Lichtempfehlungen in lx oder lm/l

[nik]

Moin Robert,

dein nach meinem letzten Post eingefügter Zusatz unter 2. ist doch der Punkt den Markus veranschaulicht hat und du als überflüssig bezeichnet hast. Ob dir das jovial erscheint oder nicht, ist dein Problem. Robert, lass das bitte in Zukunft sein!

Das Abstandsgesetz hat hier sonst niemand erwähnt, geschweige denn in Frage gestellt.

1. daß das Abstandsgesetz unabhängig vom Abstrahlwinkel der Lichtquelle seine Gültigkeit hat und
2. daß es besser ist, sofern die Möglichkeit besteht, eine stärker bündelnde Leuchte höher über dem Aquarium aufzuhängen als eine breiter strahlende niedriger.

Zu 2. Das ist doch egal ob das ein hoch aufgehängter Strahler ist mit dem Ziel die gesamte Oberfläche des Aquariums auszuleuchten oder knapper über der Oberfläche, dann braucht es eben mehrere Strahler.

Wenn du also bitte die im Sinne deines Punktes 2. unvollständige Tabelle noch ergänzen könntest ...

Gruß Nik

 

[Wuestenrose]

Zu 2. Das ist doch egal ob das ein hoch aufgehängter Strahler ist mit dem Ziel die gesamte Oberfläche des Aquariums auszuleuchten oder knapper über der Oberfläche,

Das ist im Hinblick auf das Abstandsgesetz eben nicht egal! Du hast nichts von dem verstanden, was ich seit einigen Beiträgen erkläre! Bei geringerer Bündelung wächst die ausgeleuchtete Fläche mit dem Abstand schneller als bei stärkerer Bündelung, also ist der höher aufgehängte, stärker bündelnde Strahler im Vorteil, weil dessen Licht gerichteter ist.

I.d.S.
Robert

 

[Peter47]

Hallo,

Bedenkt doch bitte, hier geht es „nur“ um das Verstehen (wollen) der physikalischen bzw. trigonometrischen Zusammenhänge!
Wichtiger: Festlegen, wie viel Licht wir im Aquarium verwenden sollen/wollen, wird man anhand von Lichtrechnern (egal wie sie gestaltet sind, sie helfen) oder an Beispielen aus der Natur:

Robert (Wüstenrose) hat oberhalb der Wasseroberfläche ca. 10.000 lx gemessen (soweit ich mich erinnere).

Dennerle „System für ein problemloses Aquarium“
5. Auflage, Ausgabe 4/1995 Seite 40
Schattenpflanzen100 … 200 lx
Halbschatten1.000 … 3.000 lx
Volle Sonne 8.000 lx

Kaspar Horst/Horst E. Kipper „Das optimale Aquarium“
5. Auflage 1985 Seite 142
Erläuterung zu Bildern
„Licht in der Natur:
1 90.000 lx und Algenbildung
2 90.000 lx und keine Algen
3 Nur 1.000 lx und trotzdem guter Pflanzenwuchs. Sonnenlicht schimmert durch das Laubwerk.
4 100 lx und immer noch guter Pflanzenwuchs. Das Erstaunliche ist dabei: Der Habitus der Pflanzen ist überall gleich.

Im Zuge einer Dissertation mit dem Thema „Untersuchung zur Tageslichtnutzung in den feucht-heißen Tropen am Beispiel Rio de Janeiros“ kam der Verfasser auf Beleuchtungsstärken von bis zu 100.000 lx!

Was ich aber für bemerkenswert finde: In keiner aquaristischen Abhandlung wurde zu den Beleuchtungswerte die entsprechenden Wasserwerte (insbesondere Makronährstoffe) angegeben. Ich denke es macht einen sehr großen Unterschied ob ich oberhalb des Aquariums 100.000 lx oder 1000 lx habe. Im ersten Fall brauche ich erheblich mehr Nährstoffe. Wenn auch kein Einfluss der Beleuchtungsstärke auf den Habitus der Pflanzen besteht, so wird mit absoluter Sicherheit die Wuchsgeschwindigkeit beieinflusst. Auch besteht bei hohen Beleuchtungsstärken eine größeres Risiko einer Algenplage! Auf der anderen Seite sind durchaus Daten zu viel Licht und wenig Licht vorhanden. ("Binsenweisheiten")

Grüße
Peter

 

[Kejoro]

Hi Robert,

Mit dem Abstandsgesetz kann man erahnen, dass die Beleuchtungsstärke an der Oberfläche massiv abfallen kann, wenn die Leuchte knapp über dem Wasser aufgestellt ist. Das ist bei den 120° LEDs der Fall. Verbessert wird dieser Umstand durch Bündelung des Lichts.

