Titel: Ueber Lichtmessungen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1883, Band 248 (S. 454–460)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj248/ar248186

Ueber Lichtmessungen.

Mit Abbildungen auf Tafel 31.

W. Thomson (Elektrotechnische Zeitschrift, 1883 S. 136) fand, daſs die Sonnenstrahlen, welche durch eine Oeffnung von 0mm,9 Durchmesser hindurchgingen, 126 Kerzen entsprachen. Da die Kerzenflamme eine 280,7 groſse Fläche zeigte, so war diese etwa 420mal so groſs als die Fläche der erwähnten kleinen Oeffnung und in Folge dessen die Intensität des von der Sonnenscheibe ausgehenden Lichtes 126 × 420, d.h. ungefähr 53000 mal so groſs als die Lichtstärke einer Kerze. Diese von Thomson berechnete Gröſse ist demnach mehr als 3 mal so groſs als das |455| von Arago durch direkte Vergleichung des Sonnenlichtes mit dem Kerzenlichte gefundene Resultat.

E. Voit berichtet im Bayerischen Industrie- und Gewerbeblatt, 1883 S. 26 über die auf der Elektrotechnischen Ausstellung in München 1882 ausgeführten Lichtmessungen. Da bei Messung groſser Lichtstärken ein kleiner Fehler in der Einstellung des Photometerschirmes einen groſsen Fehler in dem daraus berechneten Helligkeitsverhältnisse beider Lichtquellen bedingen würde, so wurde zunächst der Einlochbrenner mit einem Argandbrenner von etwa 12 Kerzen, dieser mit einem Siemens'schen Regenerativ-Gasbrenner von etwa 120 Kerzen und endlich dieser mit einer Bogenlampe verglichen. Es wurde hierdurch gleichzeitig erreicht, daſs der für die Genauigkeit der photometrischen Beobachtungen so störende Farbenunterschied der Lichtquellen beträchtlich abgeschwächt wird, indem das Licht der Einloch-Argand-Siemens-Brenner und der Bogenlampe aus Gelb immer mehr in Weiſs übergeht.

In dem in Fig. 7 Taf. 31 gezeichneten Grundrisse des Beobachtungsraumes sind AB und BC 2 Maſsstäbe von 4 bezieh. 10m Länge, auf welchem sich 2 Photometerschirme D und E verschieben. Mit Hilfe des Photometers D kann der Einlochbrenner a mit dem Argandbrenner b und dieser sodann mit dem Siemensbrenner c verglichen werden, endlich letzterer durch das Photometer E mit der Bogenlampe d. Bei vielen Bestimmungen der Helligkeit von Bogenlampen wurde der Einlochbrenner a an Stelle des Argandbrenners gebracht und nun ganz gleichzeitig die Einstellung von D für a und c, und von E für c und d ausgeführt. Die minder hellen Glühlampen konnten auf dem Maſsstäbe AB direkt mit dem Einlochbrenner verglichen werden.

Die photometrischen Messungen an Glühlampen zerfallen in relative und absolute; durch die ersteren soll die Vertheilung der nach den verschiedenen Richtungen stattfindenden Lichtausstrahlung ermittelt werden, während die letzteren die von einer bestimmten elektrischen Arbeit entwickelte Lichtmenge festzustellen haben.

