Photometrie [1]

Photometrie (Lichtmessung) wird in der Regel in zwei Gruppen eingeteilt: 1. die optische Photometrie; 2. die chemische Photometrie. Vgl. a. Beleuchtungsgrundsätze.

I. Optische Photometrie.

Photometer sind Vorrichtungen zum Messen von Helligkeiten. Als Maßeinheit dienen die Normallichtquellen. Diese sind willkürlich festgelegt, müssen jedoch die Forderung erfüllen, leicht reproduzierbar zu sein. Der internationale Elektrikerkongreß zu Genf 1896 nahm[123] als Einheit der Lichtstärke die »Bougie décimale« = ¹/₂₀ Violle an. Die Definition der Violle-Einheit wurde in der folgenden Fassung angenommen: Als Einheit des weißen Lichtes gilt die Lichtstärke, welche 1 qcm der Oberfläche geschmolzenen Platins im Momente des Erstarrens in senkrechter Richtung besitzt. Da die Violle-Einheit nicht leicht reproduzierbar ist, wurde auf dem Kongreß für praktische Zwecke die von Hefner-Alteneck angegebene Amylacetatlampe (Hefnerkerze = HK) als Normallichtquelle gewählt. Diese ist definiert als die Lichtstärke in horizontaler Richtung einer ruhig stehenden, in reiner atmosphärischer Luft frei brennenden Flamme, welche aus dem Querschnitt eines massiven, mit Amylacetat gesättigten Dochtes aufsteigt, der ein kreisrundes Dochtröhrchen aus Neusilber von 8 mm innerem und 8,3 mm äußerem Durchmesser und 25 mm frei stehender Länge vollkommen ausfüllt, bei einer Flammenhöhe von 40 mm vom Rande des Dochtröhrchens aus und frühestens 10 Minuten nach dem Anzünden gemessen.

Die Stärke der Beleuchtung, welche eine punktförmige Lichtquelle von 1 HK im Abstande von Im hervorbringt, nennt man »Meterkerze« oder »ein Lux«. Die Hefnerkerze ist nur in Deutschland und Oesterreich in Gebrauch, während in Frankreich die Carcellampe, in England die Englische Walratkerze und auch die 10-Kerzen-Pentanlampe von Vernon Harcourt als Einheiten benutzt werden.

Die Verhältnisse dieser gebräuchlichen Einheiten sind in folgender Tabelle enthalten (vgl. Journal für Gasbeleuchtung und Wasserversorgung 1907, Bd. 50, S. 752):

In Anlehnung an die Beschlüsse des bereits erwähnten Genfer Kongresses haben die beteiligten deutschen Vereine die in folgender Tabelle angeführten photometrischen Größen und Einheiten festgelegt (vgl. Elektrotechn. Zeitschr. 1897, 18, S. 474; Journal für Gasbeleuchtung und Wasserversorgung 1897, 40, S. 548).

Dabei bedeuten ω einen räumlichen Winkel, S eine Fläche in Quadratmetern, s eine Fläche in Quadratzentimetern, beide senkrecht zur Strahlenrichtung, r eine Entfernung in Metern, T eine Zeit in Stunden.

Häufig benutzt man bei photometrischen Messungen sekundäre Normallichtquellen, und zwar kommen Benzin- oder Ligroinkerzen, vor allem aber Glühlampen (Kohlen- oder Metallfadenglühlampen) in Betracht. Diese müssen durch Akkumulatoren gespeist werden, damit die Spannung und Lichtstärke einen konstanten Wert behält.

Ausführung der photometrischen Messungen. Die Ausführung der photometrischen Messungen erfolgt in der Weise, daß von den zu vergleichenden Lichtquellen zwei eng aneinander stoßende Flächen (Photometerschirm) beleuchtet werden. Die Vergleichung erfolgt entweder durch Einstellung auf gleiche Helligkeit oder auf gleichen Kontrast, bei Vergleichung verschiedengefärbter Lichtquellen auch nach dem Prinzip gleicher Sehschärfe, oder auch nach dem Flimmerprinzip. In allen Fällen findet folgende Beziehung statt: Sind L₁ und L₂ die zu vergleichenden Lichtquellen, l₁ l₂ deren Entfernungen vom Photometerschirm im Gleichheitspunkte, so ist L₁ : l₁² = L₂ : l₂², da die Lichtwirkung mit dem Quadrate der Entfernung abnimmt. Aus dieser Gleichung läßt sich, da die Helligkeit der einen Lichtquelle bekannt sein muß, die der andern berechnen.

Beschreibung der Apparate. Der älteste Typ ist das Schattenphotometer von Lambert (1760), auch Rumford-Photometer genannt. Bei diesem werden von den zwei zu vergleichenden Lichtquellen die Schlagschatten eines Stabes auf eine weiße Wand geworfen, wobei der von der einen Lichtquelle geworfene Schlagschatten durch die andre erhellt wird; die Lichtquellen werden so lange verschoben, bis die Schatten gleich hell erscheinen.

Das Photometer von Bouguer und Faucoult (1729) besitzt eine vertikale weiße Wand, welche durch eine geschwärzte Scheidewand in zwei Abteilungen geteilt wird, in welchen je eine der beiden Lichtquellen so lange verschoben wird, bis die Flächen gleich hell beleuchtet sind. Eine Modifikation dieser Anordnung ist das Keilphotometer von Ritchie.

