Beleuchtungstechnik mW/cm2 vs. Lux
MaWin
Ich hab da mal ein Problem mit Licht.
Und zwar ein Lichtsensor (basierend auf Silizium-Photodiode)
der spezifiziert ist mit bestimmten Strom pro mW/cm2,
was wohl auch eine Menge Sinn macht, weil neben dem mit dem
Auge sichtbaren Licht wird auch infrarotes und ultraviolettes
von ihm wahrgenommen.
Dazu eine Zahl nach Normlicht A (schwarzer Strahler), die eine
Umrechnung von mW in Lux ergibt, 1mW/cm2 = 200 lux. So weit,
so gut, man kann also einen Luxmeter daraus bauen.
Da liest man, http://de.wikipedia.org/wiki/Lux_(Einheit),
daß es von unter 1 lux bis 100000 lux geht,
und an anderer Stelle http://www.eoearth.org/article/Solar_radiation
liest man, das Sonnenlicht maximal 1366 W/m2 = 136mW/cm2 haben kann.
Doch die Zahlen passen nicht zusammen, laut dem bis zur Erde
kommenden Licht (von dem auch nur ein Teil in Höhe von ca.
1000 W/m2 den Erdboden erreicht) könnte es nicht mehr als
27200 lux haben, selbst an klaren Sonnentagen und Sonne
genau von oben.
Was hab ich übersehen, wie erklären sich angebliche 100000 lux
bei nur 1.3kW/m2 ? Oder sind die 100000 schlicht falsch ?
Wie ergäbe sich eine Umrechnung nach Normlicht C ?
Die Empfindlichkeitskurve des Seonsrs ist bekannt, die der
Sonne schwankt wohl mit der Helligkeit, so daß der
Zusammenhang nicht mehr ganz linear ist, sondern steigend ?
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
homepage: http://freenet-homepage.de/mawin/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.
Figura Bellissima
> Hi Leute
>
> Ich hab da mal ein Problem mit Licht.
>
> Und zwar ein Lichtsensor (basierend auf Silizium-Photodiode)
> der spezifiziert ist mit bestimmten Strom pro mW/cm2,
> was wohl auch eine Menge Sinn macht, weil neben dem mit dem
> Auge sichtbaren Licht wird auch infrarotes und ultraviolettes
> von ihm wahrgenommen.
>
> Dazu eine Zahl nach Normlicht A (schwarzer Strahler), die eine
> Umrechnung von mW in Lux ergibt, 1mW/cm2 = 200 lux. So weit,
> so gut, man kann also einen Luxmeter daraus bauen.
>
> Da liest man,http://de.wikipedia.org/wiki/Lux_(Einheit),
>
> und an anderer Stellehttp://www.eoearth.org/article/Solar_radiation
> liest man, das Sonnenlicht maximal 1366 W/m2 = 136mW/cm2 haben kann.
>
> Doch die Zahlen passen nicht zusammen, laut dem bis zur Erde
> 1000 W/m2 den Erdboden erreicht) k nnte es nicht mehr als
> 27200 lux haben, selbst an klaren Sonnentagen und Sonne
> genau von oben.
>
> bei nur 1.3kW/m2 ? Oder sind die 100000 schlicht falsch ?
>
> Die Empfindlichkeitskurve des Seonsrs ist bekannt, die der
> Zusammenhang nicht mehr ganz linear ist, sondern steigend ?
> --
> Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
> homepage:http://freenet-homepage.de/mawin/
> de.sci.electronics FAQ:http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
> Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
> Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.
hi mavin
Michael Eggert
Moin!
> Dazu eine Zahl nach Normlicht A (schwarzer Strahler), die eine
> Umrechnung von mW in Lux ergibt, 1mW/cm2 = 200 lux.
Zwischen mW und cd (1 Lux = 1 cd / m²) steht noch die Empfindlichkeit
des Auges. Normlicht A mit 2856K hat sein Maximum aber weit außerhalb
des sichtbaren Bereichs - im Gegensatz zur Sonne. Damit passt dann Dein
Umrechnungsfaktor nicht.
