لومن
یکای فرعی SI · کمیت: شار نوری
01 · تعریف
لومن شار نوری است که چشمهای با شدت یک کاندلا درون زاویهٔ فضایی یک استرادیان بیرون میدهد. این کمیت همهٔ نوری را وصف میکند که چشمه به بیرون میدهد، بیتوجه به اینکه به کدام سو نشانه رفته است.
همین لومن بود که روی جعبهٔ لامپها جای وات را گرفت، آنگاه که الایدیها توان را معیاری بیمعنا برای روشنایی کردند: یک لامپ رشتهای شصتوات و یک الایدی هشتوات همان هشتصد لومن را میدهند. اندازهگیری کامل شار نیازمند گردآوری نور از همهٔ سوهاست — چشمهای که یکنواخت به همهسو میتابد درون چهار پی استرادیان میتابد، یعنی ۱۲.۵۷ برابر بیش از کاندلاهای شدت نورش لومن دارد. نورافکنی با همان شدت اما باریکهای تنگ دهها برابر شار کمتری میدهد، و از روی یک عدد روی جعبه نمیتوان آن را از لامپ بازشناخت.
وات میگوید دستگاه چه اندازه میخورد، لومن میگوید چه اندازه نور میدهد. لامپ هشتاد واتی روزگار شوروی کمفروغتر از لامپ ده واتی امروز میتابید: توان بالا میرفت و بازده نوری در جای خود میماند.
لامپ رشتهای نزدیک سیزده لومن بر وات میدهد، هالوژن بیست، فلورسنت شصت، و الایدی امروزی از صد و بیست تا دویست. مرز نظری برای نور سفید با نمود رنگ پذیرفتنی نزدیک سیصد است، و مرز مطلق، برای سبز تکرنگ، ۶۸۳ لومن بر وات — و این دیگر محدودیتی فنی نیست بلکه تعریف کاندلاست. تفاوت میان رشتهای و الایدی ساده توضیح داده میشود: رشتهٔ گداخته تقریباً همهٔ انرژی را در فروسرخ میتاباند، که چشم اصلاً آن را نمیبیند.
مرز بالای مقیاس خورشید است: ۳.۶·۱۰²⁸ لومن. از آن نزدیک صد هزار لوکس در نیمروز به زمین میرسد، و هیچ لامپی با این نمیستیزد.
02 · تبدیل
یک شار وارد کنید — شناسنامه آن را به یکاها میشکافد
تبدیل به کاندلا تنها با قید زاویهٔ فضایی شدنی است، و از این رو جدول برای تابش یکنواخت به همهسو حساب میکند. واتهای سطر پایانی توان لامپ نیستند، بلکه شار تابشی در طول موج بیشترین حساسیت چشماند.
لومن بهتنهایی برای گزینش لامپ بس نیست: دو چشمه با شار برابر در دمای رنگ و شاخص نمود رنگ فرق دارند. دو هزار و هفتصد کلوین نور زرد و گرم لامپ رشتهای را میدهد و شش هزار نور سرد روز؛ شاخص نمود رنگ زیر هشتاد یعنی رنگهای اتاق کژ میشوند و خوراک و پوست ناطبیعی به نظر میرسند. برچسب اروپایی هر سه عدد را روی جعبه میخواهد، اما معمولاً تنها شار به چشم میآید.
| یکا | نام | مقدار | کجا دیده میشود |
|---|---|---|---|
| lm | لومن، یکای SI | 800 | لومن، یکای SI |
| klm | کیلولومن | 0.8 | کیلولومن |
| Mlm | مگالومن | 0 | مگالومن |
| mlm | میلیلومن | 800000 | میلیلومن |
| cd·sr | کاندلا بر استرادیان — درست همان | 800 | کاندلا بر استرادیان — درست همان |
| lm·h | لومنساعت: مقدار نور، شار در زمان روشنایی | 800 | لومنساعت: مقدار نور، شار در زمان روشنایی |
| W(LED) | واتهای یک الایدی: برای این شار چه اندازه میخورد | 5.71 | واتهای یک الایدی: برای این شار چه اندازه میخورد |
| W(inc) | واتهای لامپ رشتهای — عادتی از سدهٔ گذشته | 61.5 | واتهای لامپ رشتهای — عادتی از سدهٔ گذشته |
| HK | شمع هفنر: استاندارد آلمانی بر پایهٔ استات آمیل | 88.9 | شمع هفنر: استاندارد آلمانی بر پایهٔ استات آمیل |
ضریب چهار پی تنها برای تابش یکنواخت به همهسو کار میکند.