Mit dem Abstandsgesetz kann man zeigen, daß dem nicht so ist . Gehen wir von einer Punktlichtquelle und damit einer 1/r²-Abhängigkeit aus und nehmen idealisiert an, daß die Leuchtdichteverteilung innerhalb des Lichtkegels homogen und die ausgeleuchtete Fläche plan ist (trifft beides in der Praxis nicht zu, aber dazu später):

Ich sehe gerade nicht, dass wir uns widersprechen?
Damit wollte ich nur zum Ausdruck bringen, dass bei den 120° LEDs die Beleuchtungsstärke stärker abnimmt, als bei engeren Abstrahlwinkeln. Das sieht man auch ganz gut anhand deiner Grafik/Berechnungen. Bei gleichen Lumen der fiktiven Lichter wird bei größeren Abstrahlwinkeln durch eine größere Fläche geteilt.
Das Flächenverhältnis an sich ist auch schön anzusehen!

Du hast ja schon gezeigt, dass es interessant wird, wenn der Abstand zur Lichtquelle hinzukommt!
Da hatte ich bisher immer einen Hirnknoten drin. Fügt sich aber zu 100% ins Abstandsgesetz ein. Ich führe mal aus

Beispiel
Die Lichtquelle ist von der Aquarienoberkante 1,3m entfernt, dort herrscht die Intensität I₁ und das Aquarium hat eine Höhe von 35cm. Am Boden ist die Intensität I₂. Dann sind die Abstände r₁ = 130cm und r₂ = 165cm. Dabei ergibt sich folgendes Intensitätenverhältnis.
I₁/I₂ = (r₂/r₁)² = (165/130)² = 1,61
oder anders gesagt: Die Oberfläche ist 1,6 mal heller als der Boden unter den ganzen praxisfernen Voraussetzungen.

Hingegen bei 5cm Leuchtenabstand zur Wasseroberfläche ergibt sich ein Verhältnis von
I₁/I₂ = (40/5)² = 64

Und ich denke, spätestens jetzt wird klar, dass die 10klux an der Oberfläche nicht pauschalisiert werden können.

Schöne Grüße
Kevin

 

[Wuestenrose]

Mahlzeit…

Damit wollte ich nur zum Ausdruck bringen, dass bei den 120° LEDs die Beleuchtungsstärke stärker abnimmt, als bei engeren Abstrahlwinkeln.

Das tut sie doch noch immer nicht. Unabhängig vom Abstrahlwinkel vervierfacht sich die ausgeleuchtete Fläche bei doppeltem Abstand zur Punktlichtquelle, verneunfacht sich bei dreifachem Abstand, versechzehnfacht sich bei vierfachem Abstand usw. usf. und invers sinkt die Beleuchtungsstärke.

Bei höher aufgehängter Leuchte weitet sich der Lichtkegel beim Durchlaufen des Aquariums weniger und damit kommt mehr Licht unten an. Versuche ich seit mehreren Beiträgen zu zeigen.

Und ich denke, spätestens jetzt wird klar, dass die 10klux an der Oberfläche nicht pauschalisiert werden können.

Die Lumen pro Liter aber genausowenig. Lux haben wenigstens noch den Vorteil, daß man sie vergleichsweise unaufwendig messen kann.

I.d.S.
Robert

 

[nik]

Moin Peter,

alles gut. Schau mal den Post #51, die Lichtbündelung ist das was für Verwirrung gesorgt hat. Das war ... nicht relevant, lag ich übrigens auch falsch. Auf das Abstandsgesetz hat das keinen Einfluss. Der Punkt ist die Entfernung Oberfläche zur Strahlungsquelle, je weiter weg, desto geringer die Differenz der Lichtstärke an der Oberflache und Boden des Aquariums. Insofern war der Laser unpassend.

Wäre halt schön, wenn Robert das gelassener aufnehmen und ausführen könnte.

Gruß Nik

 

[omega]

Hallo Nik,

Der Punkt ist die Entfernung Oberfläche zur Strahlungsquelle, je weiter weg, desto geringer die Differenz der Lichtstärke an der Oberflache und Boden des Aquariums. Insofern war der Laser unpassend.

nö, finde ich nicht, denn es ging mir zwecks Veranschaulichung um die Annäherung des Öffnungswinkels an das Extrem eines Lasers, der übrigens gar nicht mal das Ende der Fahnenstange dieser Differenzen (=Null) darstellt. Sie können auch negativ ausfallen: Sammellinse.
Anderes Extrem: Flak-Scheinwerfer.

