C Lichtverteilungskurven
Technische Lichtquellen unterscheiden sich nicht nur in deren Funktionsweise, sondern auch in ihrer Lichtverteilung.
Begriffe:
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Die vom Auge wahrgenommene Strahlung wird durch die physikalische Größe Lichtstrom beschrieben. Der Lichtstrom Φ ist eine physiologische Größe, die weniger die Strahlungsleistung (Bestrahlungsstärke), als vielmehr den Helligkeitseindruck wiedergibt, den die Strahlung hervorruft. Der Lichtstrom ist also eine mit der spektralen Empfindlichkeit des Auges bewertete Strahlungsleistung. Ihre Einheit ist das Lumen (eine 100-W-Glühlampe erzeugt ca. 1380 lm). Die Lichtstärke I eines Strahlers erhält man, wenn man den Lichtstrom Φ durch den räumlichen Winkel Ω dividiert, durch den die Strahlung hindurchtritt. |
Die Herstellerangaben von Lichtverteilungskurven beziehen sich in der Regel auf diese Lichtstärke, die in Candela (cd) gemessen wird. Je nach Bauform ergeben sich sehr unterschiedliche Lichtstärkeverteilungskurven.
Eine der wichtigsten Größen in der Beleuchtungstechnik ist allerdings die Beleuchtungsstärke Eb, die sich aus dem senkrecht einfallenden Lichtstrom Φ und der Größe der beleuchteten Fläche ergibt: E=Φ /A. Die Beleuchtungsstärke beträgt 1 Lux (lx), wenn ein Lichtstrom von 1 Lumen (lm) senkrecht auf eine Fläche von 1 m² fällt.
Für die Messung der Beleuchtungsstärke werden photometrische Meßgeräte verwendet (Belichtungsmesser).
Mit dem Solarmeter ist die Aufzeichnung einer Bestrahlungsstärke-Verteilungskurve möglich. Sie ähnelt in den meisten Fällen der Lichtstärkeverteilungskurve. Es genügt zumeist eine relative Messung der Bestrahlungsstärke in Abhängigkeit vom Raumwinkel.
Durchführung:
Das Solarmeter wird mit Klebeband oder Haushaltsgummi auf einem Kantholz befestigt, das an einer Stativstange drehbar befestigt ist (der Drehpunkt befindet sich unterhalb der Glühlampe). Die Glühlampe ist so angeordnet, daß sie sich in der gleichen Ebene wie die Meßzelle des Solarmeters befindet. Eine darunter angebrachte Winkelscheibe hat eine Teilung in 5- oder 10-Grad-Schritten. Es genügt auch eine Winkelscheibe von 0° - 90°.
Zuerst wird ermittelt, bei welchem Winkel die größe Bestrahlungsstärke vorliegt. Bei zu kleinem Meßwert wird das Solarmeter gfs. näher zur Glühlampe hin verschoben. Anschließend erfolgt die Messung.
Die Messungen können bei verschiedenen Glühlampenpositionen (Lage der Wendel, Glühlampenachse horizontal oder vertikal usw.) oder bei unterschiedlichen Lampenspannungen wiederholt werden.
Auswertung:
Die Meßwerte werden in eine Tabelle eingetragen und die relative Bestrahlungsstärke berechnet. Anschließend wird die Verteilungskurve im Polardiagramm dargestellt.
Meßbeispiel: Verteilungskurve:
Winkel |
E in mW/cm² |
Erel |
0° |
74 |
87 % |
10° |
76,5 |
90% |
20° |
73 |
85% |
30° |
73 |
85% |
40° |
74 |
87% |
50° |
78 |
92 % |
60° |
83 |
97 % |
70° |
85 |
100 % |
80° |
81 |
95% |
90° |
78 |
92 % |
Lichtstärkeverteilungskurven begründen, weshalb Experimente mit Solarzellen in der Regel mit Sonnenlicht durchgeführt werden sollten. Die Abweichungen durch ungleichmäßige Bestrahlung der Solarzellenfläche werden durch Fehler ergänzt, die durch das Abstandsgesetz (E » 1/r²) bedingt sind. Weil Solarzelle ebene Flächen haben, gibt es bei Verwendung von Glühlampen kleine Entferungsdifferenzen zwischen Zellenmitte und -rand.