Lichtstärke und Lichtverschmutzung
Warum erscheint eine Kerze schwach und die Sonne blendend? Diese Seite zeigt, wie Lichtstärke gemessen wird, was Lux, Lumen und Candela bedeuten und warum zu viel Licht die Nacht verändert.
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Lux, Lumen, Candela und Watt?
Licht und Schall nehmen wir mit unseren Sinnen wahr. Wir können ungefähr beurteilen, ob etwas doppelt so laut, oder doppelt so hell ist.
Wie hängen diese subjektiven Sinneswahrnehmungen mit messbaren, also objektiven physikalischen Werten/Reizen zusammen?
Wie hell ist das Licht?
Licht ist eine Form elektromagnetischer Strahlung. Unsere Augen können davon nur einen kleinen Bereich als sichtbares Licht wahrnehmen. Um Licht zu beschreiben und zu messen, verwendet man je nach Fragestellung unterschiedliche Einheiten.
Die SI-Einheit der Lichtstärke ist Candela (cd). Sie beschreibt, wie viel Licht eine Lichtquelle in eine bestimmte Richtung aussendet. Eine Kerze hat ungefähr 1 Candela – daher kommt auch der Name, denn candela bedeutet auf Lateinisch „Kerze“. Ein Fahrradscheinwerfer erreicht mindestens 100 cd, oft aber mehr (etwa bis 400 cd). Das Abblendlicht eines Autos hat mindestens
Lumen gibt an, wie viel sichtbares Licht eine Lampe insgesamt aussendet. Je mehr Lumen, desto heller erscheint uns die Lampe.
Beispiele:
- Kerze: etwa 10-15 Lumen
- Alte 60-Watt-Glühbirne: etwa 800 Lumen
- Taschenlampe: mehrere hundert bis tausend Lumen
Watt (W) beschreibt die elektrische Leistung einer Lampe, also wie viel elektrische Energie pro Zeit umgewandelt wird. Die Helligkeit hängt dabei nicht direkt von der Wattzahl ab. Moderne LEDs erzeugen bei gleicher Helligkeit (Lumen) etwa 80-90 % weniger Energieverbrauch als Glühlampen, da bei Glühlampen ein großer Teil der Energie als Wärme verloren geht. LEDs erreichen typischerweise eine Lichtausbeute von 80-150 lm/W, Glühlampen dagegen nur etwa 10-15 lm/W.
Häufig wird auch die Einheit Lux (lx) verwendet. Sie beschreibt, wie viel Licht auf eine bestimmte Fläche trifft.
- Vollmondnacht: etwa 0,1 Lux
- Klassenzimmer: etwa 300-500 Lux
- sonniger Tag: über
100 000 Lux
Der Lux-Wert hängt davon ab, wie weit eine Fläche von der Lichtquelle entfernt ist. Deshalb ist Lux besonders für die Beleuchtungstechnik wichtig. Ein Lux entspricht einem Lumen pro Quadratmeter.
Lumen und Candela sind Sendergrößen. Sie beschreiben das Licht, das von der Lampe ausgesendet wird. Lux ist eine Empfängergröße. Es wird gemessen, wie viel Licht an einer bestimmten Fläche ankommt.
Beobachte wie sich die Werte verändern, wenn du die Lampe näher oder weiter weg bewegst! Löse die 3 Aufgaben!
Diskutiert in der Klasse: Welche Lösungen sind besonders energiesparend?
Warum wird die Nacht immer heller?
Seit Milliarden Jahren bestimmt der Wechsel von Tag und Nacht das Leben auf der Erde. Tagsüber scheint die Sonne – nachts wird es dunkel. Dieser Rhythmus ist der wichtigste Zeitgeber für Menschen, Tiere und Pflanzen.
Wie groß dieser Unterschied ist, zeigt ein Vergleich:
- sonniger Sommertag: etwa
130 000 Lux - mondlose, natürliche Nacht: etwa 0,0001 Lux
Eine natürliche Nacht kann also über eine Milliarde Mal dunkler sein als ein heller Sommertag.
Allerdings wird es nachts in den Städten meist nicht mehr richtig dunkel: Straßenlaternen, Werbeanlagen, Schaufenster, Fassadenbeleuchtung, Gartenbeleuchtung, Lichterketten und Industrieanlagen lassen die Nacht zum Tag werden. Den ungewollt störenden Effekt der Beleuchtungen nennt man Lichtverschmutzung.
Ein Citizen Science Projekt hat herausgefunden, dass in Europa seit 2011 die Aufhellung des Nachthimmels um etwa
Aufgabe: Suche auf der Light Pollution Map einen dieser Orte und vergleiche die Änderung der Lichtverschmutzung in den letzten 10 Jahren!
- deinen Wohnort
- einen Urlaubsort, wo du schon mal warst
- den Wohnort/Herkunftsort von Verwandten
Dunkelheit messen
Lichtverschmutzung kann auf verschiedene Arten selbst gemessen werden. Am einfachsten ist die Beobachtungen mit den bloßen Augen.
Für eine schnelle Einschätzung kann die Lichtverschmutzung auch anhand der 9-stufigen Bortle-Skala eingeteilt werden, die beschreibt, was man am Himmel sieht:
- Klasse 1-3: Die Milchstraße ist gut erkennbar, tausende Sterne sind sichtbar (z. B. Sternenpark).
- Klasse 4-6: Die Milchstraße ist nur in der Mitte des Himmels erkennbar, deutlich aufgehellter Horizont (ländlich/Vorstadt).
- Klasse 7-9: Nur die hellsten Sterne und Planeten sichtbar, Himmel ist grau oder orange (Großstadt).
Sky Quality Meter (SQM): Professionelle Messgeräte messen die Helligkeit des Himmels bezogen auf die Fläche. Dabei gilt: je höher die Zahl, desto dunkler der Himmel. Ein Wert von 21,5 steht für einen exzellenten Sternenhimmel, Werte unter 18 für lichtverschmutzte Städte.
Beleuchtung und Lichtverschmutzung
Lichtverschmutzung lässt die Sterne verschwinden. Verschiebe den Regler!
ohne Lichtverschmutzung
mit Lichtverschmutzung
Besprecht in der Klasse:
- Wo habt ihr schon einmal einen Himmel voller Sterne gesehen?
- Ist ein sichtbarer Sternenhimmel etwas, das wir schützen sollten?
Künstliches Licht in der Nacht kann Auswirkungen auf Menschen, Tiere und Pflanzen haben:
- Bei Menschen kann zu viel Licht den natürlichen Schlafrhythmus stören, da es die Bildung des Hormons Melatonin beeinflusst.
- Auch Tiere sind betroffen: Zugvögel können durch künstliche Lichtquellen bei ihrer Orientierung gestört werden und nachtaktive Insekten werden häufig von Lampen angezogen. Dadurch kann ihr natürlicher Lebensrhythmus beeinflusst werden.
- Pflanzen können durch künstliches Licht in ihrem Wachstum und Blühverhalten gestört werden. Außerdem erschwert die Aufhellung des Nachthimmels die Beobachtung von Sternen und führt zu unnötigem Energieverbrauch.
Maßnahmen gegen Lichtverschmutzung
- Abschalten: Licht nur nutzen, wenn es wirklich notwendig ist.
- Reduzieren: Nicht heller beleuchten als nötig.
- Warm beleuchten: Warmweiße LEDs schützen nachtaktive Tiere besser.
- Ausrichten: Lampen nach unten richten und unnötiges Streulicht vermeiden.