Die relativen Lichtstärken der Glühlampen wurden so gemessen, daſs man zwei möglichst identische Lampen in den gleichen Stromkreis einschaltete und nun, während die eine in ihrer Stellung verblieb, die andere um ihren Mittelpunkt drehte. In jeder Lage verglich man die Lichtstärken beider Lichtquellen und konnte somit, wenn die Lichtstärke der gedrehten Lampe in einer Richtung als Einheit angenommen, die nach allen übrigen Richtungen in Zahlen ausdrücken. Um die gewonnenen Resultate übersichtlich wiederzugeben, wählte Voit eine graphische Methode, indem er die Richtung und Gröſse des ausgesendeten Lichtes durch die Richtung und Gröſse von geraden Linien darstellte. In Fig. 9 und 10 Taf. 31 ist z.B. in dieser Weise die Lichtstärke einer von Hagenbach untersuchten Edison-Lampe für zwei auf einander senkrechte Ebenen aufgetragen. Es ist nun klar, daſs man bei der ungleichmäſsigen Lichtvertheilung |456| nicht allein in einer Richtung die Messungen ausführen darf, sondern in mehreren beobachten muſs, wenn man vergleichbare Zahlen erhalten will; insbesondere wird dies dann nothwendig sein, wenn bei den einzelnen Lampen, wie es thatsächlich der Fall, die Lichtvertheilung als vollkommen verschieden sich nachweisen läſst. Durch einfache Rechnung kann aus den Beobachtungszahlen ein Faktor gefunden werden, mit welchem die Lichtstarke einer Richtung multiplicirt werden muſs, um die sogen, mittlere räumliche Intensität zu erhalten, welche bei gleicher ausgestrahlter Lichtmenge und gleicher Vertheilung derselben in erwähnter Richtung auftreten würde.

Die Form der Kohlenfäden bei neueren Lampen, insbesondere der von Müller in Hamburg, scheint darauf zu deuten, daſs die Fabrikanten eine nach allen Richtungen gleich helle Lampe herstellen wollten und dies durch die Windungen des Kohlenfadens zu erreichen suchten. Mit Hilfe einer einfachen theoretischen Betrachtung läſst sich jedoch nachweisen, daſs unter der Voraussetzung gleicher Helligkeit des ganzen Kohlenfadens der Einfluſs einer solchen umständlichen Form desselben auf die Lichtvertheilung nur gering, dagegen fast ausschlieſslich der Querschnitt des Kohlenfadens maſsgebend ist. Bei kreisförmigem Querschnitte, wie er bei den Lampen von Müller und Swan vorkommt, ist die Lichtvertheilung weit regelmäſsiger als bei der Lampe von Edison und Maxim, deren Kohlenfaden einen rechteckigen und besonders bei letzterer einen lang gestreckten Querschnitt haben.

Zu den absoluten Messungen wurde in einer Stellung der Lampe ihre Lichtstärke mit dem Einlochgasbrenner verglichen, während gleichzeitig die Messungen über die verbrauchte mechanische und elektrische Arbeit zur Ausführung kamen. Die Resultate, welche durch solche Versuche gewonnen werden können, sind auf Grund von Beobachtungen, welche A. Jamieson für eine Reihe von Glühlampen gewonnen hat, vorgeführt. In Fig. 17 Taf. 31 sind als Abscissen die in der Lampe zur Lichtentwickelung verbrauchten Arbeitsgröſsen und als Ordinaten die entwickelten Lichtstärken aufgetragen. Es ist sofort ersichtlich, daſs die Lichtstärke bei allen Lampen rascher wächst als die aufgewendete Arbeit, daſs wenn man etwa unter sonst ganz gleich bleibenden Verhältnissen die Arbeit von 0e,05 auf 0e,10 sich steigern läſst, die Lichtstärke der Edison-Lampe von 8,5 auf 55,0 anwächst. Nach Voit lassen sich diese Beobachtungen durch die gemeinsame Formel L = a(A)3 darstellen; wenigstens entspricht die aus der Formel gerechnete Curve sehr nahe den aus den Beobachtungszahlen construirten. Selbst wenn die Formel nicht genau das Gesetz bezüglich des Zusammenhanges von verbrauchter Arbeit und entwickelter Lichtstärke ausspricht, so kann doch schon, wenn sie angenähert richtig, eine wichtige Folgerung daraus gezogen werden. Man sieht nämlich, daſs so lange die Leistungsfähigkeit der Lampen nicht überschritten ist, bei gleichem Gebrauche die Edison-Lampe |457| eine doppelt so groſse Helligkeit als die Maxim-Lampe liefert und daſs im Allgemeinen der Coefficient a ein Mals für die Güte der Lampen abgibt. Die Versuche sind noch nicht zahlreich genug, um mit Sicherheit schlieſsen zu können, wovon dieser Coefficient a abhängig ist und ob derselbe, wenn man eine groſse Lichtstärke der Lampe erzielen will, einen geringen Werth haben muſs. Es wird dies wohl eine der wichtigsten Aufgaben für spätere Untersuchungen bilden, weil hierdurch Regeln für die Construction von Glühlampen gewonnen werden können.

