لومن
وحدة مشتقة في النظام الدولي · الكمية: تدفق ضوئي
01 · التعريف
اللومن هو التدفق الضوئي الصادر عن مصدر شدة إضاءته قنديلة واحدة ضمن زاوية مجسمة مقدارها ستراديان واحد. تصف هذه الكمية كل الضوء الذي يعطيه المصدر إلى الخارج، بصرف النظر عن وجهته.
اللومنات هي التي حلّت محل الواطات على علب المصابيح، حين جعلت الديودات القدرة مقياسًا لا معنى له للسطوع: مصباح متوهج بستين واطًا وديود بثمانية يعطيان الثمانمئة لومن نفسها. ويتطلب قياس التدفق كاملًا جمع الضوء من كل الاتجاهات — فالمصدر المضيء بانتظام في كل الجهات يشع ضمن أربعة باي ستراديان، أي لومنات أكثر بـ 12.57 مرة من قنديلات شدة إضاءته. أما الكشاف ذو شدة الإضاءة نفسها لكن بحزمة ضيقة فيعطي تدفقًا أقل بعشرات المرات، ولا يمكن تمييزه عن مصباح برقم واحد على العلبة.
الواط يقول كم يأكل الجهاز، واللومن كم ضوءًا يعطي. كان مصباح الثمانين واطًا في العهد السوفييتي يضيء أضعف من مصباح اليوم ذي العشرة واطات: القدرة تنمو، والفعالية الضوئية واقفة مكانها.
يعطي المصباح المتوهج نحو ثلاثة عشر لومنًا لكل واط، والهالوجيني عشرين، والفلوري ستين، والديود الحديث من مئة وعشرين إلى مئتين. الحد النظري للضوء الأبيض ذي تأدية اللون المقبولة يقع قرب الثلاثمئة، والحد المطلق، للأخضر أحادي اللون، هو 683 لومنًا لكل واط — وهذا لم يعد قيدًا تقنيًا بل هو تعريف القنديلة. ويُفسَّر الفرق بين المتوهج والديود ببساطة: السلك المحمى يشع كل الطاقة تقريبًا في تحت الأحمر الذي لا تراه العين البتة.
الحد الأعلى للمقياس هو الشمس: 3.6·10²⁸ لومن. يصل منها إلى سطح الأرض نحو مئة ألف لوكس عند الظهر، ولا مصباح يجادل في ذلك.
02 · التحويل
أدخل تدفقًا — وستفكّكه البطاقة إلى وحدات
التحويل إلى قنديلات ممكن فقط مع التحفظ على الزاوية المجسمة، ولذلك يحسب الجدول لإشعاع منتظم في كل الاتجاهات. والواطات في السطر الأخير ليست قدرة المصباح، بل التدفق الإشعاعي عند طول موجة أعظم استجابة للعين.
اللومنات وحدها لا تكفي لاختيار مصباح: مصدران بالتدفق نفسه يختلفان في درجة حرارة اللون وفي دليل تأدية اللون. ألفان وسبعمئة كلفن تعطي الضوء الأصفر الدافئ للمصباح المتوهج، وستة آلاف تعطي ضوء النهار البارد؛ ودليل تأدية دون الثمانين يعني أن ألوان الغرفة ستتشوه، وأن الطعام والبشرة سيبدوان غير طبيعيين. البطاقة الأوروبية تطلب الأرقام الثلاثة على العلبة، لكن العين لا تلحظ عادة سوى التدفق.
| الوحدة | الاسم | القيمة | أين يُصادَف |
|---|---|---|---|
| lm | لومن، وحدة SI | 800 | لومن، وحدة SI |
| klm | كيلو لومن | 0.8 | كيلو لومن |
| Mlm | ميغا لومن | 0 | ميغا لومن |
| mlm | ملي لومن | 800000 | ملي لومن |
| cd·sr | قنديلة لكل ستراديان — الشيء نفسه تمامًا | 800 | قنديلة لكل ستراديان — الشيء نفسه تمامًا |
| lm·h | لومن-ساعة: كمية الضوء، التدفق طوال زمن الاشتعال | 800 | لومن-ساعة: كمية الضوء، التدفق طوال زمن الاشتعال |
| W(LED) | واطات ديود: كم يأكل من أجل هذا التدفق | 5.71 | واطات ديود: كم يأكل من أجل هذا التدفق |
| W(inc) | واطات مصباح متوهج — عادة من القرن الماضي | 61.5 | واطات مصباح متوهج — عادة من القرن الماضي |
| HK | شمعة هِفنر: المعيار الألماني بخلات الأميل | 88.9 | شمعة هِفنر: المعيار الألماني بخلات الأميل |
المعامل أربعة باي لا يصلح إلا للإشعاع المنتظم في كل الاتجاهات.
