루멘
SI 유도 단위 · 양: 광속
01 · 정의
루멘은 광도가 일 칸델라인 광원이 일 스테라디안의 입체각 안으로 내보내는 광속이다. 이 양은 광원이 바깥으로 내주는 모든 빛을, 어느 쪽을 향하는지와 무관하게 나타낸다.
발광다이오드가 전력을 밝기의 척도로서 무의미하게 만들었을 때, 램프 상자 위에서 와트를 대신한 것이 바로 루멘이다: 육십 와트 백열등과 팔 와트 발광다이오드가 같은 팔백 루멘을 낸다. 광속을 온전히 재려면 모든 방향의 빛을 모아야 한다 — 사방으로 고르게 빛나는 광원은 4π 스테라디안 안으로 복사하므로, 그 광도의 칸델라 수보다 12.57배 많은 루멘을 낸다. 광도는 같아도 빔이 좁은 투광기는 광속이 수십 배 작지만, 상자에 적힌 숫자 하나로는 그것을 램프와 구별할 수 없다.
와트는 기기가 얼마나 먹는지를, 루멘은 얼마나 빛을 내는지를 말한다. 소련 시절 팔십 와트 램프는 오늘날의 십 와트보다 어두웠다: 전력은 늘었지만 발광 효율은 제자리였다.
백열등은 와트당 약 십삼 루멘, 할로겐은 이십, 형광등은 육십, 오늘날의 발광다이오드는 백이십에서 이백을 낸다. 연색성이 받아들일 만한 백색광의 이론적 상한은 삼백 근처이고, 단색 녹색광에 대한 절대 상한은 와트당 683 루멘이다 — 이것은 더 이상 기술적 한계가 아니라 칸델라의 정의다. 백열등과 발광다이오드의 차이는 간단히 설명된다: 달궈진 필라멘트는 에너지의 거의 전부를, 눈에는 전혀 보이지 않는 적외선으로 내보낸다.
눈금의 위 끝은 태양이다: 3.6·10²⁸ 루멘. 그중 한낮에 지표에 닿는 것은 약 십만 럭스이고, 어떤 램프도 여기에는 대들지 못한다.
02 · 환산
선속을 넣으면 자료표가 단위별로 풀어 준다
칸델라로의 환산은 입체각에 대한 단서를 달아야만 가능하므로, 표는 모든 방향으로 고른 복사를 가정해 계산한다. 마지막 줄의 와트는 램프의 소비 전력이 아니라, 시감도가 최대인 파장에서의 복사속이다.
램프를 고르는 데 루멘만으로는 부족하다: 광속이 같은 두 광원도 색온도와 연색 평가 지수가 다르다. 이천칠백 켈빈은 백열등의 따뜻한 노란빛을, 육천 켈빈은 차가운 주광색을 낸다; 연색 평가 지수가 팔십 아래면 방 안의 색이 뒤틀리고 음식과 피부가 부자연스러워 보인다. 유럽의 표시는 포장에 세 숫자를 모두 요구하지만, 사람 눈에 띄는 것은 대개 광속뿐이다.
| 단위 | 이름 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|---|
| lm | 루멘, SI 단위 | 800 | 루멘, SI 단위 |
| klm | 킬로루멘 | 0.8 | 킬로루멘 |
| Mlm | 메가루멘 | 0 | 메가루멘 |
| mlm | 밀리루멘 | 800000 | 밀리루멘 |
| cd·sr | 칸델라 매 스테라디안 — 똑같은 것 | 800 | 칸델라 매 스테라디안 — 똑같은 것 |
| lm·h | 루멘시: 광량, 점등 시간 동안의 광속 | 800 | 루멘시: 광량, 점등 시간 동안의 광속 |
| W(LED) | 발광다이오드의 와트: 이 광속을 위해 얼마나 먹는가 | 5.71 | 발광다이오드의 와트: 이 광속을 위해 얼마나 먹는가 |
| W(inc) | 백열등의 와트 — 지난 세기에서 온 습관 | 61.5 | 백열등의 와트 — 지난 세기에서 온 습관 |
| HK | 헤프너 촉: 아세트산 아밀에 의한 독일의 표준 | 88.9 | 헤프너 촉: 아세트산 아밀에 의한 독일의 표준 |
4π라는 인자는 모든 방향으로 고른 복사일 때만 성립한다.
03 · 크기의 차수
표시등에서 등대까지수백에서 수천: 방등, 스탠드, 자동차 전조등
04 · 측정 기기
광속은 무엇으로 재는가
안쪽을 흰 확산면으로 칠한 속 빈 구: 그 안 램프의 빛은 수천 번 되반사되고, 구 벽면의 조도는 램프가 어느 쪽을 비추었든 전체 광속에 비례하게 된다. 램프 인증의 표준 기기이며, 지름은 이십 센티미터에서 삼 미터까지.
검출기는 구면을 따라 천천히 광원 둘레를 돌며 방향마다 광도를 기록한다; 광속은 적분으로 나온다. 측정에는 몇 시간이 걸리지만 완전한 배광 곡선을 얻는다 — 그것 없이는 등기구를 설계할 수 없다.
빛을 스펙트럼으로 나누고 각 파장을 시감도 곡선으로 가중한다. 선폭이 좁은 광원 — 발광다이오드와 방전등, 즉 보통 광도계의 필터가 곡선에 충분히 맞지 않는 경우 — 에서 계통 오차 없이 광속을 잴 수 있는 유일한 방법이다.
