Λούμεν
Παράγωγη μονάδα SI · μέγεθος: φωτεινή ροή
01 · Ορισμός
Λούμεν είναι η φωτεινή ροή που εκπέμπει πηγή έντασης μιας καντέλας μέσα σε στερεά γωνία ενός στερακτινίου. Το μέγεθος περιγράφει όλο το φως που δίνει η πηγή προς τα έξω, ανεξάρτητα από το πού είναι στραμμένο.
Τα λούμεν ήταν αυτά που αντικατέστησαν τα βατ στις συσκευασίες των λαμπτήρων, όταν οι δίοδοι έκαναν την ισχύ ανόητο μέτρο της φωτεινότητας: ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως εξήντα βατ και μια δίοδος οκτώ βατ δίνουν τα ίδια οκτακόσια λούμεν. Η πλήρης μέτρηση της ροής απαιτεί να μαζευτεί το φως από όλες τις κατευθύνσεις — μια πηγή που φωτίζει ομοιόμορφα προς κάθε πλευρά εκπέμπει μέσα σε τέσσερα πι στερακτίνια, δηλαδή 12,57 φορές περισσότερα λούμεν από όσες καντέλες έχει η έντασή της. Ένας προβολέας με την ίδια ένταση αλλά στενή δέσμη δίνει ροή δεκάδες φορές μικρότερη, και από έναν μόνο αριθμό στο κουτί δεν τον ξεχωρίζεις από λαμπτήρα.
Το βατ λέει πόσο τρώει η συσκευή, το λούμεν πόσο φως δίνει. Ένας λαμπτήρας ογδόντα βατ των σοβιετικών χρόνων φώτιζε ασθενέστερα από τον σημερινό των δέκα: η ισχύς μεγάλωνε, η φωτεινή απόδοση έμενε στάσιμη.
Ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως δίνει περίπου δεκατρία λούμεν ανά βατ, ένας αλογόνου είκοσι, ένας φθορισμού εξήντα, μια σύγχρονη δίοδος από εκατόν είκοσι ως διακόσια. Το θεωρητικό όριο για λευκό φως με αποδεκτή χρωματική απόδοση βρίσκεται γύρω στα τριακόσια, και το απόλυτο, για μονοχρωματικό πράσινο, είναι 683 λούμεν ανά βατ — και αυτό δεν είναι πια τεχνικός περιορισμός αλλά ο ορισμός της καντέλας. Η διαφορά ανάμεσα στην πυράκτωση και τη δίοδο εξηγείται απλά: το πυρακτωμένο νήμα ακτινοβολεί σχεδόν όλη την ενέργεια στο υπέρυθρο, που το μάτι δεν το βλέπει καθόλου.
Το πάνω όριο της κλίμακας είναι ο Ήλιος: 3,6·10²⁸ λούμεν. Από αυτά φτάνουν στην επιφάνεια της Γης περίπου εκατό χιλιάδες λουξ το μεσημέρι, και κανένας λαμπτήρας δεν το συζητά.
02 · Μετατροπή
Δώστε μια ροή — το δελτίο θα την αναλύσει σε μονάδες
Η μετατροπή σε καντέλες είναι δυνατή μόνο με την επιφύλαξη για τη στερεά γωνία, γι’ αυτό ο πίνακας υπολογίζει για ομοιόμορφη εκπομπή προς όλες τις κατευθύνσεις. Τα βατ της τελευταίας γραμμής δεν είναι η ισχύς του λαμπτήρα, αλλά η ακτινοβολούμενη ροή στο μήκος κύματος της μέγιστης ευαισθησίας.
Μόνο τα λούμεν δεν αρκούν για να διαλέξεις λαμπτήρα: δύο πηγές με την ίδια ροή διαφέρουν στη θερμοκρασία χρώματος και στον δείκτη χρωματικής απόδοσης. Δύο χιλιάδες επτακόσια κέλβιν δίνουν το ζεστό κίτρινο φως του λαμπτήρα πυρακτώσεως, έξι χιλιάδες το ψυχρό φως της ημέρας· δείκτης χρωματικής απόδοσης κάτω από ογδόντα σημαίνει ότι τα χρώματα στο δωμάτιο θα αλλοιωθούν και το φαγητό και το δέρμα θα φαίνονται αφύσικα. Η ευρωπαϊκή σήμανση απαιτεί και τους τρεις αριθμούς στη συσκευασία, αλλά συνήθως προσέχει κανείς μόνο τη ροή.
