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Lichtausbeute
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Die Lichtausbeute (Formelzeichen: η) ist der Quotient aus dem von einer Lampe abgegebenen Lichtstrom Φ und deren Leistungsaufnahme P. Die Einheit ist: lm/W (Lumen pro Watt).
Beispiele
Der Artikel 'Lichtquellen' enthält eine Tabelle mit Beispielen für die Lichtausbeute einiger Lichtquellen.
Details
Die Lichtausbeute stellt einen Zusammenhang her zwischen der physikalischen Größe Watt und der physiologischen Größe Lumen, die von einer empirisch abgeleiteten spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges abhängt.
Nach Definition des Lichtstroms kann eine Strahlungsquelle von 1 Watt Lichtleistung bei einer Wellenlänge von 555 nm (grün) für das hell adaptierte Auge nicht heller als 683 Lumen ([1] 682 lm) erscheinen. Für ein dunkel-adaptiertes Auge liegen die Werte bei 510 nm (blaugrün) und 1725 Lumen. 555 nm und 510 nm sind die jeweiligen Empfindlichkeitsmaxima des Auges.Für andere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche muss die empirische Hellempfindlichkeitskurve v(λ) des Auges berücksichtigt werden.
Das Auge nimmt eine Lichtquelle, die homogen im Bereich von 380–740 nm strahlt, als weißes Licht wahr, aber nur mit einer gegenüber grün verringerten Effizienz von ca. 30 %.
Statt 683 lm ist der Helligkeitseindruck bei einer solche Lichtquelle dann nur ca. 200 lm.
Bei einem Bereich von 410–705 nm ist die Effizienz 36 % und der Helligkeitseindruck ist 240 lm[2]):
mit
v(λ) - Hellempfindlichkeitskurve des Auges
λ - Lichtwellenlänge
Ein schwarzer Temperatur-Strahler ist eine ineffiziente Lichtquelle. Die Abbildung rechts zeigt die Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Wellenlänge für verschiedene Temperaturen. Das menschliche Auge kann nur einen Ausschnitt des Spektrums wahrnehmen. Bei 2000 K entfallen nur ca. 0,2 % (siehe Tabelle) der Strahlungsleistung auf den sichtbaren Bereich. Selbst bei der Optimaltemperatur von 7000 K sind es weniger als 15 % der Gesamtstrahlung, die zur Beleuchtung beitragen.
Den Zusammenhang zwischen der mit der Hellempfindlichkeitskurve gewichteten Strahlungsleistung (gemessen in Watt) und des Helligkeitseindrucks (gemessen in Lumen) stellt das photometrische Strahlungsäquivalent her.
Bei einem Temperaturstrahler ist der prozentuale Wirkungsgrad von Strahlungsleistung im sichtbaren Bereich zu erzeugter Strahlungsleistung stark abhängig von der Temperatur (siehe Diagramm). Das ist der Grund, warum die Lichtausbeute von Glühlampen stark mit der Glühfadentemperatur ansteigt bzw. bei Unterspannung stark abfällt.
Für nichtthermische Strahler, wie zum Beispiel Gasentladungslampen, ist es schwierig, eine Referenztemperatur und damit eine Referenzleistung eines schwarzen Strahlers anzugeben. Aus diesem Grund wird hier die (physiologische) Lichtausbeute nicht als Wirkungsgrad, sondern unmittelbar als Lichtausbeute in Lumen pro Watt (lm/W) angegeben.
Die folgende Tabelle zeigt die Lichtausbeute einiger Lichtquellen (Übersetzt aus der englischen Fassung; bitte weiter verbessern!):
| Kategorie | Typ | Gesamtlichtausbeute (lm/W) | Gesamtlichtausbeute[3] |
|---|---|---|---|
| Flamme | Kerze | 0.3 [4] | 0.04% |
| Glühlampe | 5 W Glühlampe | 5 | 0.7% |
| 40 W Glühlampe | 12.6 | 1.9% | |
| 100 W Glühlampe | 17.5 [5] | 2.6% | |
| Glas Halogen | 16 | 2.3% | |
| Quartz Halogen | 24 | 3.5% | |
| Hochtemperatur-Glühlampe | 35 | 5.1% | |
| Leuchtstofflampe | 5–24 W kompakte Leuchtstofflampe | 45–60 | 6.6%–8.8% |
| 34 W Leuchtstofflampe (T12) | 50 | 7% | |
| 32 W Leuchtstofflampe (T8) | 60 | 9% | |
| 36 W Leuchtstofflampe (T8) | bis 93 | bis 14% | |
| 28 W Leuchtstofflampe (T5) | 104 | 15.2% | |
| Leuchtdiode | weiße LED | 26–70 | 3.8%–10.2% |
| weiße LED (Prototyp) | bis 150 | bis 22% | |
| Bogenlampe | Xenon-Bogenlampe | typ. 30–50; bis 150 | 4.4%–7.3%; bis 22% |
| Quecksilber-Xenon-Bogenlampe | 50–55 [6] | 7.3%–8.0% | |
| Gasentladungslampe | Natriumhochdrucklampe | 150 | 22% |
| Natriumniederdrucklampe | 183 | 27% | |
| 1400 W Schwefellampe | 100 | 15% | |
| Theoretisches Maximum | 683 | 100% |
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