Grüße, Markus

 

[omega]

Hi,

Das ist schon reichlich praxisfremd, findest du nicht selbst?

Veranschaulichungen müssen nicht zwingend praxistauglich sein. Hier geht's um banale Physik und Mathematik und deren Verständnis.
Deine Punktlichtquelle ist ebenso praxisfremd, da es eine solche nicht gibt (Laser dagegen schon), dennoch bedienst Du Dich ihrer in Deinen Ausführungen.

Grüße, Markus

 

[nik]

Moin Markus,

Robert hat sich auf das Abstandsgesetz bezogen, insofern ist das Beispiel Laser unpassend. Für anschaulich halte ich das schon.

Gruß Nik

 

[Kejoro]

Hi Robert,

vermutlich verstehe ich jetzt deinen Gedankengang.
Ich wollte was viel trivialeres andeuten.

Nach 10cm gibt es bei einer 120° Abstrahlung weniger Beleuchtungsstärke in Lux als bei einem 60°-Äquivalent mit gleicher Lumenzahl.

---

Um zum Thema zurückzukommen: Für die 120° Leuchten kam mir eine Betrachtung mit lx/cm in den Sinn.
Ich suchte eine Metrik, um das Volumen vom Lichtbedarf zu entkoppeln. Die Idee: Je höher ein Becken, umso mehr Licht muss pro Flächeneinheit ins Becken.
Allerdings entpuppt sich diese Metrik als Äquivalent zu Lumen pro Liter ^^

Hier: 1klux / 5cm Beckenhöhe

LxBxH [cm³]​	Beleuchtungsstärke​	Lichtstrom​	der Grund, warum lx/cm auch nicht taugt​
30x30x30	6klux	540lm	20lm/l
60x30x30	6klux	1080lm	20lm/l
150x50x50	10klux	7500lm	20lm/l
150x60x20	4klux	3600lm	20lm/l
100x40x10	2klux	800lm	20lm/l

Fällt euch noch eine Metrik ein, um das allgemein runder zu bekommen?

Schöne Grüße
Kevin

 

[Peter47]

Hallo robert,

war das gemeint?

Nik: Danke für Deinen Hinweis

Grüße

Peter

 

[Damian]

Hi Peter

Ich glaube eher das Gegenteil war gemeint. Du gehst in deinen Skizzen davon aus, dass der Abstrahlwinkel so definiert ist, dass ebenso der ganze Boden des Aquarium (zumindest im Querschnitt mittig im Aquarium, wie ich deine Skizzen interpretiere) ausgeleuchtet ist. Bei 1 und 2 sehe ich ziemlich spitze Winkel. 40° und 20° oder sowas in dem Dreh.
Allerdings ist eher davon auszugehen, dass der Abstrahlwinkel fix definiert ist (könntest z.B. links 120° aufzeichnen vs. stärker gebündeltest licht rechts). Dann siehst du in deiner Schemaskizze der Betrachtung unter "1" relativ viel Licht rechts und links des Aquariums landet (sofern man davon ausgeht, dass mehr oder weniger das ganze Becken im Licht sein soll, anhand dieses Parameters würde ich die Höhe x über Oberkante definieren) während beim Bsp. 2 der Abfall der Lichtintenistät aufgrund des Lichtkegels beim Bsp. 2 bis zum Boden des Aquariums viel geringer ist.

Ich habe kurz aufgezeichnet, was ich meine. Beispiel 1 (120°) vs. Beispiel 2 (60°): an der Oberkante haben wir bei beiden Beispielen meiner Meinung nach noch gleich viel Licht, während an der Unterkante ("Bodengrund") beim stärker gebündelten Licht bedeutsam mehr Licht vorhanden ist.
Ganz banal - das müsste das Grundprinzip sein. Simpler geht es eigentlich kaum. Oder ist gar nicht das gemeint, was ich aufgezeichnet habe, Robert?

Grüsse
Damian

 

[Peter47]

Hallo Damian,

Danke, Du hast hier "Lichtverluste" gezeigt, indem Du den Lichtkegel auf die Wasseroberfläche augerichtet hast,
ich habe den Lichtkegel auf den Boden ausgerichtet, damit habe ich "Lichtdefizite" gezeigt.

Wir beide meinen aber das gleiche, nämlich das was auch Robert behauptet: Lichtquelle höher aufhängen ist günstiger (effektiver).