| Μονάδα | Όνομα | Τιμή | Πού απαντάται |
|---|---|---|---|
| lm | λούμεν, μονάδα SI | 800 | λούμεν, μονάδα SI |
| klm | κιλολούμεν | 0,8 | κιλολούμεν |
| Mlm | μεγαλούμεν | 0 | μεγαλούμεν |
| mlm | μιλιλούμεν | 800000 | μιλιλούμεν |
| cd·sr | καντέλα ανά στερακτίνιο — ακριβώς το ίδιο | 800 | καντέλα ανά στερακτίνιο — ακριβώς το ίδιο |
| lm·h | λουμενώρα: ποσότητα φωτός, η ροή επί τον χρόνο καύσης | 800 | λουμενώρα: ποσότητα φωτός, η ροή επί τον χρόνο καύσης |
| W(LED) | βατ μιας διόδου: πόσο θα έτρωγε για αυτή τη ροή | 5,71 | βατ μιας διόδου: πόσο θα έτρωγε για αυτή τη ροή |
| W(inc) | βατ λαμπτήρα πυρακτώσεως — συνήθεια του περασμένου αιώνα | 61,5 | βατ λαμπτήρα πυρακτώσεως — συνήθεια του περασμένου αιώνα |
| HK | κερί Χέφνερ: το γερμανικό πρότυπο με οξικό αμυλεστέρα | 88,9 | κερί Χέφνερ: το γερμανικό πρότυπο με οξικό αμυλεστέρα |
Ο παράγοντας τέσσερα πι ισχύει μόνο για ομοιόμορφη εκπομπή προς όλες τις κατευθύνσεις.
03 · Τάξεις μεγέθους
από την ενδεικτική λυχνία στον φάροεκατοντάδες και χιλιάδες: λαμπτήρας δωματίου, γραφείου, προβολέας αυτοκινήτου
04 · Όργανα μέτρησης
Με τι μετριέται η φωτεινή ροή
Κοίλη σφαίρα με λευκή διαχυτική επίστρωση: το φως του λαμπτήρα μέσα ανακλάται χιλιάδες φορές, και ο φωτισμός στο τοίχωμα γίνεται ανάλογος της συνολικής ροής, ανεξάρτητα από το πού φώτιζε ο λαμπτήρας. Το καθιερωμένο όργανο για την πιστοποίηση λαμπτήρων, με διάμετρο από είκοσι εκατοστά ως τρία μέτρα.
Ο ανιχνευτής περιφέρεται αργά γύρω από την πηγή πάνω σε σφαίρα και καταγράφει την ένταση σε κάθε κατεύθυνση· η ροή προκύπτει με ολοκλήρωση. Η μέτρηση κρατά ώρες, δίνει όμως πλήρες διάγραμμα κατανομής — χωρίς αυτό δεν σχεδιάζεται φωτιστικό.
Αναλύει το φως σε φάσμα και σταθμίζει κάθε μήκος κύματος με την καμπύλη ευαισθησίας του ματιού. Ο μόνος τρόπος να μετρηθεί η ροή χωρίς συστηματικό σφάλμα σε πηγές με στενές γραμμές — σε διόδους και λαμπτήρες εκκένωσης, όπου το φίλτρο ενός κοινού φωτόμετρου δεν ακολουθεί την καμπύλη αρκετά πιστά.
Μέσα στον ίδιο τον ορισμό του λούμεν κρύβεται η καμπύλη ευαισθησίας — η μέση ευαισθησία του ματιού, καταγραμμένη τη δεκαετία του 1920 σε μερικές δεκάδες παρατηρητές. Γι’ αυτό δύο λαμπτήρες με τον ίδιο αριθμό στο κουτί μπορεί να φαίνονται διαφορετικοί: η ροή είναι ίδια, το φάσμα όχι.
Ειδικά επιλεγμένος λαμπτήρας πυρακτώσεως με σταθεροποιημένο ρεύμα, του οποίου η ροή πιστοποιείται σε εθνικό ινστιτούτο. Με αυτόν βαθμονομούνται σφαίρες και φωτόμετρα, ενώ ο ίδιος γερνά: ο δηλωμένος χρόνος ζωής μετριέται σε δεκάδες ώρες καύσης, μετά τις οποίες χρειάζεται νέος έλεγχος.