Gruß,
Michael.
Ban
Das Strahlungsäquivalent K verknüpft den Strahlungsfluß mit dem Lichtstrom.
Dabei ist der Maximalwert für das Tagsehen 673 lm/W für monochromatische
Strahlung von 555nm.
Das Sonnenlichtspektrum entspricht weitgehend dem eines schwarzen Strahlers
mit
5800K. Dieser hat ein Maximum bei 500nm, bei Betrachtung der Kurve fallen
etwa 25% der Strahlung in den sichtbaren Bereich, der Faktor K ist
gemittelt etwa 420lm/W.
Die Beleuchtungsstärke E in Lux ist nun 1324W * 70%(Atmosphäre) * 25% * 420
lm/W
ciao
Bansuri von Roon
MaWin
news:i05tg2$3ak$1...@news.eternal-september.org...
Das Strahlungsäquivalent K verknüpft den Strahlungsfluß mit dem Lichtstrom.
> Dabei ist der Maximalwert für das Tagsehen 673 lm/W für monochromatische
> Strahlung von 555nm.
> Das Sonnenlichtspektrum entspricht weitgehend dem eines schwarzen Strahlers
> mit
> 5800K. Dieser hat ein Maximum bei 500nm, bei Betrachtung der Kurve fallen
> etwa 25% der Strahlung in den sichtbaren Bereich, der Faktor K ist
> gemittelt etwa 420lm/W.
> Die Beleuchtungsstärke E in Lux ist nun 1324W * 70%(Atmosphäre) * 25% * 420
> lm/W
> ciao
> Bansuri von Roon
Danke, das heisst, die bei der Photodiode angegebene Umrechnung auf
Basis der Normlicht A Kurve ist falsch um von mW auf lm zu kommen ?
Man müsste mit 4200 multiplizieren statt mit 200 ?
Wann gilt denn welche Kurve?
Die Sonne ist doch wohl ein schwarzer Strahler, also Normlicht A.
Das auf die Erde fallende Licht ist aber durch das blau (pder rot)
des Himmels verändert, Normlicht C ?
Die Augenempfindlichkeit ist wieder eine andere, kein Normlicht
http://de.wikipedia.org/wiki/Normlicht
sondern so was
http://www.medienportal.siemens-stiftung.org/portal/main.php?todo=showObjData&objID=101319
und lux rechnet man nach dem Sinneseindruck wie hell es ist,
also Normlicht C * Augenempfindlichkeit ?
Wenn man hingegen die Erwärmung eines Objekts im Sonnenlicht
(Solarpanel) messen will, nimmt man Normlicht C * Normlicht A
weil die Oberflöäche wie ein schwarzer Strahler absorbiert ?
(zugegeben, schwarznickel wäre mit blaustich, lasen wir das
Detail mal weg)
--
Manfred Winterhoff
Figura Bellissima
> "Ban" <bans...@web.de> schrieb im Newsbeitragnews:i05tg2$3ak$1...@news.eternal-september.org...
>
> Das Strahlungs quivalent K verkn pft den Strahlungsflu mit dem Lichtstrom.
>
> > Dabei ist der Maximalwert f r das Tagsehen 673 lm/W f r monochromatische
> > Strahlung von 555nm.
> > Das Sonnenlichtspektrum entspricht weitgehend dem eines schwarzen Strahlers
> > mit
> > 5800K. Dieser hat ein Maximum bei 500nm, bei Betrachtung der Kurve fallen
> > etwa 25% der Strahlung in den sichtbaren Bereich, der Faktor K ist
> > gemittelt etwa 420lm/W.
> > lm/W
> > ciao
> > Bansuri von Roon
>
> Danke, das heisst, die bei der Photodiode angegebene Umrechnung auf
> Basis der Normlicht A Kurve ist falsch um von mW auf lm zu kommen ?