Weit schwieriger als die Beobachtungen an Glühlampen sind die photometrischen Messungen bei Bogenlampen, einerseits, weil die Lichtstärken weit gröſser, und andererseits, weil dieselben viel wechselnder sind. Es ist wohl selbstverständlich, daſs durch den Mechanismus, welcher die Kohlen der Bogenlampen in constanter Entfernung zu halten hat, nicht unbeträchtliche Schwankungen in der Lichtstärke bedingt werden. Bei den im Münchener Glaspalaste ausgeführten Lichtmessungen war man bestrebt, möglichst genau die mittlere Lichtstärke der Bogenlampen und gleichzeitig die Schwankungen derselben zu erhalten. Es wurde zu diesem Zwecke mit dem Photometerschirme fortwährend der Lichtschwankung gefolgt, so daſs derselbe in jedem Augenblicke richtig eingestellt war. Die Ablesungen der Photometerstellungen erfolgten nun auf Zuruf in gleichen Zeitabschnitten alle 10 Sekunden.

Wie bei den Glühlampen waren auch bei den Bogenlampen relative Messungen nothwendig, um die Vertheilung des ausgestrahlten Lichtes kennen zu lernen: in horizontaler Ebene ist zwar, wie aus verschiedenen Beobachtungen hervorgeht, ein wesentlicher Unterschied in der Lichtstärke nicht, dagegen ist er sehr bedeutend in vertikaler Ebene. Es wäre am angenehmsten gewesen, die Messungen über und unter der Horizontalen direkt machen zu können, d.h. das ganze Photometer um den betreffenden Winkel zu neigen, unter welchem man messen wollte. Neben der groſsen hierdurch bedingten Umständlichkeit des Apparates hätte man auch die Vergleichslichtquellen um den gleichen Winkel neigen müssen, was jedenfalls bei dem Regenerativbrenner nicht ausführbar ist, ohne seinen ganzen Betrieb beträchtlich zu stören. Man zog es deshalb vor, das Licht der Bogenlampe B (Fig. 8 Taf. 31) durch einen Spiegel S aufzufangen und horizontal auf den Photometerschirm P zu werfen. Es muſste natürlich der Schwächungscoefficient des Spiegels durch eine Voruntersuchung ausgemittelt werden, um dann aus den Vergleichungen mit der Lichtquelle (L) die Lichtstärken zu rechnen, welche die Bogenlampe unter verschiedenen Winkeln gegen die Horizontale aussendet.

In Fig. 11 Taf. 31 ist die Lichtstärke einer durch eine Gleichstrommaschine bedienten Lampe nach den Beobachtungen von Allard dargestellt. Es ist hieraus ersichtlich, daſs die Lichtstärke von der Horizontalen nach unten hin rasch zunimmt, daſs dieselbe etwa unter 60° gegen den Horizont beinahe 6 mal gröſser, sodann aber rasch kleiner wird, während sie nach |458| oben von der Horizontalen aus langsam abnimmt. Es ist klar, daſs man bei dieser ungleichmäſsigen Lichtvertheilung, welche auch bei verschiedenen Bogenlampen etwas wechselnd ist, für jede Lampe eine Reihe von Beobachtungen vorzunehmen hat, um die mittlere räumliche Lichtstärke aus denselben berechnen zu können.