05 · Κανόνες γραφής
Και τα δύο γράμματα μικρά, και να μη μπερδεύεται με το λουξ
Το σύμβολο της μονάδας είναι δύο μικρά λατινικά γράμματα, lm, με όρθια στοιχεία. Το όνομα προέρχεται από το λατινικό lumen — φως, γι’ αυτό δεν έχει κεφαλαία. Στα ελληνικά το λούμεν μένει άκλιτο: οκτακόσια λούμεν.
Το σύμβολο του μεγέθους της ροής είναι το πλάγιο ελληνικό Φ. Το λούμεν περιγράφει την πηγή, το λουξ τη φωτιζόμενη επιφάνεια: να αποδώσεις λουξ σε έναν λαμπτήρα σημαίνει να παραλείψεις την απόσταση, άρα να μην πεις τίποτα. Στους φακούς και τους προβολείς οι κατασκευαστές δημοσιεύουν πρόθυμα «λούμεν ANSI» — τη ροή μετρημένη με την αμερικανική μέθοδο και καθορισμένο χρόνο προθέρμανσης· είναι τα ίδια λούμεν, μόνο που οι συνθήκες δοκιμής δηλώνονται, και ακριβώς αυτό κάνει τους αριθμούς συγκρίσιμους. Ξεχωριστή παγίδα είναι τα «λούμεν στην έξοδο της διόδου» έναντι των «λούμεν από το φωτιστικό»: ο διαχύτης και ο ανακλαστήρας τρώνε από δέκα ως τριάντα τοις εκατό.
Στους προβολείς γράφουν «λούμεν ANSI»: το ίδιο λούμεν, μόνο μετρημένο με τυποποιημένη μέθοδο σε εννέα σημεία της οθόνης. Αριθμούς χωρίς την ένδειξη ANSI δεν αξίζει να τους συγκρίνεις μεταξύ τους — ο κατασκευαστής είναι ελεύθερος να τους μετρήσει όπως θέλει.
06 · Γειτονικές μονάδες
Το λούμεν στέκει ανάμεσα στην καντέλα και το λουξ: η καντέλα λέει πόσο δυνατά φωτίζει η πηγή προς μία πλευρά, το λούμεν πόσο φως δίνει συνολικά, το λουξ τι από αυτό έφτασε στην επιφάνεια.
Από τα δελτία του Simetrium γειτονεύουν με το λούμεν καντέλα και στερακτίνιο από τον ορισμό, λουξ ως ροή ανά επιφάνεια, foot-candle στην αγγλοαμερικανική πρακτική και βατ, με το οποίο η φωτεινή ροή δένεται μέσω της καμπύλης ευαισθησίας.
07 · Ιστορικό μέρος
Από το κερί στον αριθμό του κουτιού
Ως γερμανικό πρότυπο χρησίμευε ο λύχνος του Χέφνερ, που έκαιγε οξικό αμυλεστέρα με φιτίλι αυστηρά καθορισμένης διαμέτρου. Έδινε περίπου εννέα δέκατα της νέας καντέλας, αλλά εξαρτιόταν από την υγρασία και την πίεση του αέρα τόσο, ώστε τα αποτελέσματα έπρεπε να ανάγονται σε κανονικές συνθήκες.
Το Διεθνές Συνέδριο Ηλεκτρολόγων καθιέρωσε το λούμεν μαζί με το λουξ και το φοτ. Το όνομα πάρθηκε από το λατινικό lumen — φως· την ίδια ρίζα χρησιμοποιούσαν και στην οπτική, όπου lumen σημαίνει το εσωτερικό άνοιγμα ενός σωλήνα.
Δίπλα ζούσε και μονάδα ποσότητας φωτός — η λουμενώρα, η ροή επί τον χρόνο καύσης. Έτσι λογάριαζαν την κατανάλωση των λαμπτήρων γκαζιού και πετρελαίου: όχι τη φωτεινότητα, αλλά πόσο φως είχε δώσει ο λαμπτήρας σε μια βραδιά.