Das Bunsensche Fettfleckphotometer [1], [4] beruht auf der Tatsache, daß ungefettetes Papier mehr Licht reflektiert, aber weniger durchläßt als gefettetes. In seiner einfachsten Gestalt besteht es aus einem weißen Papierschirm P, der in der Mitte mit einem kreisförmigen Fettfleck F versehen ist. Dieser Schirm wird senkrecht in der Mitte einer optischen Bank angebracht, und zwar so, daß die Mitte des Fettflecks in der Lichtachse liegt. Werden die Lichtquellen L L₁ entsprechend verschoben, so wird in jener Stellung, für welche die früher erwähnte Gleichung erfüllt ist, der Fettfleck verschwinden, d.h. gleich hell mit dem übrigen Teile des Schirmes erscheinen. Um beide Seiten des Schirmes gleichzeitig überblicken zu können, ordnete Rüdorff[124] einen Winkelspiegel S₁ S₂ (Fig. 1) an, wodurch das Auge A in der Ebene des Papierschirmes beobachten kann. Krüß erreichte denselben Erfolg durch Verwendung zweier Reflexionsprismen. Siemens & Halske ersetzen bei ihrem neuesten tragbaren Glühlampenphotometer für technische Zwecke den Fettfleck durch einen Silberfleck zwischen zwei mattierten Glasplatten, der sich in zwei Spiegeln abbildet Der Vorteil des Bunsen-Photometers liegt darin, daß die Felder im Falle gleicher Helligkeit scharf ineinander übergehen, während bis dahin die Vergleichsfelder immer durch einen dunkeln Zwischenraum getrennt waren. Einen Nachteil dieser Anordnung bedeutet jedoch der Umstand, daß jedes Vergleichsfeld gleichzeitig von beiden Lichtquellen beleuchtet wird, wodurch die Empfindlichkeit bis auf ein Viertel der möglichen herabgemindert wird. Dieser Fehler wurde im Photometer von Lummer und Brodhun [1], [4] vermieden. Der wesentliche Teil desselben ist eine Prismenkombination, der sogenannten Photometerwürfel, welcher an Stelle des Schirmes mit dem Fettfleck tritt. Die Hypotenusenfläche des Prismas A ist kugelförmig ausgebildet und bei r s eben angeschliffen (Fig. 2), an diesen ebenen Teil ist die ebene Hypotenusenfläche des Prismas B so innig angepreßt, daß alle Luft an der Berührungsstelle entfernt wird. l und λ stellen zwei diffus reflektierende Flächen vor, welche ihr Licht durch die zu vergleichenden Lichtquellen erhalten. Die von λ kommenden Lichtstrahlen gehen bei r s ungebrochen und ungeschwächt hindurch und treten in der Fläche a c parallel zur ursprünglichen Richtung aus. Die von λ kommenden Strahlen können ebenfalls durch r s ungehindert hindurchtreten, dagegen werden sie von allen andern Punkten der Fläche a b total reflektiert. Das auf die Fläche a b akkomodierte Auge des Beobachters in 0 erhält demnach direktes Licht von l, total reflektiertes von λ. Es erscheint also das eine Vergleichsfeld r s als ein gleichförmig heller oder dunkler Fleck in einem ebenfalls gleichförmig hellen ringförmigen Felde (dem zweiten Vergleichsfelde). Dem äußeren Felde ist dadurch eine ringförmige Gestalt gegeben, daß man an den schwarz angelegten Stellen den Rand der Fläche a b mit Asphaltlack bestreicht (Fig. 3). Bei gleicher Helligkeit der Vergleichsfelder verschwinden die Ränder des inneren elliptischen Fleckes vollständig. Noch größere Genauigkeit läßt sich bei Messungen mit dem Kontrastphotometer, welches auch von Lummer und Brodhun herrührt, erzielen (Fig. 4 und 5). Der Würfel besteht hier ebenfalls aus zwei Prismen, die mit ihren ebenen Hypotenusenflächen ab aneinander gepreßt sind. Von dem Prisma A ist an den Stellen r₁ r₂ mittels Sandstrahlgebläse die Oberfläche weggeschliffen, so daß die vier Felder r₁ r₂ l₁ l₂ entstehen. Die Kathetenflächen d b und c b werden überdies nahezu bis zur Mitte mit den Glasplatten m c, g b bedeckt, welche von dem auffallenden Lichte ca. 92% durchlassen. Der Strahlengang ist aus der Figur leicht erkennbar. Ein senkrecht auf a c blickendes, auf a b akkomodiertes Angesicht die Felder l₁ l₂ im Lichte der linken, r₁ und r₂ im Lichte der rechten Lichtquelle. Als Kriterium der gleichen Helligkeit dient einerseits[125] der gleiche Kontrast von r₁ und l₁ gegenüber l₂ bezw. r₂, anderseits auch das Verschwinden der Trennungslinie von l₂ und r₂. Beide Bedingungen müssen bei richtiger Einstellung erfüllt sein.

