Lichtstrom & Lichtstärke

Was wird gezeigt?

Licht wird von einer Punktlichtquelle ausgestrahlt. Die Ausbreitung der Lichtteilchen wird im Modell visualisiert. Dabei können die Anzahl der ausgesendeten Lichtteilchen (Photonen) und der Abstrahlwinkel variiert werden. Die Anzahl die der Photonen und ihre Energie beeinflussen den abgegeben Lichtstrom. Der Abstrahlwinkel verändert den Raumwinkel, in den der Lichtstrom ausgesandt wird, und damit die Lichtstärke. Die Endpunkte der Lichtstrahlen können als Lichtstärkeverteilungsfunktion interpretiert werden.

Es werden pro Animation maximal fünfzigmal n Teilchen abgegeben, bevor sie stoppt.

Wie funktioniert die Steuerung?

Über die drei Schieberegler werden die Teilchenanzahl n sowie der untere und obere Grenzwinkel angegeben. Sobald der Wert eines der Regler verändert wird, aktualisiert sich die Animation.

Welche physikalischen Gegebenheiten werden nicht berücksichtigt?

Das Modell zeigt, wenn der Abstrahlwinkel nicht verändert wird, eine ideale Punktlichtquelle, die homogen in alle Richtungen einen über die Zeit konstanten Lichtstrom abgibt. Die Lichtteilchen werden im Modell zur Vereinfachung zu diskreten Zeitpunkten und unter diskreten Abstrahlwinkeln (Schrittweite 1°) abgegeben.

Auch der Abstrahlwinkel ist idealisiert. Bei der Veränderung des Abstrahlwinkel insbesondere durch Optiken wie Linsen und Reflektoren bleibt die Lichtverteilung nicht konstant, wie es im Modell dargestellt ist. Stattdessen gibt es Orte, an denen die Lichtstärke höher ist als an anderen Orten.

Im Modell enden die Lichtstrahlen plötzlich, anstatt bis zum Rand des Bildes zu gehen. In Realität breiten sich Lichtteilchen so lange aus, bis sie ihre Energie an ein anderes Medium abgegeben (Energieerhaltung). Ideal betrachtet, breiten sich Lichtteilchen somit unendlich aus. Das heißt, auch die Lichtstrahlen müssten so gezeichnet werden.