Lichtstärke
Lichtstärke ist ein Maß, das angibt, wieviel Lichtstrom von einer Lichtquelle innerhalb eines engen Kegelwinkels ausgestrahlt wird. Dieser Wert wird in Candela gemessen.

Durch das reziproke Quadratgesetz wird festgelegt: Beleuchtungsstärke E = l/d², d. h. die Intensität der Lichtquelle geteilt durch den quadrierten Abstand.

Reziprokes Quadratgesetz
Wenn eine Lichtquelle den gleichen Lichtstrom in alle Richtungen ausstrahlt, ist auch die Lichtstärke in alle Richtungen gleich. Bei den meisten Quellen ist jedoch der Lichtstrom nicht in alle Richtungen gleich. Wenn eine kleine Lichtquelle eine Lichtstärke von 1000 Candela hat und 2 Meter hoch direkt über einer Oberfläche angebracht ist, ergibt sich die Beleuchtungsstärke in Lux wie im Diagramm angezeigt.

Da die Beleuchtungsstärke für unterschiedliche Beleuchtungszwecke von solch hoher Bedeutung ist, ist es unerlässlich diesen Wert errechnen zu können. Dies nennt man das reziproke Quadratgesetz.

Beleuchtungsstärke auf einer Fläche
Um das reziproke Quadratgesetz verstehen zu können, muss man sich einen kegelförmigen Lichtstrahl vorstellen, der von einer kleinen Lichtpunktquelle ausgeht und auf eine entfernte Oberfläche fällt.

Nehmen wir an, der Lichtstrom innerhalb dieses Kegels beträgt ein Lumen und fällt auf eine Fläche, die 1 Meter entfernt ist und eine Fläche von 1 Quadratmeter beleuchtet. Durch Teilung des Lichtstroms durch diese Fläche erhalten wir die Beleuchtungsstärke von 1 Lux.

Wenn wir diese Fläche nun auf einen Abstand von 2 Metern entfernen, bleibt der Lichtstrom im Kegel derselbe, die beleuchtete Fläche vergrößert sich jedoch auf 4 Quadratmeter. Dadurch erhält man eine Beleuchtungsstärke von 1/4 Lux.

So hat sich also die Fläche im Verhältnis zum Quadrat der Entfernung vergrößert, und die Beleuchtungsstärke hat sich umgekehrt im Quadrat auf ein Viertel verkleinert.

Wenn wir die Oberfläche nun auf 3 Meter Abstand entfernen, sehen wir wiederum, wie das reziproke Quadratgesetz funktioniert. Die Oberfläche hat sich im Verhältnis zum Quadrat der Entfernung vergrößert, nämlich auf 9 Quadratmeter, und die resultierende Beleuchtungsstärke beträgt umgekehrt nur noch 1/9 Lux.

Cosinus-Gesetz der Beleuchtungsstärke
Wenn die Oberfläche nun so gedreht wird, dass die Lichtstrahlen in einem Winkel auftreffen, vergrößert sich die beleuchtete Oberfläche, wobei die Beleuchtungsstärke entsprechend abnimmt.

Das Verhältnis der ursprünglich beleuchteten Fläche zur neuen Fläche ist gleich dem Cosinus des Winkels, um den die Oberfläche geneigt wurde. Das heißt, die Beleuchtungsstärke fällt um den Faktor des Cosinus des Neigungswinkels.

Dies ist das Cosinus-Gesetz der Beleuchtungsstärke
Wenn eine Oberfläche, die mit 250 Lux beleuchtet wird, um 60 Grad gedreht wird, fällt die Beleuchtungsstärke auf die Hälfte bzw. auf 125 Lux zurück, da der Cosinus von 60 Grad 0,5 ist.

Reflexion
Wenn Licht auf eine undurchsichtige Fläche trifft, d. h. eine Fläche, die kein Licht durchlässt, wird ein Teil des Lichts absorbiert und ein Teil reflektiert. Das Verhältnis des reflektierten Lichtstroms zum erhaltenen Lichtstrom wird Reflexion genannt.

Wenn ein kleiner Teil der Oberfläche 100 Lumen empfängt und 70 Lumen reflektiert, ist der Reflexionsgrad 0,7 oder, in Prozent ausgedrückt, 70 %. Die restlichen 0,3 oder 30 % werden absorbiert.

Diffuse Reflexion
Unterschiedliche Oberflächen reflektieren das Licht auf unterschiedliche Weise. Oberflächen wie Papier, Wandfarbe, Teppiche usw. ergeben eine so genannte matte oder diffuse Reflexion, d. h. das Licht wird in alle Richtungen reflektiert.

Spiegelreflexion
Das andere Extrem ist die Spiegelreflexion durch glänzende Metalloberflächen wie Chrom, Silber und reines Aluminium.

Hier muss man sich jedoch unbedingt darüber im Klaren sein, dass Spiegelreflexionen zwar ein klares Spiegelbild auf der Oberfläche des Materials abgeben, die reflektierte Lichtmenge jedoch erstaunlich gering sein kann.

Eine matte, weiß angestrichene Oberfläche zum Beispiel hat eine Reflexion von 85 % bis 90 % im Vergleich zu nur 60 % Spiegelreflexion von einer Edelstahloberfläche, wobei poliertes Aluminium einen Wert von ca 85 % hervorbringt.

Gemischte Reflexion
Viele Oberflächen wie Lackfarben, Holz, Kunststoff usw. weisen eine Kombination dieser beiden Reflexionsarten auf. So streut Lackfarbe beispielsweise das meiste reflektierte Licht, verursacht jedoch auch eine Spiegelreflexion auf der Farboberfläche.

Messung der Leuchtdichte
Die Kombination aus Oberflächenbeschaffung und deren  Reflexionsgrad spielt beim Messen des reflektierten Lichts von einer Oberfläche eine Rolle, die Messwerte verändern sich je nach Betrachtungswinkel.

Die Helligkeit einer Oberfläche wird in Candela pro Quadratmeter (cd/m2) mit einem Leuchtdichtenmessapparat, wie hier gezeigt, gemessen.