Ein Instrument, welches wegen seiner handlichen Form in technischen Kreisen weite Verbreitung gefunden hat, ist das Milchglasplattenphotometer von Leonhard Weber (Fig. 6 und 7) [3]. Auf dem als Fuß dienenden Aufbewahrungskasten ist die Säule T aufgeschraubt. An dieser ist das horizontale Rohr A befestigt. A trägt links das um die Achse von A drehbare und zu dieser senkrechte Rohr B, rechts das Gehäuse für die als Vergleichslichtquelle dienende Benzinlampe L_a, welche die mittels Triebes in A verschiebbare Milchglasplatte G_a beleuchtet. Ein mit G_a fest verbundener Index gleitet über eine an der Außenseite von A angebrachte Millimeterteilung und gestattet, den Abstand r_a zwischen G_a und L_a unmittelbar abzulesen. Durch ein Glimmerfenster q im Gehäuse D kann man die Flammenhöhe der Benzinlampe mittels einer dahinter gestellten Teilung auf Spiegelglas bis auf 0,2 mm ablesen. Die Flamme wird von außen her in geeigneter Weise auf die vorgeschriebene Flammenhöhe von 20 mm einreguliert. L_a ist gegen A durch eine in der Figur nicht gezeichnete Glasplatte zur Vermeidung von Luftströmungen abgeschlossen. B trägt bei G ein Gehäuse zur Aufnahme von Rauch- und Milchgläsern, bei W einen Lummer-Brodhunschen Gleichheits- oder Kontrastwürfel, bei O ein Okular zum Beobachten des Würfels. B läßt sich durch Drehen um die Achse von T und um die Achse von A auf jeden Punkt des Raumes einstellen. Zum Anblenden fremden Lichtes wird auf B bei G ein Rohr gesetzt. Die photometrische Einstellung erfolgt stets durch Verschieben der Milchglasplatte G_a. Dieses Photometer kann sowohl zur Messung von Lichtstärken als auch von Beleuchtungen verwendet werden. Sein Vorteil besteht darin, daß man eines eignen geschwärzten Photometerraumes entraten kann. Dagegen ist der mittlere Fehler wegen der unvermeidlichen Schwankungen der Normallampe ca. 2%. Bessere Resultate lassen sich bei Verwendung kleiner Glühlämpchen an Stelle der Benzinlampe erzielen.

Es wären als technische Photometer noch die Beleuchtungsmesser von Krüß und von Martens [1], [4], der Helligkeitsprüfer nach Wingen und das Photometer nach Classen zur Messung der Helligkeitsverteilung in beleuchteten Räumen zu nennen. Während bei den bisher besprochenen Photometern die Entfernungsänderung als Schwächung der Lichtquelle dient, kann dies auch durch andre Mittel erfolgen.

A. Durch Mittel physikalischer Natur [1]: 1. Anwendung von Blenden (Cornu, Crova, Mascart, Universalphotometer von Blondel und Broca). 2. Anwendung von Zerstreuungslinsen (Perry, Ayrton). 3. Anwendung absorbierender Mittel (Weber, Sabine). 4. Anwendung der Polarisation (das Licht wird durch Reflexion und Brechung oder durch Doppelbrechung geradlinig polarisiert; durch Anordnung zweier Nicol-Prismen, von denen das eine seit, das andre drehbar ist, kann man die durchgelassene Lichtmenge nach Belieben verändern. Polarisationsphotometer von Zöllner, Wild, Martens).

B. Durch Mittel physiologischer Natur [1]. Rotierende Sektoren (Straßenphotometer von Brodhun).

Photometrie verschiedenfarbiger Lichtquellen. Während die Vergleichung gleichgefärbter Lichtquellen, d.h. solcher von analoger spektraler Zusammensetzung, verhältnismäßig einfach durchzuführen ist, ergeben sich bei verschiedenfarbigen Lichtquellen beträchtliche Schwierigkeiten (Purkinjes Phänomen). Es gibt verschiedene Methoden, um trotz Farbenverschiedenheiten zu richtigen Resultaten zu gelangen. Diese sind:

A. Einstellung auf gleiche Helligkeit. 1. Durch Zwischenschaltung geeigneter farbiger Mittel wird der Farbenunterschied verringert oder ganz aufgehoben (gefärbte Gläser, Lépinay und Nicaty). 2. Kompensationsmethode, bei welcher das eine Vergleichsfeld des Photometers durch die zu messende Lichtquelle, das andre durch die Normallichtquelle mehr einem berechenbaren Bruchteil des Lichtstromes der zu messenden Lichtquelle beleuchtet wird (Kompensationsphotometer von Krüß, Mischungsphotometer von Grosse) [4].

B. Einstellung auf gleiche Sehschärfe. Man versteht unter letzterer die Fähigkeit der Netzhaut, kleine Gesichtsobjekte zu erkennen. Die wichtigste Anwendung flammt von L. Weber: Dieser setzt vor das Okularrohr seines Photometers eine verschiebbare Platte mit rotem und grünem Glas; es wird einmal mit vorgeschlagenem rotem, einmal mit grünem Glase auf gleiche Helligkeit eingestellt. Aus dem Verhältnis der durch Photometrierung mit rotem und grünem Glas erhaltenen Lichtstärken läßt sich mit Hilfe einer experimentell festgelegten Tabelle die wahre Lichtstärke berechnen. Die Tabelle wird mit Hilfe einer Sehschärfenmessung ermittelt, wobei als Sehzeichen ringförmig schraffierte Felder von abnehmender Feinheit dienen, welche verkleinert auf einer Milchglasplatte photographiert sind. Die auf diese Weise ermittelte Tabelle gilt jedoch nur für eine bestimmte Lichtart (Glühlampen).