Niemand wird die eigentümliche Form der Lichtausstrahlung erblicken, ohne sich die Frage nach der Ursache derselben vorzulegen. Wenn auch bis jetzt eine genaue theoretische Betrachtung nicht anzustellen ist, kann man doch mit ziemlicher Sicherheit aus den vorliegenden Thatsachen den Schluſs ziehen, daſs die jeweilige Form der Kohlen die Lichtvertheilung bedingt. Die positive – bei den gewöhnlichen Lampen meist obere – Kohle sendet 85 Procent des ganzen Lichtes, die negative nur 10 und der Flammenbogen 5 Proc. aus. Man begeht daher durch die vorläufige Annahme, daſs alles Licht von der positiven Kohle ausstrahle, keinen groſsen Fehler, und dann ist nach der Form der Kohle, wie sie aus Fig. 14 Taf. 31 zu ersehen, die eben angegebene Lichtvertheilung eine einfache Folgerung. (Vgl. auch Engineering, 1883 Bd. 37 * S. 361 und 387.)

Bestärkt wird dieser Schluſs durch die Beobachtung der Lichtvertheilung bei einer von Wechselströmen bedienten Lampe, wobei rasch hinter einander die positive Kohle zur negativen wird und umgekehrt. Beide Kohlen verzehren sich deshalb auch gleichmäſsig, entsprechend der Figur 12 und die Lichtvertheilung ist daher auch eine gleichmäſsigere, wie in Figur 13 Taf. 31.

Es ist ferner durch eine einfache Verstellung der Kohlen einer von einer Gleichstrommaschine getriebenen Lampe die Lichtvertheilung vollkommen zu ändern. Man traf z.B. bei Leuchtthürmen die Anordnung, daſs man die Achse der unteren Kohle in eine Vertikale mit der vorderen Kante der oberen Kohle brachte, wodurch die Lichtvertheilung folgende wurde:

nach vorn 287 nach hinten 38
rechts 116 links 116,

wobei die horizontale Lichtstärke bei der gewöhnlichen Kohlenstellung = 100 gesetzt ist. In Fig. 15 und 16 Taf. 31 ist diese Lichtwirkung graphisch dargestellt.

Es ist nicht unwichtig, hier darauf aufmerksam zu machen, daſs eine Reihe von eigenthümlichen Erscheinungen, welche die Bogenlampen darbieten, ihren Grund in der verschiedenen Lichtvertheilung haben. So ist es klar, daſs eine Bogenlampe für Gleichstrom eine gröſsere Fläche nie gleichmäſsig beleuchten wird; sie kann daher in einem Museum, wo sie ausgedehnte Wandflächen erleuchten soll, nicht ohne besondere Vorkehrungen (Reflectoren u. dgl.) verwendet werden, während sie etwa bei der Zeichnung auf einer kleinen Fläche sehr gute Dienste leisten kann. Aus dem Gesagten ist aber auch klar, wie man einen etwa auftretenden Miſsstand zu beseitigen vermag.

|459|

Auſser den relativen Lichtmessungen bei Bogenlampen, welche die Lichtvertheilung erkennen lassen, hat man ferner noch absolute Messungen auszuführen; d.h. man hat gleichzeitig mit den Beobachtungen der aufgewendeten mechanischen und elektrischen Arbeit die in einer Richtung (nämlich der horizontalen) ausgesendete Lichtstärke zu bestimmen. Das Ziel dieser Untersuchungen würde sein, auch bei den Bogenlampen das Gesetz ausfindig zu machen, wie sich mit der aufgewendeten Arbeit die Lichtstärke vergröſsert und welche von den Lampen hierbei die günstigsten Resultate liefert. Die Untersuchungen, welche bisher ausgeführt sind, lassen einen Entscheid in dieser Richtung noch nicht treffen und es ist auch fraglich, ob die im Münchener Glaspalaste gemachten Beobachtungen eine genügende Sicherheit liefern. Jedenfalls liegt hier noch ein weitem und in praktischer Hinsicht sehr fruchtbares Beobachtungsfeld vor.

