Ohne die Sonne hätte die Erde keine Energiequelle, um biochemische Prozesse am Laufen zu halten, und es gäbe kein Leben. Ein Merkmal der enormen Energie der Sonne ist die Menge und Qualität des Lichts, das sie ausstrahlt.
Sichtbares Licht macht nur einen kleinen Bruchteil aus elektromagnetische Strahlung, die auch Radiowellen, Mikrowellen, Röntgenstrahlen und andere "unsichtbare" Wellen umfasst. Denn „sichtbar“ ist ebenso ein physiologisches und ein Anliegen wie der Physik an sich – schließlich gab es die Sonne gut vor den Augen – einige Einheiten der Lichtphysik machen dies aus, während andere sich nur mit Lichtenergie befassen selbst.
Das Fußkerze (oder footcandle) ist ein Beispiel für eine Einheit, die auf die Kraft des menschlichen Auges zugeschnitten ist, während eine verwandte Einheit, die Lumen, ist grundlegender für die Physik. Wenn Sie neugierig sind, wie Sie zwischen diesen Einheiten arbeiten, lesen Sie weiter.
Messen des emittierten Lichts: Das Lumen
Das Lumen ist ein Maß für Lichtstrom
Die Candela (cd) wurde vor langer Zeit gewählt, als Kerzen die Hauptform der Haushaltsbeleuchtung waren. Es ist die Menge des emittierten sichtbaren Lichts in eine bestimmte Richtung, von einer Quelle, die Strahlung mit einer festen Frequenz und Intensität aussendet, die einer "typischen" Kerze von damals entspricht.
Das Lumen wiederum ist der "Lichtstrom" von 1 Candela durch 1 Quadratrad (sr) des Raums. Ein Bogenmaß entspricht 360/2π (etwa 57) Grad.
Messung des einfallenden Lichts: Die Footcandle
Die Footcandle stellt die Menge an sichtbarem Licht dar, die von einer 1-cd-Quelle emittiert wird, die auf eine 1 Fuß entfernte Oberfläche trifft: 1 Footcandle = 1 Lumen/ft2. Beachten Sie, dass dies eher eine "Menge" als ein Lichtstrom ist, da Licht als etwas behandelt werden kann, das auf diese Weise quantifiziert werden kann. Licht ist per Definition immer in Bewegung.
Die ursprüngliche Bedeutung der Fußkerze erscheint heute urig, in einer Zeit, in der die von einer einzelnen Kerze erzeugte Lichtmenge im Vergleich zur Leistung moderner menschlicher Beleuchtungsgeräte trivial ist. Dennoch bleiben die Candela, das Lumen und die Footcandle griffbereit und sind beliebte Basis- und abgeleitete Einheiten in der elektromagnetischen Physik.
Lux ist eine der Footcandle ähnliche Einheit, jedoch mit metrischen (SI) Einheiten. Während 1 Footcandle die Lichtmenge von 1 Fuß von einer 1-cd-Quelle ist, ist 1 Lux die Lichtmenge von derselben Quelle in einer Entfernung von 1 m. Weil 1 m = 3,28 ft, 1 m2 = (3.28)2 ft2. Dies wiederum macht 1 cd gleich 10,76 Lux, was das erwartete Ergebnis widerspiegelt, dass Licht "verdünnt" wird, wenn es von seiner Quelle nach außen wandert.
Glühbirnen und Lumen
Sie fragen sich vielleicht, ob die Leistung einer Glühbirne die Lichtmenge beeinflusst, die sie ausstrahlt. Die Antwort lautet ja, wenn auch nicht einheitlich über alle Geräte hinweg. Bestimmte Glühbirnen sind effizienter als andere und können einen größeren Teil ihrer elektromagnetischen Energie in sichtbares Licht umwandeln.
Bei maximaler Effizienz können aus 1 Watt (W) Leistung 683 Lumen „geerntet“ werden. Eine typische 100-W-Glühbirne reicht jedoch nur für etwa 17 Lumen pro Watt. Dies ergibt einen Wirkungsgrad von nur (17/683) = 0,0249 = 2,49 Prozent. Neuere Leuchtdioden (LED) sind weitaus effizienter, aber auch teurer.
Footcandles in Lumen und damit verbundene Umrechnungen
Sie sehen, dass für die Übersetzung von Footcandles in Lumen keine direkte Umrechnung möglich ist, da dies nicht ganz derselbe Datentyp ist. Wenn Sie sich jedoch daran erinnern, dass das einzige Unterscheidungsmerkmal darin besteht, ob es sich um eine Durchflusseinheit in Quadratfuß oder eine strikte Menge handelt, können Sie diese Umrechnungen beherrschen.
Eine Liste anderer hilfreicher lichtbezogener Konvertierungen finden Sie in den Ressourcen.