OPSYTEC Radiometrie-Rechner

Beide Einheiten beschreiben dieselbe Größe — die Bestrahlungsstärke E (Leistung pro Fläche). Da 1 m² = 10 000 cm² und 1 W = 1000 mW, gilt:

Beispiel: Ein UV-Messgerät zeigt 50 mW/cm² — das entspricht 500 W/m².

Die Bestrahlung H (auch Dosis) ist Energie pro Fläche. Der Umrechnungsfaktor ist derselbe wie bei der Bestrahlungsstärke:

Beispiel: Eine geforderte Desinfektionsdosis von 400 J/m² entspricht 40 mJ/cm².

Bei konstanter Bestrahlungsstärke wächst die Dosis linear mit der Zeit — die Grundlage jeder UV-Prozessauslegung (Härtung, Desinfektion, Alterungstests):

Beispiel: 50 mW/cm² über 20 s ergeben 1000 mJ/cm² = 1 J/cm².

Die Umkehrung der Dosisformel: Wie lange muss bestrahlt werden, um eine geforderte Dosis zu erreichen?

Beispiel: Für 1000 mJ/cm² bei 50 mW/cm² sind 20 s nötig; bei nur 10 mW/cm² bereits 100 s (1:40 min).

Die Energie eines einzelnen Photons folgt aus Planck-Konstante h und Lichtgeschwindigkeit c. Je kürzer die Wellenlänge, desto energiereicher das Photon — deshalb wirkt UV-Strahlung chemisch stärker als sichtbares Licht.

Beispiel: Ein 365-nm-Photon (UV-A) trägt 5,44·10⁻¹⁹ J = 3,40 eV.

Die Strahlungsleistung geteilt durch die Energie eines Photons ergibt, wie viele Photonen die Quelle pro Sekunde aussendet:

Beispiel: 1000 mW bei 365 nm entsprechen 1,84·10¹⁸ Photonen/s ≈ 3,05 µmol/s.

Die photosynthetische Photonenflussdichte (PPFD) zählt die Photonen zwischen 400 und 700 nm, die pro Sekunde auf einen Quadratmeter treffen. Aus der spektralen Bestrahlungsstärke E(λ) wird sie durch Integration berechnet (Trapezregel über Ihre Stützstellen; Werte außerhalb 400–700 nm werden ignoriert):

Beispiel: Ein konstantes Spektrum von 1 W/(m²·nm) über 400–700 nm (300 W/m² PAR) ergibt ≈ 1379 µmol/(m²·s).

Die optische Dichte (Extinktion) ist der negative dekadische Logarithmus der Transmission. Jede OD-Stufe bedeutet einen Faktor 10 weniger Licht:

Beispiel: 10 % Transmission → OD 1; 1 % → OD 2; 0,1 % → OD 3.

Die Umkehrung: Aus der optischen Dichte folgt, welcher Anteil des Lichts ein Filter oder eine Probe passiert:

Beispiel: Eine UV-Schutzbrille mit OD 4 bei 365 nm lässt nur 0,01 % der Strahlung durch.

Durchläuft Licht mehrere Filter, Fenster oder Linsen, multiplizieren sich die Transmissionen — die optischen Dichten addieren sich:

Beispiel: Zwei Fenster mit je 90 % und ein Filter mit 50 % ergeben 0,9·0,9·0,5 = 40,5 % Gesamttransmission.

Die photometrische Grenzentfernung ist der Mindestabstand, ab dem eine ausgedehnte Lampe wie eine Punktquelle behandelt werden darf — erst dann gilt das quadratische Abstandsgesetz (Karte unten). Als Faustregel der Licht- und UV-Messtechnik (vgl. DIN 5032-1) wird das 10-Fache der größten leuchtenden Ausdehnung angesetzt; der Fehler der Punktquellen-Näherung liegt dann unter etwa 1 %. Für orientierende Messungen genügt oft das 5-Fache (Fehler wenige Prozent).

Beispiel: Ein LED-Panel mit 200 mm Diagonale ist erst ab d = 2000 mm = 2 m photometrisch „punktförmig“.

Für eine (näherungsweise) punktförmige Quelle nimmt die Bestrahlungsstärke mit dem Quadrat des Abstands ab. Die Näherung gilt im Fernfeld — ab der photometrischen Grenzentfernung (siehe Karte oben); dicht vor Flächenstrahlern fällt E langsamer.

Beispiel: 100 mW/cm² in 100 mm werden in 200 mm zu 25 mW/cm² (doppelter Abstand → ein Viertel).