>
> Wann gilt denn welche Kurve?
>
> Die Sonne ist doch wohl ein schwarzer Strahler, also Normlicht A.
> Das auf die Erde fallende Licht ist aber durch das blau (pder rot)
> Die Augenempfindlichkeit ist wieder eine andere, kein Normlichthttp://de.wikipedia.org/wiki/Normlicht
> und lux rechnet man nach dem Sinneseindruck wie hell es ist,
> also Normlicht C * Augenempfindlichkeit ?
>
> (Solarpanel) messen will, nimmt man Normlicht C * Normlicht A
> (zugegeben, schwarznickel w re mit blaustich, lasen wir das
> Detail mal weg)
> --
> Manfred Winterhoff
" Mal ein Problem mit Licht " ???
Rolf Bombach
>> Dabei ist der Maximalwert für das Tagsehen 673 lm/W für monochromatische
>> Strahlung von 555nm.
>> Das Sonnenlichtspektrum entspricht weitgehend dem eines schwarzen Strahlers
>> mit
>> 5800K. Dieser hat ein Maximum bei 500nm, bei Betrachtung der Kurve fallen
>> etwa 25% der Strahlung in den sichtbaren Bereich, der Faktor K ist
>> gemittelt etwa 420lm/W.
>> Die Beleuchtungsstärke E in Lux ist nun 1324W * 70%(Atmosphäre) * 25% * 420
>> lm/W
>
> Basis der Normlicht A Kurve ist falsch um von mW auf lm zu kommen ?
> Man müsste mit 4200 multiplizieren statt mit 200 ?
Bei Normlicht A sollte der angegebene Faktor schon richtig sein.
A bezieht sich auf Schwarzkörper 2856 K, also eine Farbtemperatur,
welche viel IR (mW) und wenig Licht (lm) gibt, grob gesagt.
Die Photodiode zeigt sozusagen zuviel an. Hält man ein NIR
Filter vor die Diode, zeigt sie fast noch gleich viel an wie
vorher, obwohl gar kein (sichtbares) Licht mehr durchgeht. Der
Faktor 200 wäre dann falsch, er müsste schlicht null sein.
Die Diode misst weder mW/Diode noch lm/diode, sondern eher die Anzahl
Strahlungsquanten pro Sekunde innerhalb der Empfindlichkeit. Allein
schon deshalb ist sie im Roten empfindlicher. Eigenabsorption
von Si usw kommen hinzu. Für die Photometrie (lm) gibt es daher
Dioden mit Blaufilter, die das wenigstens für die lm einigermassen
geradebiegen (BPW21 usw). Die Empfindlichkeit dieser Dioden
ist dann allerdings viel geringer, ein Faktor 5 oder so bei
genanntem Normlicht A (Angabe ohne Gewähr, im Datenblatt von
BPW20 (ohne Filter) und BPW21 stehen 33uA und 7uA bei irgend
einer Normbeleuchtung).
> Wann gilt denn welche Kurve?
>
> Die Sonne ist doch wohl ein schwarzer Strahler, also Normlicht A.
Nein, die Spektralverteilung ist bei rund 6000K ganz anders, Wiensches
Verschiebungsgesetz gibt die Zahlenwerte für das Maximum. Das
Spektrum entspricht viel eher der Augenempfindlichkeit, daher liefert
es viel mehr lm pro W, wie angegeben wurde.
> Das auf die Erde fallende Licht ist aber durch das blau (pder rot)
> des Himmels verändert, Normlicht C ?
Das Himmelsblau ist eine Rayleighstreuung eines geringen Anteils
des Sonnenlichts an den Luftmolekülen. Es sollte die Farbtemperatur
der direkten Sonnenstrahlen kaum beeinflussen. Die C Kurve, die
so ungefähr erreicht wird, ist auf die höhere Temperatur des
Strahlers zurückzuführen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenspektrum#Sonnenspektrum
> Die Augenempfindlichkeit ist wieder eine andere, kein Normlicht
> http://de.wikipedia.org/wiki/Normlicht
> sondern so was
> http://www.medienportal.siemens-stiftung.org/portal/main.php?todo=showObjData&objID=101319
> und lux rechnet man nach dem Sinneseindruck wie hell es ist,
> also Normlicht C * Augenempfindlichkeit ?
