Lux, Lumen, Kelvin und Nanometer

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Draco

God

Beiträge: 12 241

Lux, Lumen, Kelvin und Nanometer

Montag, 26. April 2010, 16:06

Ich hab ein paar Verständnisprobleme beim Thema Helligkeit / Licht im Bezug auf die unterschiedlichsten physikalischen Dimensionen und deren Kombination. Vielleicht kann mir jemand von Euch helfen.
Und zwar gehts konkret um den Fall der LED-Beleuchtungen bei Aquarien, mir gehts aber auch um die allgemeinen Zusammenhänge. Wenn diese klar sind, kann ich die Erkenntnisse auf meine konkreten Fälle übertragen. Aaaalllsooo....
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Lux, Lumen = Lichtstrom / Helligkeit
Kelvin = Farbtemperatur
Nanometer = Wellenlänge
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Ich erfinde jetzt einfach mal ein Beispiel:
Irgendein Tier benötigt für sein Wachstum 12.000 Kelvin und davon mind. 2000 Lumen. Diese Farbtemperatur lässt sich jetzt auf verschiedenste Art und Weisen erzeugen. In diesem Beispiel soll sie durch Leuchtdioden erzeugt werden. LEDs mit 12.000 Kelvin mit ausreichend hoher Leuchtkraft gibt es aber nicht (für den Fall dass es sie doch gibt sei hier mal angenommen es gäbe sie nicht). Nun kann ich eine weiße LED und eine blaue LED mit großem Abstrahlwinkel nebeneinander plazieren und auf das Tier leuchten lassen. Weil sich die Lichtkegel ab einem Abstand X überdecken, kommt beim Tier eine blau-weiß gemischte Lichtfarbe an. Der LED-Hersteller gibt folgendes an:
weiße LED = 7000 Kelvin
blaue LED = 460 Nanometer
In jedem Fall dürfte das Tier eine höhere Farbtemperatur als 7000 Kelvin abbekommen, weil der Blauanteil hinzukommt, sich mit dem weißen Licht mischt und das "Gesamtlicht" bläulicher wird. Daraus resultieren nunein paar Fragen:
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1.) Wie kriege ich berechnet, welche Farbtemperatur tatsächlich durch die Vermischung entsteht?
2.) Kann man Kelvin und Nanometer jeweils ineinander umrechnen?
3.) Wieso gibts praktisch nur bei weißen LEDs eine Kelvin-Angabe und bei bunten Dioden nur die Wellenlänge?
4.) Lumen: Addieren sich die Lichtströme zweier LEDs?
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Soweit mir bekannt ist hat weißes Licht keine genaue Wellenlänge, daher wird meist mit der Farbtemperatur argumentiert, zwecks Vorstellung des Farbtons.
Zum Lichtstrom weiß ich auch nichts genaueres. Wenn ich zwei LEDs nebeneinander mit jeweils 100 Lumen verbaue, wirken dann 200 Lumen auf das Tier? Kann man das einfach addieren? Desweiteren dürfte der Lichtstrom mit zunehmendem Abstand zum Objekt abnehmen. Kann man das auch berechnen?

Bin gespannt auf Thesen, Antworten und Diskussionen. In den Aqua-Foren haben schon viele eigene Beleuchtungen aus Leuchtdioden gezimmert. Hier und da wachsen diverse Tiere sehr gut, bei anderen überhaupt nicht. Allerdings gibts nirgendwo einen wissenschaftlichen Ansatz, sondern es wird einfach nur grob auf gut Glück eine Anzahl Leuchtdiode verbaut in der Hoffnung, dass das erzeugte Licht die notwendigen Wellenlängen und Lichtströme beinhalten wird. Sowas reicht mir aber nicht, ich will das etwas wissenschaftlicher angehen.

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »Draco« (26. April 2010, 16:10)

cronix

God

Beiträge: 4 679

Montag, 26. April 2010, 16:34

Nur um kurz zum Verständnis für Kelvin (der Farbtemperatur) und Nanometer (Wellenlänge) herzustellen. So wie ich das verstanden habe, gibt die Kelvinzahl einen gewissen Farbeindruck wieder, der ein größeres Wellenlängenspektrum wiedergibt (Also Licht, dass ausverschiedenen Wellenlängen zusammen gesetzt ist) Dafür wurde dann eine Skala angefertigt. Die Nanometer geben die Wellenlänge des Lichts einer LED wieder, da diese ziemlich monochromes Licht absondert, setzt es sich eben nicht wie die Farbtemperatur aus mehren Wellenlänge zusammen, sondern es wird genau ein sehr begrenztes Farbspektrum wieder gegeben.
Also mit umrechnen wirds da wohl eher schwierig.

