Lumen
Johdettu SI-yksikkö · suure: valovirta
01 · Määritelmä
Lumen on valovirta, jonka lähettää valovoimaltaan yhden kandelan lähde yhden steradiaanin avaruuskulmaan. Suure kuvaa kaikkea valoa, jonka lähde antaa ulos, riippumatta siitä mihin se on suunnattu.
Juuri lumenit korvasivat watit lamppupakkauksissa, kun ledit tekivät tehosta mielettömän kirkkauden mitan: kuudenkymmenen watin hehkulamppu ja kahdeksan watin ledi antavat samat kahdeksansataa lumenia. Valovirran täysi mittaus vaatii valon keräämistä kaikista suunnista — joka suuntaan tasaisesti loistava lähde säteilee neljän pin steradiaanin sisään, siis 12,57 kertaa enemmän lumeneita kuin kandeloita valovoimassaan. Valonheitin, jolla on sama valovoima mutta kapea keila, antaa kymmeniä kertoja vähemmän valovirtaa, eikä sitä erota lampusta yhdestä pakkauksen luvusta.
Watti kertoo, paljonko laite syö, lumen paljonko valoa se antaa. Neuvostoaikainen kahdeksankymmenen watin lamppu loisti heikommin kuin nykyinen kymmenen watin: teho kasvoi, valotehokkuus pysyi paikallaan.
Hehkulamppu antaa noin kolmetoista lumenia wattia kohti, halogeenilamppu kaksikymmentä, loistelamppu kuusikymmentä, nykyaikainen ledi sadastakahdestakymmenestä kahteensataan. Teoreettinen raja valkoiselle valolle, jonka värintoisto on hyväksyttävä, on noin kolmesataa, ja ehdoton raja yksiväriselle vihreälle on 683 lumenia wattia kohti — eikä se ole enää tekninen rajoitus vaan kandelan määritelmä. Ero hehkulampun ja ledin välillä selittyy yksinkertaisesti: hehkuva lanka säteilee lähes kaiken energian infrapunana, jota silmä ei näe lainkaan.
Asteikon yläraja on Aurinko: 3,6·10²⁸ lumenia. Niistä maan pinnalle yltää keskipäivällä noin satatuhatta luksia, eikä yksikään lamppu kiistä sitä.
02 · Muunnos
Syötä vuo — kortti purkaa sen yksiköihin
Muunnos kandeloiksi on mahdollinen vain avaruuskulmaa koskevalla varauksella, ja siksi taulukko laskee tasaiselle säteilylle kaikkiin suuntiin. Viimeisen rivin watit eivät ole lampun teho vaan säteilyvirta silmän suurimman herkkyyden aallonpituudella.
Pelkät lumenit eivät riitä lampun valintaan: kaksi samaa valovirtaa antavaa lähdettä eroavat värilämpötilaltaan ja värintoistoindeksiltään. Kaksituhatta seitsemänsataa kelviniä antaa hehkulampun lämpimän keltaisen valon, kuusituhatta kylmän päivänvalon; alle kahdeksankymmenen värintoistoindeksi tarkoittaa, että huoneen värit vääristyvät ja ruoka ja iho näyttävät luonnottomilta. Eurooppalainen merkintä vaatii pakkaukseen kaikki kolme lukua, mutta yleensä huomataan vain valovirta.
| Yksikkö | Nimi | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|---|
| lm | lumen, SI-yksikkö | 800 | lumen, SI-yksikkö |
| klm | kilolumen | 0,8 | kilolumen |
| Mlm | megalumen | 0 | megalumen |
| mlm | millilumen | 800000 | millilumen |
| cd·sr | kandela steradiaania kohti — täsmälleen sama | 800 | kandela steradiaania kohti — täsmälleen sama |
| lm·h | lumenitunti: valon määrä, valovirta kertaa palamisaika | 800 | lumenitunti: valon määrä, valovirta kertaa palamisaika |
| W(LED) | ledin watit: paljonko se söisi tähän valovirtaan | 5,71 | ledin watit: paljonko se söisi tähän valovirtaan |
| W(inc) | hehkulampun watit — tottumus viime vuosisadalta | 61,5 | hehkulampun watit — tottumus viime vuosisadalta |
| HK | Hefnerin kynttilä: saksalainen amyyliasetaattinormaali | 88,9 | Hefnerin kynttilä: saksalainen amyyliasetaattinormaali |
Kerroin neljä pi pätee vain tasaiselle säteilylle kaikkiin suuntiin.
