Lumen
Abgeleitete SI-Einheit · Größe: Lichtstrom
01 · Definition
Das Lumen ist der Lichtstrom, den eine Quelle von einer Candela in einen Raumwinkel von einem Steradiant aussendet. Die Größe beschreibt alles Licht, das die Quelle abgibt, gleich wohin es geht: die volle Kugel fasst 4π Steradiant, darum sendet eine gleichmäßig mit einer Candela leuchtende Lampe etwa 12,6 Lumen aus.
Es waren Lumen, die auf den Lampenverpackungen die Watt ablösten, als LEDs die Leistung zu einem sinnlosen Maß für Helligkeit machten: eine Glühlampe mit sechzig Watt und eine LED mit acht geben dieselben achthundert Lumen.
Ein Watt sagt, wie viel das Gerät frisst, ein Lumen, wie viel Licht es abgibt. Eine Achtzig-Watt-Lampe der Sowjetzeit leuchtete schwächer als die heutige mit zehn Watt: die Leistung wuchs, die Lichtausbeute blieb stehen.
Eine Glühlampe gibt etwa dreizehn Lumen je Watt, eine Halogenlampe zwanzig, eine Leuchtstofflampe sechzig, eine moderne LED zwischen hundertzwanzig und zweihundert. Die theoretische Grenze liegt bei 683, und das nur für eine einzige Wellenlänge.
Die obere Grenze der Skala ist die Sonne: 3,6·10²⁸ Lumen. Davon erreichen etwa hunderttausend Lux mittags den Boden, und keine Lampe hält dagegen.
02 · Umrechnung
Fluss eingeben — das Datenblatt zerlegt ihn nach Einheiten
Die Umrechnung in Candela ist nur mit dem Vorbehalt über den Raumwinkel möglich, darum rechnet die Tabelle für gleichmäßige Abstrahlung in alle Richtungen. Die Watt in der letzten Zeile sind keine Leistung, sondern das Äquivalent nach Lichtausbeute: wie viel eine Lampe des jeweiligen Typs für diesen Lichtstrom aufnähme.
Lumen allein reichen zur Wahl einer Lampe nicht: zwei Quellen mit gleichem Lichtstrom unterscheiden sich in Farbtemperatur und Farbwiedergabe. Zweitausendsiebenhundert Kelvin liest sich als warm, sechstausend als Tageslicht, und dieselben achthundert Lumen wirken im Schlafzimmer ganz anders als in der Werkstatt.
| Einheit | Name | Wert | Wo es vorkommt |
|---|---|---|---|
| lm | Lumen, SI-Einheit | 800 | Lumen, SI-Einheit |
| klm | Kilolumen | 0,8 | Kilolumen |
| Mlm | Megalumen | 0 | Megalumen |
| mlm | Millilumen | 800000 | Millilumen |
| cd·sr | Candela je Steradiant — ein und dasselbe | 800 | Candela je Steradiant — ein und dasselbe |
| lm·h | Lumenstunde: Lichtmenge, Lichtstrom über die Brenndauer | 800 | Lumenstunde: Lichtmenge, Lichtstrom über die Brenndauer |
| W(LED) | Watt einer LED: was sie für diesen Lichtstrom aufnähme | 5,71 | Watt einer LED: was sie für diesen Lichtstrom aufnähme |
| W(inc) | Watt einer Glühlampe — eine Gewohnheit aus dem letzten Jahrhundert | 61,5 | Watt einer Glühlampe — eine Gewohnheit aus dem letzten Jahrhundert |
| HK | Hefnerkerze: die deutsche Norm auf Amylacetat | 88,9 | Hefnerkerze: die deutsche Norm auf Amylacetat |
Der Faktor vier Pi gilt nur für gleichmäßige Abstrahlung in alle Richtungen.
03 · Größenordnungen
von der Anzeige bis zum LeuchtturmHunderte und Tausende: Zimmerlampe, Schreibtischlampe, Autoscheinwerfer
04 · Messgeräte
Womit der Lichtstrom gemessen wird
Eine Hohlkugel mit weißer diffuser Beschichtung: das Licht der Lampe darin wird tausendfach zurückgeworfen, und die Beleuchtungsstärke an der Wand wird dem gesamten Lichtstrom proportional, unabhängig davon, wie der Strahl geformt war. Das Hauptverfahren für Lampen.
Der Detektor fährt die Quelle langsam auf einer Kugel ab und zeichnet die Lichtstärke in jeder Richtung auf; der Lichtstrom folgt durch Integration. Die Messung dauert Stunden, liefert aber das vollständige Bild der Lichtverteilung.
Es zerlegt das Licht in ein Spektrum und wichtet jede Wellenlänge mit der Hellempfindlichkeitskurve. Der einzige Weg, den Lichtstrom ohne systematischen Fehler an Quellen mit schmalen Linien zu messen — an LEDs und Entladungslampen.
In der Definition des Lumens selbst steckt die Hellempfindlichkeitskurve — die gemittelte Empfindlichkeit des Auges, in den 1920er Jahren an einigen Dutzend Beobachtern aufgenommen. Darum können zwei Lampen mit derselben Zahl auf der Schachtel verschieden aussehen: der Lichtstrom ist gleich, das Spektrum nicht.