Die bisherigen Betrachtungen zeigen, daſs man sowohl für Glühlampen, wie für Bogenlampen die mittlere räumliche Lichtstärke angeben kann, welche dieselben für eine bestimmte aufgewendete mechanische oder elektrische Arbeit zu entwickeln im Stande sind. Es sind dies für die einzelnen Lampen keine constanten Werthe, wie man aus den Betrachtungen über Glühlampen erkennt; man würde somit eine Vergleichung der Güte der Construction nur dann mit Genauigkeit vornehmen können, wenn man für jede den noch erreichbaren Maximalwerth der Lichtstärke in Rechnung ziehen würde.

Unter Berücksichtigung der von der Pariser Commission (vgl. S. 207 d. Bd.) gefundenen Zahlen und der Annahme, daſs 1cbm Leuchtgas stündlich 1e gibt, berechnet Voit folgende Tabelle:

1cbm Gas liefert beim Einlochbrenner im Mittel 45 Lichteinheiten
Argandbrenner 70
kleinen Siemensbrenner 141
groſsen 145
bei Glühlampen 80 bis 160, im Mittel 110
Bogenlampen 250 bis 750, im Mittel 490

Hiernach wird das Gas zur Beleuchtung viel zweckmäſsiger verwerthet, wenn man es in einer Gasmaschine verbrennt und durch die Maschine eine elektrische Lampe treibt, als wenn man das Gas in einem Brenner direkt zur Erleuchtung verwendet (vgl. F. Fischer S. 375 d. Bd.). Die in dem Gase verfügbare Arbeit kommt nicht vollständig als Licht, sondern auch und zwar in sehr bedeutendem Maſse als Wärme zur Erscheinung; wenn nun bei der direkten Verbrennung ein beträchtlicher Theil in Wärme und nur ein geringer in Licht verwandelt wird, dagegen von der durch das verbrennende Gas geleisteten Stromarbeit ein groſser Theil in Licht und nur ein kleiner in Wärme, so kann selbst bei groſsen Verlusten die Lichtmenge im letzten Falle gröſser als im ersten werden. Aus anderen Betrachtungen geht nun hervor, daſs ein Körper bei höherer Temperatur einen immer gröſseren Theil der nach auſsen abgegebenen Arbeit als Licht aussendet und dem entsprechend einen geringen Theil |460| als Wärme; es ist daher erklärlich, daſs 1cbm Gas bei den immer höhere Temperaturen aufweisenden Lichtquellen der obigen Tabelle auch immer gröſsere Lichtmengen entwickeln kann.

Es ist bisher immer nur von der durch eine Lichtquelle ausgesendeten Lichtmenge gesprochen, dabei aber ein anderer Begriff vollkommen übergangen worden, nämlich der Glanz des Lichtes. Es können 2 Lichtquellen dieselbe Lichtmenge aussenden: die eine hat jedoch eine groſse, die andere eine kleine Oberfläche, so daſs die erste von der Flächeneinheit eine geringere Menge Lichtes ausstrahlt als die letzte. Man nennt sodann dieses von der Flächeneinheit ausgesendete Licht den Glanz der Lichtquelle. Nehmen wir der Einfachheit wegen an, daſs jeder Oberflächentheil der betrachteten Lichtquellen die gleiche Lichtmenge aussendet, so erhält man den Glanz, wenn die gesammte ausgesendete Lichtmenge durch die Oberfläche des leuchtenden Körpers dividirt wird. Man findet auf diese Weise die Lichtstärke für 1qmm Oberfläche:

der Einlochbrenner etwa 0,0006 Keizen
Argandbrenner 0,0030
kleinen Siemensbrenner 0,0038
groſsen 0,0060
Glühlampen 0,4000
Bogenlampen 4,8400
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