03 · رتب المقادير
من لمبة الإشارة إلى المنارةمئات وآلاف: مصباح غرفة، مصباح مكتب، مصباح سيارة
04 · أجهزة القياس
بماذا يُقاس التدفق الضوئي
كرة جوفاء بطلاء أبيض ناشر: ينعكس ضوء المصباح في داخلها آلاف المرات، فتغدو الاستضاءة على الجدار متناسبة مع التدفق الكامل، مهما كان اتجاه إضاءة المصباح. وهي الجهاز المعياري لاعتماد المصابيح، بأقطار من عشرين سنتيمترًا إلى ثلاثة أمتار.
يدور الحسّاس ببطء حول المصدر على سطح كرة ويسجل شدة الإضاءة في كل اتجاه؛ ويخرج التدفق بالتكامل. يستغرق القياس ساعات، لكنه يعطي مخطط التوزيع كاملًا — ومن دونه لا يمكن تصميم مصباح إنارة.
يحلل الضوء إلى طيف ويرجّح كل طول موجة بمنحنى استجابة العين. وهو السبيل الوحيد لقياس التدفق دون خطأ منهجي في المصادر ذات الخطوط الضيقة — الديودات ومصابيح التفريغ، حيث لا ينطبق مرشح المقياس الضوئي المعتاد على المنحنى بدقة كافية.
في تعريف اللومن نفسه يختبئ منحنى الاستجابة — حساسية العين الوسطية، المأخوذة في عشرينيات القرن الماضي على بضع عشرات من الراصدين. لذلك قد يبدو مصباحان يحملان الرقم نفسه على العلبة مختلفين: التدفق متساوٍ، والطيف لا.
مصباح متوهج منتقى خصيصًا بتيار مستقر، تدفقه موثق في معهد وطني. تُعاير به الكرات والمقاييس الضوئية، وهو نفسه يشيخ: يُقاس عمره المقرر بعشرات ساعات الاشتعال، وبعدها يلزم فحص جديد.
05 · قواعد الكتابة
كلا الحرفين صغير، ولا يُخلط باللوكس
رمز الوحدة حرفان لاتينيان صغيران، lm، بخط قائم. والاسم من اللاتينية lumen — ضوء، ولذلك لا حرف كبير فيه. وفي العربية يُجمع على لومنات: ثمانمئة لومن.
رمز الكمية هو الحرف اليوناني Φ المائل. اللومن يصف المصدر، واللوكس يصف السطح المضاء: أن تنسب إلى مصباح قيمة باللوكس يعني أن تغفل المسافة، أي ألا تقول شيئًا. في الكشافات والمصابيح اليدوية يحب الصنّاع نشر «لومن ANSI» — التدفق مقيسًا بالطريقة الأمريكية بزمن إحماء محدد؛ هي اللومنات نفسها، غير أن شروط الاختبار مذكورة، وهذا بالضبط ما يجعل الأرقام قابلة للمقارنة. وثمة فخ منفصل: «اللومن عند خرج الديود» في مقابل «اللومن الخارج من المصباح»: يبتلع الناشر والعاكس من عشرة إلى ثلاثين في المئة.
تُكتب في أجهزة العرض «لومنات ANSI»: هو اللومن نفسه، لكن مقيسًا بطريقة معيارية بتسع نقاط على الشاشة. أما الأرقام بلا إشارة ANSI فلا يستحق مقارنة بعضها ببعض — فللصانع أن يقيسها كما يشاء.
06 · الوحدات المجاورة
يقف اللومن بين القنديلة واللوكس: القنديلة تقول كم يضيء المصدر بقوة في جهة واحدة، واللومن كم ضوءًا يعطي في المجموع، واللوكس ما وصل من ذلك إلى السطح.
من بطاقات Simetrium يجاور اللومن قنديلة و ستراديان من التعريف، لوكس كتدفق على مساحة، قدم-شمعة في الممارسة الأنجلو-أمريكية و واط، الذي يرتبط به التدفق الضوئي عبر منحنى الاستجابة.