C. Flimmerphotometrie [1], [4]. Diese beruht auf der Erscheinung, daß bei rasch wechselnder, ungleich starker Beleuchtung des Photometerschirmes im Auge die Empfindung des Flimmerns entsteht. Das Flimmern kann zum Verschwinden gebracht werden, indem man den wechselnden Lichtwirkungen gleiche Intensität gibt. Derartige Photometer eignen sich auch zur Vergleichung verschiedengefärbter Lichtquellen, da in diesem Falle das Auge die Empfindung einer einheitlichen Mischfarbe erhält, in der jedoch das Flimmern bei verschiedener Intensität der Belichtung fortdauert. Rood nimmt das Verschwinden des Flimmerns als Kriterium der Gleichheit der Beleuchtung auch im letzteren Falle an. Die mit Hilfe des Flimmerphotometers gemessenen Helligkeiten der verschiedenen Spektralgebiete einer Normallichtquelle im Vergleiche zum weißen[126] Tageslicht heißen Flimmeräquivalenzen. Der Nachteil dieses Photometers besteht darin, daß einerseits bei zu geringer Wechselgeschwindigkeit das Flimmern überhaupt nicht aufhört, sondern nur ein Minimum erreicht, anderseits bei zu großer Geschwindigkeit das Flimmern innerhalb großer Beleuchtungsunterschiede verschwindet. Solche Photometer wurden von Whitman, Rood, Krüß, Bechstein, Simance und Abady konstruiert; das kompendiöseste und einfachste ist das von Krüß angegebene. Dasselbe besteht der Hauptsache nach aus einem diffus reflektierenden Körper, welcher aus gegeneinander geneigten Flächen (s. Fig. 8) zusammengesetzt ist. Versetzt man denselben in Drehung, so wird abwechselnd das Licht der rechts und links gelegenen Lichtquelle ins Auge reflektiert werden, welches in einer zur Drehachse des Körpers senkrechten Ebene durch ein Fernrohr auf den Körper blickt.

Die Spektralphotometrie [1], [4] befaßt sich mit der Messung der Lichtstärke der einzelnen Spektralgebiete einer Lichtquelle. Die Photometer sind derart eingerichtet, daß von der zu untersuchenden und der Normallichtquelle Spektra erzeugt werden, derart, daß die gleichfarbigen Bestandteile in einer für die Vergleichung geeigneten Weise nebeneinander fallen. Das Spektralphotometer von Lummer und Brodhun (Fig. 9) besteht aus den Kollimatorrohren S₁ und S₂, dem Photometerwürfel W, dem Prisma P und dem Fernrohr F. Die vom Spalt s₁ ausgehenden Lichtstrahlen durchlaufen W, das Prisma P und erzeugen in der Brennebene von F das Spektrum von L₁, während die Strahlen vom Spalt s₂ an der Fläche a b total reflektiert werden und ein mit dem Spektrum von L₁ zusammenfallendes Spektrum von L₂ geben. Das Auge stellt auf die Fläche a b ein und sieht die Spektra übereinander, indem nach Art des Kontrastwürfels an der Hypotenusenfläche des Prismas A horizontale Streifen abgeschliffen sind, so daß abwechselnd reflektierende und durchlässige Stellen entstehen. Spektralphotometer wurden konstruiert von Vierordt, Glan, König, Hagen und Rubens.

Die optische Pyrometrie [1], [2] (s. Pyrometer) beruht auf der Tatsache, daß die Lichtstrahlung eines glühenden Körpers mit Zeigender Temperatur stark anwächst, und zwar im kurzwelligen Teil des Spektrums schneller als im langwelligen (Strahlungsgesetz). Die Temperaturmessung erfolgt durch eine photometrische Messung. 1. Pyrometer von Wanner. Dies ist ein modifiziertes Spektralphotometer nach König. Als Vergleichslampe dient eine 6-Volt-Lampe; gemessen wird bei 0,656 μ der roten Wasserstofflinie. Lichtschwächung erfolgt durch Nicol-, Rauchgläser oder rotierende Sektoren (über 1800°); unter 1200° ist der Lichtverlust durch Polarisation zu groß. 2. Pyrometer von Holborn und Kurlbaum. Hier wird durch ein Fernrohr ein Bild der glühenden Fläche erzeugt, das mit dem Bügel einer 4-Volt-Lampe zusammenfällt. Ein rotes Glas wird vorgeschaltet. Der Lampenstrom wird reguliert, bis die Spitze des Bügels in der Fläche verschwindet. Am Amperemeter läßt sich direkt die Temperatur ablesen. Das Pyrometer ist von 900° an aufwärts verwendbar.

Bestimmung von mittleren Lichtstärken. Handelt es sich um Bestimmung der Lichtintensität von Lichtquellen, deren Lichtemission nach verschiedenen Richtungen verschieden ist, so gibt man gewöhnlich die mittlere räumliche, sphärische Lichtstärke J_s an, d.i. jene nach allen Richtungen konstante Lichtintensität, welche die Lichtquelle haben müßte, damit der in den räumlichen Winkel 4π ausgesendete Lichtstrom Φs gleich dem wirklich ausgesendeten ist. Es besteht die Beziehung J_s = Φ_s : 4 π. Unter der oberen oder unteren hemisphärischen Lichtstärke (J_s, _o, J_s, _u) versteht man den Mittelwert der Lichtstärken in allen Richtungen oberhalb bezw. unterhalb der durch die Lampenmitte gehenden Horizontalebene. J_{s, u} = Φ_u : 2 π, J_{s, o} = Φ_o : 2 π. Die mittlere Lichtstärke läßt sich sowohl rechnerisch als auch graphisch aus einer größeren Zahl von Messungen in verschiedenen Richtungen ermitteln. Hierzu verwendet man entweder die Neigung des Photometerschirmes (Dibdin, Elster), einen drehbaren Spiegel (Hefner-Alteneck, Perry, Ayrton, Krüß) oder auch Systeme von mehreren drehbaren Spiegeln (Brodhun, Matthiews, Sharp, Krüß). Vereinfacht werden die Messungen durch die Lichtintegratoren, oder Integralphotometer, bei welchen eine einzige Messung genügt (Lumenmeter von Blondel, Kugelphotometer von Ulbricht, Integralphotometer von Matthiews). Als die zweckmäßigste und einfachste Vorrichtung möge das Kugelphotometer von Ulbricht [6] (Fig. 10) beschrieben werden. Eine mattierte Milchglasglocke ist bis auf eine kleine seitliche Fläche F innen mit einem weißen mattgeschliffenen Ueberzug aus Kreide und Wasserglas versehen und außen mit einer Blechhülle, die ebenfalls F freiläßt, umgeben. Oben wird bei L die Lichtquelle eingeführt, B ist eine Blende, welche die das Fenster F direkt treffenden Strahlen von L abhält. D ist eine Blende, P der Photometerkopf, L_n die Normallampe. Die Oeffnung F wird nur von indirektem Licht getroffen, und ist die Helligkeit der Fläche senkrecht zu F proportional J, also J_s = C J. C ist eine Konstante, welche von der Lichtdurchlässigkeit der Kugel und von den reflektierenden Eigenschaften des Anstriches und der Armatur abhängt. Die Ermittlung von C erfolgt empirisch mit Hilfe einer Glühlampe von bekannter mittlerer sphärischer Helligkeit. Soll mit Hilfe dieser Kugel die[127] mittlere hemisphärische Helligkeit bestimmt werden, so wird die obere oder untere Halbkugel geschwärzt. Der Hörende Einfluß der Armatur ist um so geringer, je kleiner ihre Oberfläche im Verhältnis zur Oberfläche der Kugel ist. Man stellt daher große Kugeln her (bis 2 m Durchmesser).