Mohrchen

Senior Member

Beiträge: 1 661

Montag, 26. April 2010, 17:28

War das doch schön, mit der guten alten Leuchtstoffröhre.

Schau mal hier evtl hilft dir das Teil ja weiter.

es ist unmöglich etwas ganz sicher zu machen denn Dummköpfe sind einfach zu erfinderisch

Lev

God

Beiträge: 4 321

Dienstag, 27. April 2010, 16:23

Die Grundannahme, ein Tier benötigt 12.000K zum Wachstum ist im Prinzip schon der Fehler. Man kann sich natürlich überlegen was nach dem Boltzmann-Gesetz für ein Strahlungsspektrum für den schwarzen Körper bei x K rauskommen würde, aber das sind dann schon eher wieder Näherungen die sich vom Ziel wegbewegen.

Im Prinzip benötigen die meisten Lebewesen ja einfach eine bestimmte spektrale Intensität in bestimmten bereich, Pflanzen z.B. in der Regel Blau und Rot. Man könnte also einen Wellenlängenbereich angeben der mit einer gewissen Intensität (Lux) auf das Lebewesen eingestrahlt werden muss.

Die Farbtemperatur ist dabei eigentlich nur ein grobes Hilfsmittel. Viel wichtiger ist das tatsächliche Spektrum der Lampe. In entsprechenden Datenblättern kann man das auch finden. Problematischer ist es da schon das "Empfangsspektrum" des Tieres zu finden ;P

So oder so, LEDs sind zur Aufzucht von Lebewesen keine ganz einfache Geschichte. Durch die sehr schmalen Linienspektren liegt man da ganz gerne neben dem Sollwert. Durch Mischen ändert sich zwar die subjektive Wahrnehmung des Lichts, die spektrale Zusammensetzung ändert sich aber auch nur diskret.

Aus dem Grund sind Metalldampflampen da im Vorteil. Mit CDM oder HQI Brennern bekommt man relativ natürliche Spektren, die auch deutlich breiter und kontinuierlicher aussehen.

Vielleicht mal noch ein Wort zu Effizienz/Leistung:

Vom Wirkungsgrad aus gesehen sind CDM und HQI Brenner der übrigen Technologie auch deutlich überlegen. Dass man mit LEDs energiesparend Licht erzeugen kann ist nur dann ansatzweise korrekt, wenn mans zur reinen Erhellung benutzt. Dazu kann man praktisch alle spektralen Anteile auch wirklich ausnutzen und liegt dann auf etwas besserem Niveau als die Brenner. Muss man jedoch ein gewisses Spektrum bedienen (bei der Aufzucht), so verliert man relativ viel Lichtleistung in unnötigen Spektralbereichen während man andere Anteile gar nicht erst bedient.

Kurzum:
LED ist gut zum hell machen, aber bei Lebewesen braucht man ne ganze Portion Glück dass das am Ende auch funktioniert. Metalldampflampen mit Brenner und VSG hingegen erzeugen ein sehr viel glatteres Spektrum. Zum Teil sogar mit dem Doppelbauch wie es z.T. von Pflanzen benötigt wird. Farbtemperatur, Lumen und solche Mätzchen sind relativ witzlos wenn der Rest (Wellenlänge/Spektrum) nicht passt. Ich würde mir das mit den LEDs deshalb wirklich gut überlegen, klappen tut das sicherlich hin und wieder, ist halt die Frage ob man dann nicht doch lieber versucht optimale Bedingungen zu schaffen.

Vielleicht auch mal bei einigen Hanfseiten schauen, das ist vom Thema ja ähnlich, und da haben sich auch schon einige Leute Gedanken gemacht. Leider ist klientelbedingt die Qualität der meisten Beiträge dort deutlich abgesenkt.

"When mountains speak, wise men listen" - John Muir

Jogibär

God

Beiträge: 8 190

Donnerstag, 29. April 2010, 21:44

Ich habe vor kurzem eine MC Klausur über alle möglichen Themen geschrieben, ein PDF vom Lernmaterial davon behandelt das Thema Lichtstärke. Ergo, du hast eine PM.

Draco

God

Beiträge: 12 241

Donnerstag, 29. April 2010, 21:45

Habs, danke. Werd mal reinschnuppern

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