07 · القسم التاريخي
من الشمعة إلى الرقم على العلبة
كان المعيار الألماني مصباح هِفنر، الذي يحرق خلات الأميل بفتيل محدد القطر بدقة. كان يعطي نحو تسعة أعشار القنديلة الجديدة، لكنه كان يتأثر برطوبة الهواء وضغطه إلى حد أن النتائج كان لا بد من ردّها إلى الشروط العادية.
أدخل المؤتمر الدولي للكهربائيين اللومن مع اللوكس والفوت. والاسم مأخوذ من اللاتينية lumen — ضوء؛ وقد استُعمل الجذر نفسه في البصريات، حيث يعني lumen تجويف أنبوب.
وإلى جانبه عاشت وحدة لكمية الضوء — اللومن-ساعة، أي التدفق مضروبًا في زمن الاشتعال. هكذا كان يُحسب استهلاك مصابيح الغاز والكيروسين: لا السطوع، بل كم من الضوء أعطى المصباح في أمسية.
اقترح ريتشارد أولبريخت كرة جوفاء بطلاء ناشر ينعكس الضوء داخلها حتى يفقد اتجاهه تمامًا. فاختصر قياس التدفق، الذي كان يقتضي الدوران حول المصدر على كرة، إلى قراءة واحدة.
ألزمت البطاقة الأوروبية بطباعة التدفق الضوئي أكبر من القدرة: لم تعد الواطات تقول شيئًا عن السطوع حين صار الديود يعطي ضوءًا أكثر بست مرات لكل واط. واضطر المشتري إلى تعلم رقم جديد — ثمانمئة لومن بدل الستين واطًا المألوفة.
الرقم 683، إرث من شمعة
المعامل 683 لومن لكل واط، القائم في تعريف القنديلة، يبدو اعتباطيًا — وهو اعتباطي فعلًا. اختير عام 1979 بحيث تنطبق القنديلة الجديدة على القديمة بأكبر دقة ممكنة، وتلك كانت معرَّفة عبر إشعاع البلاتين عند درجة التجمد، وهي بدورها كانت مضبوطة على شمعة أقدم منها. حفظت كل خطوة الاتصال بسابقتها، وفي النهاية بقيت في التعريف الأساسي لوحدة من وحدات النظام الدولي ذكرى فتيل وخلات الأميل. ومنذ 2019 صار اللومن مرتبطًا بالواط ارتباطًا مضبوطًا: أُعلن المعامل ثابتًا كسرعة الضوء أو شحنة الإلكترون. غير أن المضبوط وحده هو الصلة بالإشعاع أحادي اللون عند 540 تيراهرتز — أما أي مصدر حقيقي فيُحسب تدفقه بترجيح الطيف بمنحنى استجابة العين، وذلك المنحنى يصف راصدًا وسطيًا لا وجود له في الطبيعة. من هنا يأتي حد دقة القياس الضوئي: أفضل المعايير الوطنية تعيد إنتاج اللومن بعدم يقين يقارب اثنين من عشرة في المئة — أسوأ بخمس مراتب من الوحدات الكهربائية.
هذه الـ 683 هي الحد الأقصى للضوء أحادي اللون عند 555 نانومترًا، حيث العين أشد حساسية. أما الضوء الأبيض فحده أدنى، نحو 350 لومنًا لكل واط: جزء من الطيف لازم للبياض، لكن العين لا تكاد تراه.
الدليل · وحدات القياس
بطاقة لكل مقدار
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون وحدة مشتقة لها أسماء خاصة، ووحدات خارج النظام لا تستغني عنها التقنية ولا الحياة اليومية. لكل وحدة ورقتها: التعريف، التحويل، الأجهزة، قواعد الكتابة. بـ 36 لغة.
وحدات دولية مشتقة لها أسماء خاصة
بطاقة اللومن مفتوحةالوحدات الأساسية في النظام الدولي
بالكهرماني — القنديلة التي يتألف منها اللومنالتدفق الضوئي في كتابات أخرى
لغة البطاقة
36 لغة. الرمز lm دولي، أما العادة في درجة حرارة اللون فليست كذلك: في شمال أوروبا وأمريكا يُحَب الضوء الدافئ 2700 K، وفي آسيا ضوء النهار البارد، والتوصيات في الترجمات تراعي الممارسة المحلية.