03 · Suuruusluokat
merkkivalosta majakkaansatoja ja tuhansia: huonevalaisin, työpöytälamppu, auton ajovalo
04 · Mittalaitteet
Millä valovirta mitataan
Ontto pallo, jonka sisäpinta on valkoinen ja hajottava: sisällä olevan lampun valo heijastuu tuhansia kertoja, ja valaistusvoimakkuus seinämällä tulee verrannolliseksi koko valovirtaan riippumatta siitä, mihin lamppu loisti. Vakiolaite lamppujen sertifiointiin, halkaisijaltaan kahdestakymmenestä senttimetristä kolmeen metriin.
Ilmaisin kiertää lähteen hitaasti pallopintaa pitkin ja tallentaa valovoiman joka suuntaan; valovirta saadaan integroimalla. Mittaus kestää tunteja, mutta antaa täyden valonjakokäyrän — ilman sitä valaisinta ei voi suunnitella.
Se hajottaa valon spektriksi ja painottaa jokaisen aallonpituuden silmän herkkyyskäyrällä. Ainoa tapa mitata valovirta ilman systemaattista virhettä kapeaviivaisista lähteistä — ledeistä ja purkauslampuista, joissa tavallisen fotometrin suodin ei seuraa käyrää riittävän tarkasti.
Lumenin määritelmään itseensä on kätketty herkkyyskäyrä — silmän keskimääräinen herkkyys, mitattuna 1920-luvulla muutamalla kymmenellä havaitsijalla. Siksi kaksi lamppua, joilla on sama luku pakkauksessa, voivat näyttää erilaisilta: valovirta on sama, spektri ei.
Erikseen valittu hehkulamppu vakioidulla virralla, jonka valovirta on varmennettu kansallisessa instituutissa. Sillä kalibroidaan pallot ja fotometrit, ja itse se vanhenee: ilmoitettu käyttöikä mitataan kymmenissä palotunneissa, minkä jälkeen tarvitaan uusi tarkastus.
05 · Kirjoitussäännöt
Molemmat kirjaimet pieniä, eikä sekoiteta luksiin
Yksikön tunnus on kaksi pientä latinalaista kirjainta, lm, pystyllä kirjasimella. Nimi tulee latinan sanasta lumen — valo, eikä siinä siksi ole isoja kirjaimia. Suomessa luvun jäljessä käytetään partitiivia: kahdeksansataa lumenia.
Suureen tunnus on kursivoitu kreikkalainen Φ. Lumen kuvaa lähdettä, luksi valaistua pintaa: lampun ilmoittaminen lukseina tarkoittaa etäisyyden jättämistä pois, eli sitä ettei sanota mitään. Taskulampuissa ja valonheittimissä valmistajat ilmoittavat mielellään «ANSI-lumenit» — valovirran mitattuna amerikkalaisella menetelmällä ja määrätyllä lämpenemisajalla; ne ovat samat lumenit, mutta koeolot on kerrottu, ja juuri se tekee luvuista vertailukelpoisia. Oma ansansa ovat «lumenit diodin ulostulossa» verrattuna «valaisimen lumeneihin»: hajotin ja heijastin syövät kymmenestä kolmeenkymmeneen prosenttiin.
Projektoreista kirjoitetaan «ANSI-lumenit»: sama lumen, mutta mitattuna vakioidulla menetelmällä yhdeksästä pisteestä valkokankaalla. Lukuja ilman ANSI-merkintää ei kannata verrata keskenään — valmistaja saa mitata ne haluamallaan tavalla.
06 · Naapuriyksiköt
Lumen on kandelan ja luksin välissä: kandela kertoo, kuinka voimakkaasti lähde loistaa yhteen suuntaan, lumen paljonko valoa se antaa kaikkiaan, luksi mitä siitä päätyi pinnalle.
Simetriumin korteista lumenin naapureita kandela ja steradiaani määritelmästä, luksi valovirtana pinta-alaa kohti, jalkakynttilä angloamerikkalaisessa käytännössä ja watti, johon valovirta on sidottu silmän herkkyyskäyrällä.
