Intensität

In der Optik beschreibt Intensität die Leistung von Licht oder anderer Strahlung, die sich durch den Raum ausbreitet oder auf eine Oberfläche trifft. Der Begriff wird oft ungenau als Helligkeit verwendet, deckt aber drei unterschiedliche physikalische Größen ab, die Ingenieure und Techniker auseinanderhalten müssen: Strahlungsintensität, Lichtstärke und Bestrahlungsstärke. Die Verwechslung dieser Größen führt zu Rechenfehlern bei allem, von der Lasersicherheit über die Displayhelligkeit bis zur Lichtplanung.

Strahlungsintensität ist die Leistung, die von einer Quelle in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird, gemessen in Watt pro Steradiant (W/sr). Eine Lichtquelle, die gleichmäßig in alle Richtungen strahlt, hat in jeder Richtung dieselbe Strahlungsintensität; ein Laser oder Scheinwerfer konzentriert die Leistung in einen engen Strahl und hat deshalb in dieser Richtung eine viel höhere Strahlungsintensität. Lichtstärke gewichtet die Strahlungsintensität nach der Empfindlichkeit des Auges für verschiedene Wellenlängen unter Verwendung der Leuchtdichteeffizienzkurve; sie wird in Candela (cd) gemessen, das sind Lumen pro Steradiant. Bestrahlungsstärke dagegen ist Leistung pro Flächeneinheit auf einer Oberfläche, gemessen in Watt pro Quadratmeter (W/m²) oder Lux (Lumen pro Quadratmeter). Diese drei Größen sind miteinander verknüpft, messen aber grundlegend verschiedene Dinge: Intensität beschreibt, was die Quelle leistet; Bestrahlungsstärke beschreibt, was am Ziel ankommt.

Warum die Verwechslung entsteht

Das Wort Intensität kam in die Optik, als sich Radiometrie und Photometrie getrennt entwickelten. Radiometriker verwendeten es für gerichtete Leistung (Strahlungsintensität); Photometriker für augengewichtete gerichtete Leistung (Lichtstärke). Ingenieure und Physiker übernahmen dann Intensität, um die Leistungsdichte auf einer Oberfläche zu beschreiben, weil Oberflächen das sind, was wir normalerweise messen und interessiert uns. Normungsgremien haben versucht, diese Unterscheidungen durchzusetzen, aber in der Praxis und sogar in akademischen Texten wird Intensität routinemäßig verwendet, um Bestrahlungsstärke zu bedeuten, etwa bei Solarpanelen, Kamerasensoren oder Displaymessungen.

In der Laserarbeit bestimmt die Strahlungsintensität die Gefährdungsklasse und den sicheren Arbeitsabstand; in Fotografie und Astronomie legt die Bestrahlungsstärke die Belichtung fest; in der Lichtplanung definiert die Lichtstärke die scheinbare Helligkeit eines Leuchtenköpers. Wärmbildsysteme messen Infrarot-Bestrahlungsstärke. Die Qualitätskontrolle von LEDs erfordert die Messung der Lichtstärke in Candela über verschiedene Winkel. Wenn eine Spezifikation einfach nur Intensität ohne Einheit angibt, müssen Sie aus dem Kontext und den angegebenen Einheiten ableiten, was gemeint ist: W/sr oder cd weist auf eine gerichtete Quelle hin; W/m² oder Lux weist auf eine Oberflächenmessung hin.

Die praktische Lektion ist, immer mit Einheiten zu arbeiten und nie anzunehmen, was Intensität bedeutet. Ein 100-W-Laser hat hohe Strahlungsintensität in seiner Strahlrichtung, erzeugt aber eine Bestrahlungsstärke, die vollständig davon abhängt, wie weit weg man ist und ob der Strahl fokussiert ist. Ein Display mit hoher Lichtstärke sendet wenig Leistung ins Auge, wenn man schräg davor steht. Das Verständnis dafür, mit welcher Intensität man arbeitet, verhindert Konstruktionsfehler, Sicherheitsversäumnisse und ungeeignete Komponentenwahl.