Ο Ρίχαρντ Ούλμπριχτ πρότεινε κοίλη σφαίρα με διαχυτική επίστρωση, μέσα στην οποία το φως ανακλάται ώσπου να χάσει εντελώς την κατεύθυνσή του. Η μέτρηση της ροής, που πριν απαιτούσε περιφορά γύρω από την πηγή, περιορίστηκε σε μία μόνο ένδειξη.
Η ευρωπαϊκή σήμανση απαίτησε να τυπώνεται η φωτεινή ροή μεγαλύτερη από την ισχύ: τα βατ έπαψαν να λένε κάτι για τη φωτεινότητα μόλις η δίοδος άρχισε να δίνει έξι φορές περισσότερο φως ανά βατ. Ο αγοραστής χρειάστηκε να μάθει έναν καινούριο αριθμό — οκτακόσια λούμεν αντί για τα συνηθισμένα εξήντα βατ.
Ο αριθμός 683, κληρονομιά ενός κεριού
Ο συντελεστής 683 λούμεν ανά βατ, που στέκει στον ορισμό της καντέλας, φαίνεται αυθαίρετος — και αυθαίρετος πράγματι είναι. Τον επέλεξαν το 1979 έτσι ώστε η νέα καντέλα να συμπέσει όσο γίνεται ακριβέστερα με την παλιά, που είχε οριστεί μέσω της ακτινοβολίας του λευκόχρυσου στη θερμοκρασία στερεοποίησης, ενώ εκείνη με τη σειρά της είχε προσαρμοστεί σε ένα ακόμη παλαιότερο κερί. Κάθε βήμα διατηρούσε τη συνέχεια, και στο τέλος μέσα στον θεμελιώδη ορισμό μιας μονάδας SI ζει η μνήμη ενός φιτιλιού και του οξικού αμυλεστέρα. Από το 2019 το λούμεν είναι δεμένο με το βατ ακριβώς: ο συντελεστής ανακηρύχθηκε σταθερά, όπως η ταχύτητα του φωτός ή το φορτίο του ηλεκτρονίου. Ακριβής όμως μένει μόνο η σχέση με τη μονοχρωματική ακτινοβολία στα 540 τεραχέρτζ — για κάθε πραγματική πηγή η ροή υπολογίζεται σταθμίζοντας το φάσμα με την καμπύλη ευαισθησίας του ματιού, και εκείνη περιγράφει έναν μέσο παρατηρητή που στη φύση δεν υπάρχει. Από εκεί το όριο ακρίβειας της φωτομετρίας: τα καλύτερα εθνικά πρότυπα αναπαράγουν το λούμεν με αβεβαιότητα περίπου δύο δέκατα του εκατοστού — πέντε τάξεις μεγέθους χειρότερα από τις ηλεκτρικές μονάδες.
Αυτά τα 683 είναι το μέγιστο για μονοχρωματικό φως στα 555 νανόμετρα, εκεί όπου το μάτι είναι πιο ευαίσθητο. Για το λευκό φως το όριο πέφτει χαμηλότερα, γύρω στα 350 λούμεν ανά βατ: μέρος του φάσματος χρειάζεται για τη λευκότητα, αλλά το μάτι σχεδόν δεν το βλέπει.
Κατάλογος · μονάδες μέτρησης
Ένα δελτίο για κάθε μέγεθος
Επτά θεμελιώδεις μονάδες SI, είκοσι δύο παράγωγες με δικό τους όνομα και οι μονάδες εκτός συστήματος χωρίς τις οποίες δεν τα βγάζει πέρα ούτε η τεχνική ούτε η καθημερινότητα. Καθεμιά έχει το φύλλο της: ορισμός, μετατροπή, όργανα, κανόνες γραφής. Σε 26 γλώσσες.
Παράγωγες μονάδες SI με δικό τους όνομα
το δελτίο του λούμεν είναι ανοιχτόΘεμελιώδεις μονάδες SI
με κεχριμπάρι — η καντέλα από την οποία φτιάχνεται το λούμενΗ φωτεινή ροή σε άλλες γραφές
Γλώσσα του δελτίου
26 γλώσσες. Το σύμβολο lm είναι διεθνές, η συνήθεια όμως στη θερμοκρασία χρώματος όχι: στη Βόρεια Ευρώπη και στην Αμερική αγαπούν το ζεστό φως των 2700 K, στην Ασία το ψυχρό φως της ημέρας, και οι συστάσεις στις μεταφράσεις λαβαίνουν υπόψη την τοπική πρακτική.