07 · Historiallinen osa
Kynttilästä pakkauksen lukuun
Saksalaisena normaalina toimi Hefnerin lamppu, joka poltti amyyliasetaattia täsmälleen määrätyn paksuisella sydämellä. Se antoi noin yhdeksän kymmenesosaa uudesta kandelasta, mutta riippui ilmankosteudesta ja ilmanpaineesta niin paljon, että tulokset oli palautettava normaaliolosuhteisiin.
Kansainvälinen sähköalan kongressi otti lumenin käyttöön luksin ja fotin ohella. Nimi on otettu latinan sanasta lumen — valo; samaa kantaa käytettiin myös optiikassa, jossa lumen tarkoittaa putken sisäaukkoa.
Rinnalla eli myös valon määrän yksikkö — lumenitunti, valovirta kerrottuna palamisajalla. Näin laskettiin kaasu- ja petrolilamppujen kulutusta: ei kirkkautta, vaan sitä paljonko valoa lamppu oli illan aikana antanut.
Richard Ulbricht ehdotti onttoa palloa hajottavalla pinnoitteella, jossa valo heijastuu kunnes suunta on täysin kadonnut. Valovirran mittaus, joka aiemmin vaati lähteen kiertämistä pallolla, kutistui yhdeksi lukemaksi.
Eurooppalainen merkintä vaati painamaan valovirran tehoa suuremmalla: watit lakkasivat kertomasta kirkkaudesta, kun ledi alkoi antaa kuusi kertaa enemmän valoa wattia kohti. Ostajan oli opeteltava uusi luku — kahdeksansataa lumenia totuttujen kuudenkymmenen watin sijaan.
Luku 683, peritty kynttilältä
Kandelan määritelmässä esiintyvä kerroin 683 lumenia wattia kohti näyttää mielivaltaiselta — ja mielivaltainen se todella on. Se valittiin vuonna 1979 niin, että uusi kandela osuisi mahdollisimman tarkasti yhteen vanhan kanssa, joka oli määritelty platinan säteilyn kautta jähmettymislämpötilassa, ja tuo vanha puolestaan oli sovitettu vielä varhaisempaan kynttilään. Jokainen askel säilytti jatkuvuuden, ja lopulta SI-yksikön perusmääritelmässä elää muisto sydämestä ja amyyliasetaatista. Vuodesta 2019 lumen on sidottu wattiin tarkasti: kerroin on julistettu vakioksi kuten valon nopeus tai elektronin varaus. Tarkkana säilyy kuitenkin vain yhteys yksiväriseen 540 terahertsin säteilyyn — mille tahansa todelliselle lähteelle valovirta lasketaan painottamalla spektri silmän herkkyyskäyrällä, ja se kuvaa keskimääräistä havaitsijaa, jota ei luonnossa ole. Tästä fotometrian tarkkuuden raja: parhaat kansalliset normaalit toistavat lumenin noin kahden kymmenesosaprosentin epävarmuudella — viisi kertalukua huonommin kuin sähköiset yksiköt.
Nuo 683 ovat enimmäisarvo yksiväriselle 555 nanometrin valolle, siellä missä silmä on herkin. Valkoisella valolla raja on alempi, noin 350 lumenia wattia kohti: osa spektristä tarvitaan valkoisuuteen, mutta silmä ei sitä juuri näe.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omalla nimellä varustettua johdannaista ja järjestelmän ulkopuoliset yksiköt, joita ilman ei tule toimeen tekniikka eikä arki. Jokaisella oma lehtensä: määritelmä, muunnos, mittalaitteet, kirjoitussäännöt. 26 kielellä.
SI-johdannaisyksiköt omalla nimellä
lumenin kortti on aukiSI-perusyksiköt
meripihkalla — kandela, josta lumen koostuuValovirta muissa merkinnöissä
Kortin kieli
26 kieltä. Tunnus lm on kansainvälinen, tottumus värilämpötilaan ei: Pohjois-Euroopassa ja Amerikassa pidetään lämpimästä 2700 K:n valosta, Aasiassa kylmästä päivänvalosta, ja käännösten suositukset ottavat paikallisen tavan huomioon.