefähr ist.

Zur Definition erspare ich Ihnen nun ausführliche Formeln aber nur so viel, das Lumen wird auch über die Strahlungsleistung in Watt definiert. Es gibt also insofern einen direkten Zusammenhang zwischen Lumen und Watt.

Geschichtlich gesehen wurde die Einheit Lumen im Jahr 1894 von André-Eugène Blondel vorgeschlagen und im Jahr 1896 auf dem Internationalen Elektrikerkongress in Genf angenommen.

Zu dieser Zeit war es noch üblicher, die Helligkeit von Lichtquellen über die Lichtstärke der Einheit Candela zu vergleichen. Das hat sich heute geändert und der Vergleich von Lichtquellen über den Lichtstrom mit der Einheit Lumen ist nun gebräuchlicher. Die heute gültigen Definitionen von Candela und Lumen sind seit 1979 gültig und seit 2019 in Kraft.

Und jetzt ein paar Vergleiche in Lumen:

400 lm
           herkömmliche Glühbirne 40 W, LED-Glühbirne 4 W

700 lm
           herkömmliche Glühbirne 60 W, LED-Glühbirne 7 W

1300 lm
          herkömmliche Glühbirne 100 W, LED-Glühbirne 11 W

10.000 – 50.000 lm
         Tageslicht, je nach Jahres- oder Tageszeit und Grad der Bewölkung.

Diese Vergleichswerte sind nur Annäherungswerte und stimmen ungefähr, man kann aber nicht erwarten, dass Herstellerangaben hier immer eins zu eins übereinstimmen, da teilweise unterschiedliche Messmethoden angewandt werden. Aber der Anhaltspunkt wird in den letzten Jahren immer besser und vergleichbarer.

Für meine Arbeit ist es bei Leuchtmitteln, wie LED-Glühbirnen und LED-Spots wichtig, eine möglichst hohe Lumen Zahl und somit Helligkeit zu wählen, die bei Bedarf heruntergedimmt werden kann. Somit ergibt sich für meine Arbeit eine schön zu variierende Helligkeit, je nach Bedarf und für jede Stimmung modulierbar.

Das Lumen ist nicht mit dem Lux zu verwechseln, Lux, der Einheit der Beleuchtungsstärke, die angibt, wieviel Licht in einer gewissen Zeitspanne auf eine gewisse Fläche auftrifft. Also, einfach gesagt, gibt Lux die Helligkeit an einem beleuchteten Ort an, also quasi die Ausleuchtung.

Lux (lx) (lat., Licht) ist also die physikalische SI-Einheit für die Beleuchtungsstärke einer Lichtquelle. Die Beleuchtungsstärke ist über den Lichtstrom definiert. Trifft ein Lichtstrom mit 1 Lumen (lm) gleichmäßig auf eine Fläche von 1 Quadratmeter (m²) dann spricht man von einer Beleuchtungsstärke von 1 Lux (lx).

Diese Einheit Lux wurde, wie das Lumen und andere photometrische Einheiten, im Jahr 1894 von André-Eugène Blondel vorgeschlagen und im Jahr 1896 auf dem Internationalen Elektrikerkongress in Genf angenommen. 

Im Haushaltsbereich ist die Angabe der Lux Zahl eher kaum bedeutend. Sie wird von den Herstellern auf haushaltsüblichen Leuchtmitteln auch meist nicht angegeben, hängt ja auch von Umgebungsfaktoren ab, und war deshalb auch für meine Arbeit bisher nicht von großer Relevanz. Ich lasse mich im Allgemeinen vom Gefühl, dass mir die Lichtquelle vermittelt, am meisten leiten. Wichtig für das Gefühl, dass das Licht vermitteln kann, ist auch in großem Anteil dessen Farbtemperatur, ob diese sozusagen von kalter oder warmer Eigenschaft geprägt ist. Um diese Temperatur anzugeben, bedient man sich einer anderen Maßeinheit…

Kelvin (K) ist nicht nur eine Einheit zur Angabe von Temperatur, sondern auch für die Farbtemperatur des Lichts von Lichtquellen. Diese ist bei Leuchtmitteln, vor allem auch bei LED-Leuchtmitteln, sehr wichtig geworden und wird von den Herstellern beinahe immer angegeben. Das ist auch gut so, denn der Wert gibt einen einigermaßen guten Hinweis darauf, wie angenehm das Licht für den Raum und die Augen sein kann.

Mit steigender Farbtemperatur wechselt der Farbeindruck des Lichts von Rot über Weiß bis ins Blaue hinein, also sprichwörtlich von warmen Farben bis in kalte Farben hinein. Das heißt also, je höher die Farbtemperatur, desto kälter das Licht. Da bekannterweise rötliche Farben als warm und bläuliche als kalt empfunden werden, empfiehlt es sich, bei der Wahl des Leuchtmittels darauf größeres Augenmerk zu legen.

Die Einheit Kelvin wurde nach William Thomson, dem späteren Lord Kelvin, benannt, der die thermodynamische Temperaturskala vorschlug. Bis 1967 wurde die Einheit auch „Grad Kelvin“ benannt.

Die Angabe der Farbtemperatur ist für meine Arbeit schon eher sehr bedeutend, sie wird auch glücklicherweise von Herstellern für Ihre Leuchtmittel angegeben. Auch hier aber variieren die Angaben der Farbtemperaturen zwar auch von Hersteller zu Hersteller, geben aber einen guten Anhaltspunkt. Haushaltsübliche Leuchtmittel weisen Farbtemperaturen von unter 3.300 Kelvin aus, was als Warmweiß bezeichnet wird, von 3.300 bis 5.300 Kelvin, was als Neutralweiß bezeichnet wird und bis über 5.300 Kelvin auf, was Tageslichtweiß entspricht und einen hohen Blauanteil besitzt.

Wichtig für meine Arbeit ist in Innenräumen, eine eher warme Farbtemperatur zu wählen, um eine gemütliche Atmosphäre zu schaffen. Denn eine kühle Farbtemperatur des Lichts, die ins bläuliche geht, vermittelt auch wirklich ein kühles und eigentlich unangenehmes und ungewohntes Gefühl. 

Zudem haben Studien ergeben, dass blaues, tageslichthelles Licht sich vor allem abends negativ auf den Schlaf auswirken kann. Wenn blaues Licht auf das Auge trifft, aktiviert das den Körper, es werden gewisse Hormone ausgeschüttet, die den Organismus wachhalten, da der Eindruck von Tageslicht erweckt wird. Das wühlt am Abend zu sehr auf und führt oft zu unruhigem Schlaf. Deshalb für meine Arbeit für die Innenbeleuchtung ein „No-Go“. Und auch deshalb sollte man am Abend am besten auf zu ausgedehntes Arbeiten an Computer und Handy verzichten, oder man verwendet dabei einen Blaufilter. Das könnte helfen.

Und nun, nur um das erwähnt zu haben, es handelt sich bei meinen Ausführungen um keine wissenschaftliche Arbeit, Diplomarbeit oder Doktorarbeit und zielt nicht auf Vollständigkeit ab. Meine Ausführungen sollen einen kurzen Überblick verschaffen, zur Auseinandersetzung anregen, und auch einen Hintergrund zu meiner Arbeit liefern. 

Wenngleich ich bei meiner Arbeit auf mein Gefühl vertraue, den physikalischen Maßeinheiten in dem Sinn nicht allzu große Bedeutung zukommen lasse…Gefühl lässt sich nicht so einfach messen und ist damit für mich mehr als die nackten Zahlen….

In diesem Sinne…..Fiat Lux!