Eine eigens ausgewählte Glühlampe mit stabilisiertem Strom, deren Lichtstrom in einem nationalen Institut beglaubigt ist. An ihr werden Kugeln und Photometer kalibriert, und sie selbst altert: ihr Zertifikat hat ein Ablaufdatum.
05 · Schreibregeln
Beide Buchstaben klein, und nicht mit dem Lux verwechseln
Das Zeichen der Einheit sind zwei kleine lateinische Buchstaben, lm, in aufrechter Schrift. Der Name kommt vom lateinischen lumen — Licht —, darum stehen keine Großbuchstaben darin. Das russische Zeichen ist лм.
Das Zeichen der Größe ist ein kursives griechisches Φ. Das Lumen beschreibt die Quelle, das Lux die beleuchtete Fläche: einer Lampe einen Wert in Lux zuzuschreiben heißt, den Abstand wegzulassen — und schon bedeutet die Zahl nichts mehr.
Bei Projektoren schreibt man «ANSI-Lumen»: dasselbe Lumen, nur nach einem festgelegten Verfahren mit neun Punkten auf der Leinwand gemessen. Zahlen ohne den Vermerk ANSI lohnt es nicht zu vergleichen — der Hersteller darf sie messen, wie es ihm beliebt.
06 · Benachbarte Einheiten
Das Lumen steht zwischen Candela und Lux: die Candela sagt, wie hell eine Quelle in eine Richtung leuchtet, das Lumen, wie viel Licht sie insgesamt gibt, das Lux, wie viel davon die Fläche erreicht hat.
Lichtstärke in eine Richtung
der gesamte Strom der Quelle
was der Fläche zuteilwurde
Von den Datenblättern von Simetrium an das Lumen grenzen Candela und Steradiant aus der Definition, Lux als Strom je Fläche, Foot-Candle in der angloamerikanischen Praxis und Watt, in dem der Lichtstrom über die Hellempfindlichkeitskurve verankert ist.
07 · Historischer Teil
Von der Kerze zur Zahl auf der Schachtel
Als deutsche Norm diente die Hefnerlampe, die Amylacetat mit einem Docht von genau festgelegtem Durchmesser verbrannte. Sie gab etwa neun Zehntel der neuen Candela, hing aber von der Luftfeuchte und vom Kohlendioxid im Raum ab — genau darum wurde sie aufgegeben.
Der Internationale Elektrikerkongress führte das Lumen zusammen mit dem Lux und dem Phot ein. Der Name wurde dem lateinischen lumen — Licht — entnommen; derselbe Stamm diente in der Optik, wo lumen die lichte Öffnung eines Rohres bezeichnete.
Daneben lebte auch eine Einheit der Lichtmenge — die Lumenstunde, Lichtstrom mal Brenndauer. So rechnete man den Verbrauch von Gas- und Petroleumlampen: nicht die Helligkeit, sondern wie viel Licht die Lampe über einen Abend abgegeben hatte.
Richard Ulbricht schlug eine Hohlkugel mit diffuser Beschichtung vor, in der das Licht so lange zurückgeworfen wird, bis es jede Richtung verliert. Die Messung des Lichtstroms, die zuvor ein Abschreiten der Quelle Punkt für Punkt verlangte, wurde zu einer einzigen Ablesung.
Die europäische Kennzeichnung verlangte, den Lichtstrom größer zu drucken als die Leistung: Watt sagten nichts mehr über die Helligkeit, sobald eine LED sechsmal mehr Licht je Watt gab als eine Glühlampe.
Die Zahl 683, von einer Kerze geerbt
Die Zahl 683 Lumen je Watt, die in der Definition der Candela steht, wirkt willkürlich — und willkürlich ist sie auch. Man wählte sie 1979 so, dass die neue Candela der alten möglichst nahekam, die über das Glühen geschmolzenen Platins festgelegt war. In dieser Zahl steckt ein Jahrhundert des Messens.
Diese 683 sind das Maximum für monochromatisches Licht bei 555 Nanometern, dort, wo das Auge am empfindlichsten ist. Für weißes Licht liegt die Grenze niedriger, bei etwa 350 Lumen je Watt: ein Teil des Spektrums wird für das Weiß gebraucht, vom Auge aber kaum gesehen.
Katalog · Maßeinheiten
Ein Datenblatt für jede Größe
Sieben SI-Basiseinheiten, zweiundzwanzig abgeleitete mit eigenem Namen und die Nicht-SI-Einheiten, ohne die weder Technik noch Alltag auskommen. Jede ein eigenes Blatt: Definition, Umrechnung, Messgeräte, Schreibregeln. In 6 Sprachen.
Abgeleitete SI-Einheiten mit eigenem Namen
das Lumen-Datenblatt ist offenSI-Basiseinheiten
in Bernstein — die Candela, aus der das Lumen bestehtDer Lichtstrom in anderen Schreibweisen
Sprache des Datenblatts
6 Sprachen. Das Zeichen lm ist international, die Gewohnheit bei der Farbtemperatur nicht: in Nordeuropa und Amerika mag man warmes Licht mit 2700 K, in Asien kaltes Tageslicht, und entsprechend gehen die Empfehlungen in den Normen auseinander.