Was ist die Lichtstärke in Candela?

In der Lichttechnik spielen präzise Messgrößen eine zentrale Rolle bei der Planung und Bewertung von Beleuchtungssystemen. Die Lichtstärke, gemessen in der Einheit Candela (cd), beschreibt die Intensität des Lichts in eine bestimmte Richtung. Als eine der fundamentalen fotometrischen Größen liefert sie wichtige Informationen über die Abstrahleigenschaften von Lichtquellen.

Grundlagen der Lichtstärke

Die Lichtstärke ist eine photometrische Größe, die angibt, wie viel Licht eine Lichtquelle in eine bestimmte Raumrichtung abstrahlt. Sie wird mit dem Formelzeichen I dargestellt und ist definiert als der Lichtstrom (Φ) pro Raumwinkel (Ω), der in Steradiant gemessen wird. Die mathematische Beziehung lautet:

I = Φ / Ω

Dabei steht der Lichtstrom für die gesamte von einer Lichtquelle abgegebene sichtbare Lichtmenge, während der Raumwinkel das räumliche Ausmaß beschreibt, in das das Licht abgestrahlt wird.

Die physikalische Einheit der Lichtstärke ist das Candela (cd). Eine Candela ist dabei die Lichtstärke einer monochromatischen Strahlungsquelle bei einer Frequenz von 540 × 10¹² Hz, die in eine bestimmte Richtung eine Strahlstärke von 1/683 Watt pro Steradiant aussendet. Diese Definition basiert auf der Empfindlichkeit des menschlichen Auges und wurde im internationalen Einheitensystem (SI) als Basisgröße verankert.

Im Gegensatz zur Lichtstärke gibt der Lichtstrom, gemessen in Lumen (lm), die gesamte abgestrahlte Lichtmenge einer Quelle unabhängig von der Richtung an. Die Beleuchtungsstärke, angegeben in Lux (lx), beschreibt hingegen, wie viel Lichtstrom auf eine bestimmte Fläche trifft – also das Ergebnis der Lichtausstrahlung auf ein beleuchtetes Objekt. Während die Lichtstärke die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle selbst beschreibt, sind Lichtstrom und Beleuchtungsstärke für die Wirkung des Lichts auf die Umgebung relevant.

Die SI-Basiseinheit Candela

Die Candela (cd) zählt zu den sieben Basiseinheiten im internationalen Einheitensystem (SI) und dient der quantitativen Beschreibung der Helligkeit eines Leuchtmittels. Sie stellt damit eine der grundlegenden Größen der Lichttechnik dar. Die Entwicklung dieser Einheit ist eng mit dem menschlichen Sehempfinden und dem Bedarf an standardisierten lichttechnischen Messgrößen verknüpft.

Historische Entwicklung der Candela als Maßeinheit

Die Ursprünge der Lichtstärkemessung reichen bis ins 19. Jahrhundert zurück, als man versuchte, Flammenlichtquellen als Vergleichsmaßstab zu verwenden. Frühe Referenzen waren etwa die sogenannte Hefnerkerze (benannt nach Friedrich von Hefner-Alteneck) oder Standard-Öllampen. Diese Einheiten basierten jedoch auf physikalisch wenig stabilen Bedingungen und variierten je nach Brennstoff oder Luftdruck. Um eine international einheitliche Referenz zu schaffen, wurde im Jahr 1948 die Candela als SI-Basiseinheit eingeführt. Die ursprüngliche Definition basierte auf der Lichtstärke einer schwarzen Strahlungsquelle bei der Temperatur des erstarrenden Platins.

Aktuelle SI-Definition der Candela

Im Zuge der Vereinheitlichung der SI-Einheiten wurde die Definition der Candela im Jahr 1979 neu festgelegt und zuletzt 2018 im Rahmen der Neudefinition aller SI-Basiseinheiten präzisiert. Die aktuelle Definition lautet: "Die Candela ist die Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Quelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz 540 × 10¹² Hertz aussendet und deren Strahlstärke in dieser Richtung 1/683 Watt pro Steradiant beträgt." Diese Frequenz entspricht grünem Licht im Bereich des sichtbaren Spektrums, für das das menschliche Auge am empfindlichsten ist. Die Zahl 1/683 wurde gewählt, um die neue Definition kompatibel mit der alten zu halten.

Zusammenhang zwischen Candela und Wahrnehmung durch das menschliche Auge

Die Wahl der Frequenz 540 × 10¹² Hertz sowie der Umrechnungsfaktor in der SI-Definition ist nicht willkürlich, sondern orientiert sich an der photopischen Hellempfindlichkeitskurve des menschlichen Auges. Diese beschreibt, wie empfindlich das Auge bei Tageslicht (photopischem Sehen) gegenüber verschiedenen Wellenlängen des sichtbaren Lichts reagiert. Die Candela stellt also keine rein physikalische, sondern eine physiologisch gewichtete Größe dar: Nur Strahlung, die das Auge tatsächlich wahrnimmt, wird berücksichtigt.

Somit bildet die Candela eine Brücke zwischen physikalischer Strahlungsleistung und der visuellen Wahrnehmung des Menschen. Diese Verbindung ist besonders wichtig, da viele Anwendungen in der Lichttechnik – von der Arbeitsplatzbeleuchtung bis zur Straßenbeleuchtung – auf die Wirkung des Lichts auf das menschliche Auge abgestimmt werden müssen.