Vorschriften für die Lichtmessung an Bogen- und Glühlampen [5]. Während bei Glühlampen wegen der nach allen Richtungen ziemlich gleichmäßigen Lichtemission von der Angabe der sphärischen Lichtstärke im allgemeinen abgesehen werden kann, ist das bei den Bogenlampen nicht tunlich, da die Werte der horizontalen, maximalen, sphärischen und hemisphärischen Helligkeit sehr stark voneinander verschieden sind. Der Verband deutscher Elektrotechniker hat daher 1907 Vorschriften für die Photometrie von Bogenlampen herausgegeben [5]. Die wichtigsten Bestimmungen sind folgende: Zum Zwecke der Photometrierung sind in die Lampe Kohlen von vorgeschriebenen Durchmessern und Marken mit einer Länge, welche der halben Brenndauer der Lampe entspricht, einzusetzen. Die Lampe muß vor der Messung 1 Stunde lang normal gebrannt haben. Die Bestimmung der unteren hemisphärischen Lichtstärke (als Zeichen hierfür wurde I festgelegt und als Maßeinheit HK ) erfolgt durch Auswertung der mittleren Polarkurve oder mit Hilfe der Ulbrichtschen Kugel, welche einen Durchmesser von mindestens 1,5 m haben muß. Bei Aufnahme der Polarkurve sollen in der Meßebene auf beiden Seiten der Lampe je eine Messung unter gleichen Winkeln gleichzeitig gemacht werden und der Winkel immer um 10° fortschreiten. Bei übereinander gestellten Kohlen muß die Meßebene durch die Kohlenachse gehen, bei gegeneinander geneigten Kohlen sind zwei Meßebenen anzunehmen, deren eine durch die Achte der Kohlen bestimmt ist und deren andre darauf senkrecht steht und durch die vertikale Achse der Bogenlampe geht. Für die Lichtmessung von elektrischen Glühlampen hat derselbe Verein im Jahre 1891 folgende Normen erlassen, die im folgenden kurz wiedergegeben sind. Unter Leuchtkraft wird die mittlere Leuchtkraft in der zur Lampenachse senkrechten Ebene verstanden. Sie wird bestimmt mit Hilfe der nebenstehend skizzierten Anordnung (Fig. 11). Es bedeutet a b eine gerade Photometerbank von 2,5 m Länge, A den Photometerkopf, B eine Hilfslichtquelle (Vergleichslichtquelle), C die zu messende Lampe bezw. die Normallampe, D einen Winkelspiegel (120°). A und B lassen sich miteinander fest verbinden, so daß sie gemeinschaftlich der Lampe C genähert oder von ihr entfernt werden können. Die Entfernung zwischen A und B beträgt 60 cm und muß um 6 cm nach jeder Seite verstellbar sein. Die Achse der Lampe C soll vertikal stehen. Die Teilung der Bank gestattet direkte Ablesung in Kerzen. Mittels schwarzer Samtschirme ist falsches Licht abzublenden. Als Normale dienen Glühlampen von 3,5–4,5 Watt/HK, welche ungefähr dieselbe Spannung und genau dieselbe Lichtstärke besitzen, welche die zu messenden Lampen haben sollen. Als Vergleichslampe dienen nur fehlerlose Glühlampen von 10 HK und ungefähr derselben Spannung, welche für die zu messenden Lampen bestimmt ist. Diese Lampe soll vor Benutzung 20–30 Stunden brennen, um die bei neuen Lampen auftretenden Aenderungen in der Lichtstärke zu vermeiden. Die Messung geschieht in folgender Weise. Zunächst erhält die Vergleichslampe B mit Hilfe von W₁ die richtige Spannung, welche am Voltmeter H abgelesen werden kann. Dann wird bei C die Normallampe aufgesetzt und mit Hilfe von W₂ und des Voltmeters S auf die richtige Spannung einreguliert. Hierauf wird A auf die der Lichtstärke der Normale entsprechende Entfernung eingestellt und durch Veränderung der Entfernung A B eine photometrische Einstellung ausgeführt. Dann werden A und B fest verbunden. Nun wird an Stelle der Normale die zu messende Lampe gestellt und mit Hilfe von W₂ und S auf die entsprechende Spannung eingestellt, dann wird durch Verschieben von AB eine Messung ausgeführt. Wichtig ist, daß nur mit Akkumulatorenstrom gearbeitet wird. Bei Metallfadenlampen ist wegen der verschiedenen Form der Glühfäden die Winkelspiegelmethode zu ungenau. Hier müssen rotierende Spiegel oder Integralphotometer verwendet werden.