Eher Sonnenspektrum mal Augenempfindlichkeit, resp. Integral
über die Wellenlängen.
>
> Wenn man hingegen die Erwärmung eines Objekts im Sonnenlicht
> (Solarpanel) messen will, nimmt man Normlicht C * Normlicht A
> weil die Oberflöäche wie ein schwarzer Strahler absorbiert ?
> (zugegeben, schwarznickel wäre mit blaustich, lasen wir das
> Detail mal weg)
Die Wärmeleistung wäre dann ungefähr die eingestrahlte Intensität
in der Gegend von max 1kW/m^2, mal Reflexions- und Streuverluste
mal die Absorption von knapp 1. Was ich mir nicht erklären kann,
ist, wieviel die Auskopplung an Strom wirklich ausmacht. Irgendwie
wird ja so Energie und damit Wärme weggetragen, das können ja 15%
oder so sein. Lässt man die Anschlüsse offen, wird die elektrische
Leistung in der parasitären Diode der Zelle verheizt. Aber die Farbe
der Zelle ändert sich doch dann nicht? Ab diesem Punkt komme ich
dann nicht mehr mit, sorry.
--
mfg Rolf Bombach
Michael Eggert
Moin!
>Danke, das heisst, die bei der Photodiode angegebene Umrechnung auf
>Basis der Normlicht A Kurve ist falsch um von mW auf lm zu kommen ?
So ist es.
>Die Sonne ist doch wohl ein schwarzer Strahler,
Ja.
>also Normlicht A.
Nein, Normlicht A ist eine funzelige Glühlampe mit Farbtemperatur
<3000K und somit einem Maximum bei >1µm Wellenlänge, deutlich im
Infraroten. Die Sonne hat >5000K und ihr Maximum bei Grün.
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:BlackbodySpectrum_loglog_150dpi_de.png&filetimestamp=20060609125733
>Das auf die Erde fallende Licht ist aber durch das blau (pder rot)
>des Himmels verändert, Normlicht C ?
Das direkte Licht dürfte so um 5200K haben, das von der Atmosphäre
gestreute noch darüber. Also Normlicht D50 oder D55.
>Die Augenempfindlichkeit ist wieder eine andere
Genau, und die zur Umrechnung in lm genutzte Standard-Empfindlichkeit
findest Du hier im zweiten Bild:
http://www.filmscanner.info/Fotometrie.html
Ihr Maximum fällt mit dem Maximum der Sonneneinstrahlung zusammen, was
Wunder (Evolution).
>und lux rechnet man nach dem Sinneseindruck wie hell es ist,
Nach dem _normierten_ Sinneseindruck.
>also Normlicht C * Augenempfindlichkeit ?
Integral[ Leistungsdichte(lambda) * Empfindlichkeit(lambda) d_lambda ]
>Wenn man hingegen die Erwärmung eines Objekts im Sonnenlicht
>(Solarpanel) messen will, nimmt man Normlicht C * Normlicht A
>weil die Oberflöäche wie ein schwarzer Strahler absorbiert ?
Der ideale schwarze Körper absorbiert alles, also die vollständige
eingestrahlte Leistung.
Anhand der Strahlung schwarzer Körper kannst Du ausrechnen, wieviel er
selbst als schwarzer Strahler in Abhängigkeit seiner Temperatur wieder
in Form von Strahlung abgibt. Für einen Satelliten mangels Konvektion
relevant, für Solar-Warmwasser ist die Abstrahlung wohl eher
vernachlässigbar, und bei der Solarzelle sollte man wohl auch besser
auf gute Belüftung achten, wenn man länger Freude dran haben will.
Gruß,
Michael.