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Strahlung vs. Licht – was ist der Unterschied?


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Physiker sprechen meist von Strahlung, Lichttechniker von Licht.
Was nun der Unterschied zwischen Strahlung und Licht genau ist, darum geht es in diesem Beitrag.

Viele denken vielleicht bei dem Begriff Strahlung zunächst an radioaktive Strahlung. Es gibt allerdings eine ganze Bandbreite an Strahlen. Schauen wir uns dazu das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung in Abbildung 1 an. Das Spektrum reicht von Gammastrahlung bis zu unseren Mobilfunkwellen bzw. Radiowellen (vgl. [1,2]).

Strahlung vs Licht Elektromagnetisches Spektrum

Elektromagnetische Wellen und Strahlen

Moment… GammaSTRAHLUNG und RadioWELLEN?
Ja… hier haben sich unterschiedlichen Begriffe in Abhängigkeit des physikalischen Effekts etabliert. Strahlung wird benutzt, wenn es um einen Energieaustausch von Teilchen geht und bei Wellen liegt der Fokus auf der Ausbreitung der Teilchen. Auf die elektromagnetischen Felder gehen wir an dieser Stelle nicht ein, das würde zu weit führen. Wenn du mehr darüber wissen möchtest, empfehle ich dir die Seite des Bundesamts für Strahlenschutz.

Es gibt drei Parameter, in denen sich die elektromagnetischen Strahlen der verschiedenen Bereiche unterscheiden:

  1. Die Wellenlänge λ
  2. Die Frequenz f
  3. Die Energie E

Alle drei Parameter hängen umgekehrt proportional zusammen. Eine kürzere Wellenlänge bedeutet eine höhere Frequenz und auch eine höhere Energie (vgl. [1]).
Einen kurzen Überblick zu elektromagnetischen Wellen allgemein und den genannten Parametern erhälst du in Kürze in einem weiteren Wissensschnipsel.

Unterschied Strahlung und Licht
Abbildung 2: Optische Strahlung beinhaltet ultraviolette (UV-), visuelle (VIS-) und infrarot (IR-) Strahlung.

Optische Strahlung – mehr als Licht

Bleiben wir im Bereich Lichttechnik und Optik. Hier beschränken wir uns auf die Betrachtung der so genannten optischen Strahlung. Wie in Abbildung 2 dargestellt ist, beinhaltet dieser Bereich des elektromagnetischen Spektrums ultraviolette (UV) Strahlung, visuelle (VIS) Strahlung und infrarot (IR) Strahlung. Im Gegensatz zu UV- und IR-Strahlen, reagiert unser Auge auf die VIS-Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 380nm bis 780nm, so dass wir diese Strahlung sehen können (vgl. [2]). 

Kommen wir zurück zur Ausgangsfrage. Wann sprechen wir von Licht und wann von visueller Strahlung?

Auch wenn das menschliche Auge auf den Bereich der VIS-Strahlung reagiert, bedeutet das nicht, dass wir diese Strahlung 1:1 so sehen, wie sie vorherrscht. Das Auge führt eine Art „Bewertung“ der Strahlung durch – d.h. es reagiert auf einige Wellenlängenbereiche weniger, auf andere stärker. Der Begriff Licht beschreibt also den Anteil der VIS-Strahlung, der mit der Empfindlichkeit unseres Auges bewertet wurde (vgl. [2]).

 

Ausflug in die menschliche Physiologie

Unser Auge besitzt verschiedene Rezeptoren, die auf verschiedene Intensitäten des Lichts und auch verschiedene Wellenlängen reagieren – die so genannten Zapfen und Stäbchen. Die Stäbchen sind empfindlicher und reagieren schon auf schwache Lichtreize, daher sind sie für unser Nachtsehen (auch skotopisches Sehen genannt) verantwortlich. Am Tag oder wenn wir uns in einer hellen Umgebung aufhalten (auch photopisches Sehen genannt), würden die Stäbchen „übersteuern“. Es reagieren nun die Zapfen. Von denen haben wir gleich drei verschiedene Arten, die empfindlich für unterschiedliche Wellenlängenbereiche der VIS-Strahlung sind (vgl. [2],[3]).
Mehr zu unseren Zapfen und Stäbchen erfährst du in diesem Beitrag: Die Rezeptoren des Auges.

Wir fokussieren und jetzt auf das Helligkeitsempfinden und das lässt sich für Zapfen und Stäbchen über die so genannten V(λ) bzw. V'(λ) Kurven beschreiben (vgl. [2], S.20). Diese sind in Abbildung 3 dargestellt.

Von Strahlung zu Licht durch die Hellempfindlichkeit des AugesAbbildung 3: Diagramme der spektralen Hellempfindlichkeitsfunktionen des menschen für photopisches ( V(λ)) und skotopisches (V'(λ)) Sehen.

Von VIS-Strahlung zu Licht

Wie funktioniert nun diese Bewertung des Auges mit den V(λ) / V'(λ) Kurven? Physiologisch gesehen sind die Reize, die rotes und blaues Licht, also kurz- und langwellige Strahlung, bei unseren Rezeptoren auslösen geringer als die von grünem Licht. Das führt dazu, dass wir es weniger hell wahrnehmen.
Mathematisch gesehen entspricht diese Helligkeitswahrnehmung einer Multiplikation des VIS-Spektrums mit einer der Kurven und einer anschließenden Integration. So kannst du von einer physikalischen Größe in die lichttechnische oder photometrische Größe umrechnen, wie du es in der Übersicht in Abbildung 4 nachschauen kannst. Andersherum geht es aber nicht! Von einem photometrischen Wert können wir nicht auf das Spektrum schließen! Darum können Lichtquellen mit unterschiedlichen Spektren trotzdem den gleichen Weißeindruck bei uns erzeugen. In Kürze folgt ein Wissensschnipsel zu verschiedenen Lichtquellen. Darin erfährst du mehr darüber.

Physikalische und photometrische Größen

Quellen und weiterführende Literatur

[1] Demtröder: Experimentalphysik 2 – Elektrizität und Optik. 3. überarb. Aufl., Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2004. S. 212
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[2] Baer, Barfuß, Seifert: Beleuchtungstechnik. 4. Aufl. HUSS-Medien GmbH, Berlin, 2016.
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[3] Goldstein: Sensation and Perception. 8th Ed., Wadsworth, Belmont, 2010
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