Photometerzimmer. Die photometrischen Messungen finden gewöhnlich in eignen Räumen statt, welche zur Vermeidung Hörenden reflektierten Lichtes mattschwarz gestrichen sind und vollkommen abdunkelbar sein müssen. Doch kann man sich auch durch geeignete Anordnung von Abblendschirmen aus schwarzem Samt, welche zwischen Lichtquelle und Photometerschirm aufgestellt werden, von falschem Lichte befreien. Die photometrischen Apparate und die Haltevorrichtungen für die Lichtquellen sind auf der mit Maßeinteilung versehenen Photometerbank verschiebbar angeordnet. Zur Photometrie der Bogenlampen sind häufig Maste zum Hochziehen der Lampen vorgesehen, um unter verschiedenen Raumwinkeln messen zu können. Von der deutschen Lichtmeßkommission wurde eine Vorschrift für Photometerräume bekanntgegeben [1].

Literatur: [1] Liebenthal, Emil, Praktische Photometrie, Braunschweig 1907; Brodhun, E., Photometrie, in Winkelmanns Handbuch der Physik, 2. Aufl., Bd. 6, 2. Hälfte, Leipzig 1906; Schaum, Karl, Handbuch der angewandten physikalischen Chemie, Bd. 9 (herausgegeben von G. Bredig), Photochemie und Photographie, 1. Teil, Leipzig 1908. – [2] Lummer, Otto, Die Ziele der Leuchttechnik, München und Berlin 1908; Stine, Wilburn M., Photometrical measurements and manual for the general practice of photometry with especial reference to the photometry of arc and incandescent lamps, New York 1900. – [3] Photometer nach Leonhard Weber, Berlin 1900. – [4] Krüß, Hugo, Das Kompensationsphotometer, Journ. s. Gasbeleucht. 1885, S. 685; Die elektrotechnische Photometrie, Wien 1886; Die Methoden der Photometrie, Journal i. Gasbeleuchtung 1886, Bd. 29, S. 100; Das Mischungsphotometer nach W. Grosse, Zeitschr. f. Instrumentenkunde 1888, Bd. 7, S. 347; Photometrie in Muspratts Handbuch der technischen Chemie 1894, Bd. 5. S. 643; Das Lumenmeter von A. Blondel, Journal s. Gasbeleuchtung 1895,[128] Bd. 38, S. 516; Bericht über die Arbeiten der Lichtmeßkommission des Deutschen Vereines von Gas- und Wasserfachmännern, München 1897; Spektrophotometer mit Lummer-Brodhunschem Prismenpaar, Zeitschr. f. Instrumentenkunde 1898, Bd. 18, S. 12; Vorschriften für das Photometrieren des Leuchtgases, Journal s. Gasbeleuchtung 1898, Bd. 41, S. 828; Apparate zur Bestimmung der Flächenhelligkeit, ebend. 1902, Bd. 45, S. 735; Das Flimmerphotometer und die Messung verschiedenfarbigen Lichtes, ebend. 1904, Bd. 47, S. 129; Beleuchtungsmesser, ebend. 1904, Bd. 47, S. 917; Zur Flimmerphotometrie, ebend. 1906, Bd. 49, S. 512. – [5] Veröffentlichungen des Verbandes deutscher Elektrotechniker, Nr. 12 u. 13, Berlin. – [6] Ulbricht, Elektrotechn. Ztg. 1900, Bd. 21, S. 595; 1905, Bd. 26, S. 512; 1906, Bd. 27, S. 50 u. 803; Bloch, ebend. 1905, Bd. 26, S. 1047 u. 1074; Corsepius 1906, Bd. 27, S. 468; Monasch, ebend. 1906, Bd. 27, S. 669, 695 u. 803; Brodhun, Zeitschr. f. Instrum. 1906, Bd. 26, S. 316.

P. v. Schrott.

II. Chemische Photometer (chemische Aktinometer).

Unter chemischer Photometrie versteht man die Messung der Lichtintensität mittels der Größe des chemischen Umsatzes, welchen das Licht während einer gegebenen Zeit in lichtempfindlichen Substanzen bewirkt. Man bezeichnet zwei Lichtquellen als »photochemisch gleich hell«, wenn sie auf denselben lichtempfindlichen Stoffen und unter sonst gleichen Umständen denselben Effekt (z.B. den gleichen Grad der Schwärzung des Chlorsilbers) herbeizuführen vermögen. Je intensiver das Licht, um so größer ist die in gleichen Zeiten herbeigeführte chemische Wirkung. Die Wirkung der Lichtstrahlen auf ein bestimmtes lichtempfindliches chemisches System hängt von der Wellenlänge der Strahlen ab, z.B. sind auf Chlorsilberpapier am stärksten die Strahlen an der Grenze zwischen Violett und Ultraviolett und im brechbareren Ultraviolett wirksam, bei Bromsilber aber tritt auch die Wirkung des blauen und violetten Lichtes sehr stark hervor. Daher kommt es, daß verschiedene chemische Photometer nur die Intensität gewisser Strahlengruppen angeben und ihre Angaben unter sich schwer vergleichbar sind. Auch macht sich häufig zu Beginn des Belichtungsprozesses eine gewisse Trägheit (photochemische Induktion) bemerkbar, welche erst bei weiterer Belichtung überwunden wird und in einen mehr oder weniger regelmäßigen Verlauf übergeht. Temperatur, Konzentration, Zersetzungsprodukte, mitunter auch Feuchtigkeit, Sauerstoff u.s.w. beeinflussen den Verlauf der Lichtreaktion [1].