03 · مرتبههای بزرگی
از چراغ نشانگر تا فانوس دریاییصدها و هزارها: لامپ اتاق، چراغ میز، چراغ خودرو
04 · ابزارهای اندازهگیری
شار نوری را با چه میسنجند
کرهای تهی با پوشش سفید پخشکننده: نور لامپ درون آن هزاران بار بازتاب مییابد و روشنایی روی دیوارهٔ کره با شار کل متناسب میشود، بیآنکه مهم باشد لامپ به کدام سو میتابید. ابزار استاندارد گواهی لامپها، با قطری از بیست سانتیمتر تا سه متر.
حسگر آهسته گرد چشمه بر کرهای میگردد و شدت نور را در هر سو ثبت میکند؛ شار از انتگرالگیری به دست میآید. اندازهگیری ساعتها میکشد، اما نمودار کامل پخش نور را میدهد — بی آن نمیتوان چراغ طراحی کرد.
نور را به طیف میشکافد و هر طول موج را با منحنی حساسیت چشم وزن میدهد. تنها راه اندازهگیری شار بدون خطای سامانمند در چشمههای خطباریک — الایدیها و لامپهای تخلیه، آنجا که صافی نورسنج معمولی بهاندازهٔ کافی بر منحنی منطبق نیست.
در خود تعریف لومن منحنی حساسیت پنهان است — حساسیت میانگین چشم، که در دههٔ ۱۹۲۰ روی چند ده ناظر برداشت شد. از این روست که دو لامپ با عدد یکسان روی جعبه میتوانند گوناگون به نظر برسند: شار برابر است، طیف نه.
لامپ رشتهای ویژهگزیده با جریان پایدارشده، که شار آن در مؤسسهای ملی گواهی شده است. با آن کرهها و نورسنجها را واسنجی میکنند، و خودش پیر میشود: عمر اعلامشدهاش با دهها ساعت روشنایی سنجیده میشود و پس از آن بازآزمایی لازم است.
05 · قواعد نگارش
هر دو حرف کوچک، و با لوکس اشتباه نشود
نماد یکا دو حرف کوچک لاتین است، lm، با خط ایستاده. نام از لاتین lumen — نور میآید، و از همین رو حرف بزرگ در آن نیست. در فارسی جمع بسته نمیشود: هشتصد لومن.
نماد این کمیت Φ یونانی ایتالیک است. لومن چشمه را وصف میکند و لوکس سطح روشنشده را: نسبت دادن لوکس به یک لامپ یعنی نگفتن فاصله، و پس هیچ نگفتن. سازندگان چراغقوه و نورافکن دوست دارند «لومن ANSI» بدهند — شاری که با روش آمریکایی و زمان گرمشدن معیّن اندازه گرفته شده است؛ همان لومن است، تنها شرایط آزمون ذکر شده، و همین است که اعداد را سنجشپذیر میکند. دام دیگر «لومن در خروجی دیود» در برابر «لومن بیرونآمده از چراغ» است: پخشکننده و بازتابنده ده تا سی درصد را میبلعند.
برای ویدئوپروژکتورها «لومن ANSI» مینویسند: همان لومن است، تنها با روشی استاندارد و نُه نقطه بر پرده اندازه گرفته شده. اعداد بدون نشان ANSI ارزش سنجیدن با یکدیگر ندارند — سازنده آزاد است هرگونه بخواهد آنها را بسنجد.
06 · یکاهای همسایه
لومن میان کاندلا و لوکس میایستد: کاندلا میگوید چشمه به یک سو چه اندازه نیرومند میتابد، لومن میگوید رویهم چه اندازه نور میدهد، و لوکس میگوید از آن چه اندازه به سطح رسیده است.
از شناسنامههای Simetrium همسایهٔ لومناند کاندلا و استرادیان از تعریف، لوکس همچون شار بر سطح، فوتکندل در رسم انگلیسیآمریکایی و وات، که شار نوری با منحنی حساسیت به آن بسته است.