Grüße
Peter

 

[Anduin]

Hallo,
wie sehr häufig redet man viel aneinander vorbei. Daher sind Skizzen schon hilfreich. Ich glaube, es ging nicht mehr allein um das Abstandsgesetz wie in den obigen Skizzen gezeigt, sondern auch um die Lichtbrechung an der Wasseroberfläche. Diese führt dazu, dass der Lichtstrahl im Wasser gebündelt wird, der Abstrahlwinkel im Wasser ist geringer. Das könnte zu einer Erhöhung der rechnerischen Lichtstärke am Boden des Aquariums führen, allerdings wird ein Teil des Lichts auch an der Grenzfläche von Luft zu Wasser reflektiert und geht damit dem Aquarium verloren. Es hängt unter anderem auch von der Wellenlänge des Lichts ab, wie stark das Licht gebrochen wird (deshalb gibt es auch manchmal Regenbogeneffekte). Das ist theoretisch alles sehr interessant, für die aquaristische Praxis halte ich solche Überlegungen aber für zu weitgehend. Es gibt viel zu viele Parameter die die Lichtstärke am Boden des Aquariums bzw. bei den Pfanzen beeinflussen. Ich probiere aus, wie die Pflanzen auf mehr oder weniger Licht reagieren und stelle die Beleuchtungsstärke danach ein.
Zum Glück lassen sich die Leuchten heutzutage dimmen. Also lieber etwas mehr vorsehen und bei Bedarf dimmen.
Gruß
Martin

 

[Wuestenrose]

'N Abend...

Ich glaube eher das Gegenteil war gemeint.

Weder noch, oder, um es positiver auszudrücken, sowohl als auch. Was ich hier im zweiten Absatz wohl leider etwas verklausuliert ausgedrückt habe und Kevin dort verdeutlicht hat: Das Verhältnis zwischen der Beleuchtungsstärke im Lichtkegel direkt unterhalb der Wasseroberfläche und auf dem Bodengrund ist umso kleiner, je geringer die Distanz ist, die das Licht von der Wasseroberfläche zum Bodengrund zurücklegen muß, im Verhältnis zur Gesamtdistanz. Oder, ich wiederhole mich: Daß es besser ist, sofern die Möglichkeit besteht, eine stärker bündelnde Leuchte höher über dem Aquarium aufzuhängen als eine breiter strahlende niedriger.

Wir beide meinen aber das gleiche, nämlich das was auch Robert behauptet:

Das behaupte ich nicht nur, das ist so. Trigonometrie ist nicht verhandelbar.

Das könnte zu einer Erhöhung der rechnerischen Lichtstärke am Boden des Aquariums führen, allerdings wird ein Teil des Lichts auch an der Grenzfläche von Luft zu Wasser reflektiert und geht damit dem Aquarium verloren.

Ist aber weit weniger dramatisch als es sich bei Dir liest. Dieses Diagramm habe ich schon ungezählte Male hier im Forum gezeigt:



Es zeigt den Reflexionsgrad einer ruhenden Wasseroberfläche für auftreffendes Licht in Abhängigkeit vom Einfallswinkel. Der Winkel ist, wie in der optischen Physik üblich, als Abweichung vom Lot definiert, also entspricht 0 ° senkrechtem Lichteinfall, 90 ° waagerecht (parallel zur Wasseroberfläche). Bis fast 70 ° bleibt der Reflexionsgrad unter 10 % und beträgt selbst bei 80 ° nur etwa ein Drittel.

Bei bewegter Wasseroberfläche steigt der Reflexionsgrad nicht etwa, sondern sinkt sogar, ein Diagramm dazu findet sich bspw. im Falkowski, Raven, "Aquatic Photosynthesis".

Es hängt unter anderem auch von der Wellenlänge des Lichts ab, wie stark das Licht gebrochen wird (deshalb gibt es auch manchmal Regenbogeneffekte).

Dispersion, ein starkes Wort. Die ist aber bei einmaligem Durchtritt durch die Wasseroberfläche so gering (Brechungsindex Wasser n_{rot, 660 nm}= 1,3310, n_{blau, 460 nm}= 1,3366), daß man nix erkennt. Sehen tut man erst bei vieltausendfachem Durchgang was: → Regenbogen:


(von unserer Dachterrasse am 3. September)

Langer Rede kurzer Sinn: Ich erkenne nach wie vor keinen Fehler an meiner Aussage, es sei besser, eine stärker bündelnde Leuchte höher über dem Aquarium abzuhängen als eine schwächer bündelnde niedriger und bleibe daher dabei.

I.d.S.
Robert