Die Angaben der chemischen Photometer können mit denen der optischen Photometrie nur dann verglichen werden, wenn erstere genau in derselben Art auf Licht reagieren würden wie die Netzhaut des menschlichen Auges (Maximalwirkung in Orange, Gelb und Grün); solche Photometer, die diesen Anforderungen streng genügen, existieren nicht. Die meisten chemischen Photometer zeigen besonders die Intensität der kurzwelligen Lichtstrahlen an. Als Normallichtquelle benutzt man die in der optischen Photometrie gebräuchliche Amylacetatlampe (s. Photometrie, optische, S. 123, und [11]).

Die Relation zwischen chemischer Helligkeit und optischer Helligkeit nennt man »relative Aktinität«. Sie wurde von Eder für verschiedene Normallichtquellen bestimmt. (Sitzungsber. der k. k. Akademie der Wissensch., Wien 1901, Bd. 110, Abt. II a, S. 1103.)

1. Normalfarbenphotometer. Man bestimmt die Zeit, innerhalb welcher ein Chlorsilberpapier einen bestimmten Grad der Schwärzung (Graufärbung) angenommen hat. Als »Normalgrau« benutzen Bunsen und Roscoe ein Gemisch von 1000 Teilen Zinkoxyd und 1 Teil Ruß. Man nimmt an, daß gleiche Produkte von Lichtintensität und Belichtungsdauer gleichen Schwärzungen entsprechen; jedoch ist dieser Satz nur in engen Grenzen gültig. Als haltbares Normalpapier empfiehlt Eder Bromsilberpapier mit Kaliumnitrit. Um die Empfindlichkeit von Bromsilberpapier für Rot und Gelb zu erhöhen, tränkt Andresen dasselbe mit Rhodamin (Andresen, Photogr. Korresp. 1898, S. 502; Eder, Handb. d. Phot., Bd. 3, 5. Aufl., 1903, S. 764).

Die Vergleichung der grau gefärbten Silberpapiere mit dem Normalgrau wird durch Anwendung von monochromem Natriumlicht (Soda auf einem Platinring in einer Bunsenflamme) erleichtert. Normalfarbenphotometer wendeten Bunsen und Roscoe, Wiesner u.a. zu wissenschaftlichen Untersuchungen an; sie finden auch in der praktischen Photographie Verwendung.

2. Skalenphotometer. Legt man Streifen von Seidenpapier oder andre durchscheinende Schichten stufenförmig übereinander, so wird das durchfallende Licht in einer geometrischen Progression mit steigender Schichtenzahl geschwächt. Druckt man auf eine solche Skala schwarze (undurchsichtige) Ziffern, so kann man erkennen, bis zu welcher Schichtendicke das Licht in einer gegebenen Zeit noch photographische Papiere u.s.w. schwärzen kann; da die Transparenz der Skala bekannt ist, so kann man die Intensität des wirkenden Lichtes ziffernmäßigbestimmen. Man nimmt weiße Seidenpapierskalen, opake Celluloidfolien oder dergl., deren Licht absorption pro Schicht bestimmt werden muß. Als lichtempfindliches Papier benutzt man Chlorsilber-, Chromat-, Eisensalz-(Cyanotyp-) papier oder Papier mit andern photographischen Schichten und kontrolliert damit den Verlauf des Kopierprozesses z.B. beim Pigmentdruck (s.d.); es empfiehlt sich, das Skalenphotometer mit derselben sensibeln Substanz zu beschicken, die man in dem zu kontrollierenden Kopierprozesse benutzt. Derartige Skalenphotometer gestatten die bequeme, aber nicht sehr genaue Vergleichung der photographischen Wirkung verschiedener photographischer Lichtquellen. Hierher gehören auch Röhrenphotometer. Man verschließt Röhren an einem Ende mit verschiedenen Diaphragmen, bringt am anderen Ende die photographische Schicht an und belichtet bei diffusem Licht (beleuchtetem Zeichenpapier, Gipsflächen u.s.w. oder zerstreut das Licht durch vorgeschaltete Mattgläser). Roscoe, H.W. Vogel, J.M. Eder u.a. führten diese Konstruktionen weiter aus; letztere besonders für Zwecke der Dreifarbenphotographie [11] und zur Sensitometrie (s.d.). – Eine andre Art der Skalenphotometer besteht in der Verwendung rotierender, entsprechend ausgeschnittener Scheiben,[129] welche das einfallende Licht dem Oeffnungswinkel der Scheibe entsprechend abstufen. Diese Form dient besonders zur Empfindlichkeitsmessung photographischer Platten (s. Sensitometrie).

3. Photometer mit lichtempfindlichen Gasen. Zu den rein chemischen Photometern gehört das Chlorknallgasphotometer von Bunsen und Roscoe. Es beruht auf der durch Licht herbeigeführten Vereinigung von Chlor und Wasserstoff zu Chlorwasserstoff (Cl₂ + H₂ = 2 HCl), welches durch Wasser absorbiert wird; zunehmende Belichtung vermindert demzufolge bei entsprechender Versuchsanordnung das Volumen des belichteten Gases. Bei zu intensiver Lichtwirkung explodiert das Gasgemisch. Aehnlich verhält sich ein Gemisch von Kohlenoxyd und Chlorgas (CO + Cl₂ = CO Cl₂), was besonders Wilderman studierte. Derartige Gasphotometer sind genau, aber zur praktischen Verwendung zu schwierig zu behandeln.