07 · بخش تاریخی
از شمع تا عدد روی جعبه
استاندارد آلمانی چراغ هفنر بود که استات آمیل را با فتیلهای با قطر دقیقاً معیّن میسوزاند. نزدیک نهدهم کاندلای تازه را میداد، اما چنان به رطوبت و فشار هوا وابسته بود که نتیجهها را باید به شرایط عادی بازمیگرداندند.
کنگرهٔ بینالمللی برقکاران لومن را همراه با لوکس و فوت وارد کرد. نام از لاتین lumen — نور گرفته شده؛ همین ریشه در نورشناسی نیز به کار میرفت، آنجا که lumen به معنای فضای درونی لوله است.
در کنارش یکای مقدار نور نیز میزیست — لومنساعت، شار ضرب در زمان روشنایی. مصرف چراغهای گازی و نفتی را چنین میشمردند: نه روشنایی، بلکه اینکه چراغ در یک شب چه اندازه نور داده است.
ریشارد اولبریشت کرهای تهی با پوشش پخشکننده پیشنهاد کرد که نور در آن چندان بازتاب مییابد تا سو را یکسره از دست بدهد. اندازهگیری شار، که پیشتر گشتن گرد چشمه بر کره را میخواست، به یک قرائت فروکاست.
برچسب اروپایی خواست که شار نوری درشتتر از توان چاپ شود: وات دیگر دربارهٔ روشنایی چیزی نمیگفت، از آن هنگام که الایدی شش برابر نور بیشتر بر وات داد. خریدار ناچار شد عددی تازه بیاموزد — هشتصد لومن بهجای شصت وات آشنا.
عدد ۶۸۳، میراثی از یک شمع
ضریب ۶۸۳ لومن بر وات که در تعریف کاندلا آمده است دلبخواه به نظر میرسد — و بهراستی دلبخواه است. آن را در سال ۱۹۷۹ چنان برگزیدند که کاندلای تازه تا آنجا که ممکن است بر کاندلای کهنه منطبق شود، و آن کهنه با تابش پلاتین در دمای انجماد تعریف شده بود، و خودِ آن نیز با شمعی کهنتر هماهنگ شده بود. هر گام پیوستگی را نگاه داشت، و سرانجام در تعریف بنیادی یکایی از SI یاد یک فتیله و استات آمیل زنده مانده است. از ۲۰۱۹ لومن دقیقاً به وات بسته است: ضریب ثابت اعلام شد، مانند سرعت نور یا بار الکترون. اما تنها پیوند با تابش تکرنگ در ۵۴۰ تراهرتز دقیق میماند — برای هر چشمهٔ واقعی شار با وزندهی طیف به کمک منحنی حساسیت چشم به دست میآید، و آن منحنی ناظری میانگین را وصف میکند که در طبیعت وجود ندارد. مرز دقت نورسنجی از همینجاست: بهترین استانداردهای ملی لومن را با عدم قطعیتی نزدیک به دو دهم درصد بازمیآفرینند — پنج مرتبه بدتر از یکاهای الکتریکی.
این ۶۸۳ بیشینه برای نور تکرنگ در ۵۵۵ نانومتر است، همانجا که چشم حساسترین است. برای نور سفید مرز پایینتر است، نزدیک ۳۵۰ لومن بر وات: بخشی از طیف برای سفیدی لازم است، اما چشم آن را تقریباً نمیبیند.
فهرست · یکاهای اندازهگیری
شناسنامهای برای هر کمیت
هفت یکای اصلی SI، بیستودو یکای فرعی با نامهای ویژه و یکاهای بیرون دستگاه که نه فناوری از آنها بینیاز است و نه زندگی روزمره. هر یکا برگ خود را دارد: تعریف، تبدیل، ابزارها، قواعد نگارش. به 36 زبان.
یکاهای فرعی SI با نام ویژه
برگهٔ لومن باز استیکاهای اصلی SI
به رنگ کهربا — کاندلایی که لومن از آن ساخته میشودشار نوری در نوشتارهای دیگر
زبان شناسنامه
۳۶ زبان. نماد lm جهانی است، اما عادت به دمای رنگ چنین نیست: در شمال اروپا و در آمریکا نور گرم ۲۷۰۰ K را دوست دارند، در آسیا نور سرد روز را، و توصیهها در ترجمهها رسم محلی را در نظر میگیرند.