4. Flüssigkeitsphotometer. Vielfach angewendet wird Eders Quecksilberoxalataktinometer. Konzentrierte Lösungen von Quecksilberchlorid und Ammoniumoxalat bleiben im Dunkeln klar, lassen aber beim Belichten einen weißen Niederschlag von Quecksilberchlorür fallen [2 HgCl₂ + C₂O₄ (NH₄)₂ = Hg₂Cl₂ + 2CO₂ + 2NH₄ Cl]. Der Niederschlag wird gewogen oder volumetrisch bestimmt. Sauerstoffzutritt verlangsamt den Prozeß, Luftabschluß beschleunigt die Reaktion. Wirksam ist insbesondere ultraviolettes Licht. Auch mit Chlorwasser ([2], Witwer), dann mit einer Lösung von Ferrioxalat Fe₂(C₂O₄)₃ = 2FeC₂O₄ + 2CO₂ oder einem Gemisch von Ferrichlorid und Oxalsäure (Fe₂Cl₆ + C₂O₄H₂ = 2FeCl₂ + 2HCl + 2CO₂) (Marchand) lassen sich chemische Photometer herstellen, ebenso mit wässeriger Lösung von Oxalsäure, welche ziemlich träg im Lichte unter Sauerstoffaufnahme und Kohlensäureausscheidung (C₂O₄H₂ + O = 2CO₂ + H₂O) zersetzt wird (Ferrisalze wirken als Beschleuniger); oder wässerige Jodwasserstoffsäure oder angesäuerte Lösungen von Jodiden, welche im Licht Jod ausscheiden (2JH + O = H₂O + J₂), das chemisch-titrimetrisch bestimmt werden kann. Besonders wirkt blaues Licht (Leeds 1879, Plotkinow 1907).

5. Elektrochemische Photometer. Sie beruhen auf der Entstehung photoelektrischer Ströme. Werden z.B. metallische Silberplatten mit Chlorsilberschichten dünn überzogen, in verdünnte Schwefelsäure getaucht und eine der Silberplatten belichtet, so fließt ein elektrischer Strom von der belichteten zur unbelichteten Elektrode; die Stromstärke wird gemessen. Diese von Becquerel (1839) erfundene photoelektrische Aktinometrie, bei welcher auch die optisch hellen Strahlen wirken, wurde vielfach studiert und ihre Kenntnis erweitert; bei solchen photogalvanischen Elementen wird der belichtete Pol – je nach der Art der sensiblen Substanz, der Natur der Elektrolyten – bald zur Anode, bald zur Kathode. Nicht nur bei Silber, sondern auch bei Kupfer treten diese Erscheinungen auf. (Photogalvanische Ketten s. insbesondere Wilderman, Zeitschr. f. phys. Chem. 1905, Bd. 52, S. 208 ff.) Ein andres System von lichtelektrischen Aktinometern beruht auf der Eigenschaft elektrisch negativ geladener Metalle, sich beim Belichten (besonders mit kurzwelligem Licht) zu entladen. Zink, besonders Alkalimetalle, sind sehr lichtempfindlich.

6. Selenphotometer. Gewisse Modifikationen des Selens vermindern ihren elektrischen Leitwiderstand beim Beleuchten. Die Gesetze dieser Widerstandsänderung sind aber sehr komplizierte, daß sich derzeit exakte Methoden der Photometrie hiermit kaum erzielen lassen [14].

Die chemische Aktinometrie ist wichtig zum Studium der in der Photographie verwendeten Beleuchtungsmethoden, zur Bestimmung der chemischen Wirksamkeit verschiedener Strahlengattungen und der Lichtquellen, zur Untersuchung der Lichtabsorption und in allen Fällen, in welchen der Verlauf photochemischer Reaktionen quantitativ zu verfolgen ist.

Literatur: [1] Eder, Photochemie, Bd. 1, 3. Aufl. 1906, 2. Teil. – [2] Ders., Ausführl. Handbuch d. Photograph., Bd. 1, 1. Teil 1891, S. 352. – [3] Eders Jahrb. d. Photogr. – [4] Wilderman, Einwirkung von Kohlenoxyd und Chlor, Zeitschr. f. phys. Chemie 1902, Bd. 41, S. 87. – [5] Bunsen und Roscoe, Photochemische Untersuchungen (Neudruck Leipzig 1892). – [6] Wiesner, Beiträge zur Kenntnis des photochemischen Klimas (Sitzungsber. d. k. k. Akad. d. Wissensch., Wien, Math.-naturw. Klasse 1898–1906). – [7] Wingen, Zur Frage der Grenze für ausreichende Tagesbeleuchtung von Schülerplätzen, Berlin 1901. – [8] Andresen, Zur Aktinometrie des Sonnenlichtes, Photograph. Korresp. 1898, S. 502. – [9] Eders Handb. d. Photograph. 1903, Bd. 3, 5. Aufl., S. 764. – [10] Herstellung von Normalpapieren mit Chromat sowie Bromsilber und Nitrit nach Eder, s. Kißling, Beiträge zur Kenntnis des Einflusses der chem. Lichtintensität auf die Vegetation, Halle 1895. – [11] Eder, J.M., und Valenta, E., Beiträge zur Photochemie und Spektralanalyse, Wien 1904, 2. Abt., S. 27. – [12] Siemens, Selenphotometer, Annalen der Physik, Bd. 156, 159. – [13] Liesegang, Wirkung des Lichtes auf Selen, Düsseldorf 1899. – [14] Ruhmer, Das Selen, Berlin 1902. – [15] Schrott, Sitzungsber. der k. k. Akademie d. Wissenschaften, Wien, Bd. 115, Abt. II a, Juli 1906. – [16] Plotnikow, Jodkaliumphotometer, Zeitschr. f. physikalische Chemie 1907, Bd. 58, S. 214. – [17] Ostwald, Lehrbuch der allgemeinen Chemie, Leipzig 1903.

J.M. Eder.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3., Fig. 4., Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11.