루멘의 정의 자체에 시감도 곡선이 숨어 있다 — 1920년대에 수십 명의 관찰자에게서 얻은 눈의 평균 감도다. 그래서 상자에 같은 숫자가 적힌 두 램프가 달라 보일 수 있다: 광속은 같고 스펙트럼은 다르다.
안정화된 전류로 켜는, 특별히 고른 백열등. 그 광속은 국가 연구기관이 인증한다. 이것으로 구와 광도계를 교정하지만, 자신은 늙는다: 표시 수명은 점등 수십 시간으로 재고, 그 뒤에는 다시 검정해야 한다.
05 · 표기 규칙
두 글자 모두 소문자, 럭스와 헷갈리지 말 것
단위의 기호는 소문자 라틴 문자 두 개 lm이며 정체로 쓴다. 이름은 라틴어 lumen — 빛에서 왔고, 그래서 대문자가 없다. 한국어에서는 수 뒤에서 형태가 바뀌지 않는다: 팔백 루멘.
이 양의 기호는 기울인 그리스 문자 Φ다. 루멘은 광원을, 럭스는 비춰지는 면을 나타낸다: 램프에 럭스 값을 붙이는 것은 거리를 말하지 않는 것이고, 곧 아무것도 말하지 않는 것이다. 손전등과 투광기에서는 제조사가 「ANSI 루멘」을 즐겨 밝힌다 — 미국식 방법으로, 정해진 예열 시간에 측정한 광속이다. 같은 루멘이지만 시험 조건이 명시되어 있고, 바로 그 점이 숫자를 비교 가능하게 만든다. 또 하나의 함정은 「다이오드 출구의 루멘」과 「등기구에서 나오는 루멘」의 차이다: 확산판과 반사판이 십에서 삼십 퍼센트를 먹는다.
프로젝터에서는 「ANSI 루멘」이라고 쓴다: 같은 루멘이지만 표준 방법으로 스크린 위 아홉 점에서 잰 것이다. ANSI 표기가 없는 숫자는 서로 견줄 값어치가 없다 — 제조사가 마음대로 재도 되기 때문이다.
06 · 이웃 단위
루멘은 칸델라와 럭스 사이에 선다: 칸델라는 광원이 한 방향으로 얼마나 세게 빛나는지를, 루멘은 모두 합쳐 얼마나 빛을 내는지를, 럭스는 그중 얼마가 면에 닿았는지를 말한다.
Simetrium의 자료표 가운데 루멘의 이웃 칸델라 와 스테라디안 정의로부터, 럭스 넓이당 광속으로서, 피트칸델라 영미의 관행에서는, 그리고 와트, 광속이 시감도 곡선으로 매여 있는 그 값이다.
07 · 역사 부문
촛불에서 상자의 숫자까지
독일의 표준은 헤프너 등이었고, 지름이 엄밀히 정해진 심지로 아세트산 아밀을 태웠다. 새 칸델라의 약 십분의 구를 냈지만, 공기의 습도와 압력에 크게 좌우되어 결과를 표준 상태로 환산해야 했다.
국제전기회의는 루멘을 럭스, 포트와 함께 도입했다. 이름은 라틴어 lumen — 빛에서 따왔다; 같은 어근은 광학에서도 쓰여, 거기서 lumen은 관의 안지름 공간을 뜻한다.
그 곁에는 광량의 단위도 있었다 — 루멘시, 곧 광속에 점등 시간을 곱한 것이다. 가스등과 석유등의 소비는 그렇게 셈했다: 밝기가 아니라, 램프가 하룻저녁에 얼마나 빛을 냈는가를.
리하르트 울브리히트는 빛이 방향을 완전히 잃을 때까지 되반사되는, 확산면을 입힌 속 빈 구를 제안했다. 전에는 구면을 따라 광원을 한 바퀴 돌아야 했던 광속 측정이 단 한 번의 읽기로 줄었다.
유럽의 표시는 광속을 전력보다 크게 인쇄하도록 요구했다: 발광다이오드가 와트당 여섯 배의 빛을 내기 시작하자 와트는 밝기에 대해 아무것도 말해 주지 못하게 되었다. 사는 사람은 새 숫자를 익혀야 했다 — 익숙한 육십 와트 대신 팔백 루멘을.
683이라는 수, 촛불이 남긴 유산
칸델라의 정의에 들어 있는 와트당 683 루멘이라는 계수는 임의로 보인다 — 실제로도 임의다. 1979년에 이 값을 고른 것은 새 칸델라가 옛 칸델라와 되도록 정확히 겹치게 하기 위해서였고, 옛 칸델라는 응고 온도에서의 백금 복사로 정의되어 있었으며, 그것 또한 더 오래된 촛불에 맞춰 조정된 것이었다. 단계마다 연속성은 지켜졌고, 그 결과 SI 단위의 기본 정의 안에 심지와 아세트산 아밀의 기억이 지금도 살아 있다. 2019년부터 루멘은 와트에 정확히 묶였다: 이 계수는 빛의 속도나 전자의 전하처럼 상수로 선언되었다. 그러나 정확한 것은 540 테라헤르츠 단색 복사와의 관계뿐이다 — 실제 광원에서는 스펙트럼을 시감도 곡선으로 가중해 광속을 구하는데, 그 곡선이 그리는 것은 자연에는 없는 평균 관찰자다. 광도측정의 정확도 한계는 여기서 온다: 가장 좋은 국가 표준도 루멘을 약 0.2퍼센트의 불확도로 재현한다 — 전기 단위보다 다섯 자릿수나 나쁘다.
이 683은 눈이 가장 민감한 555 나노미터 단색광에 대한 최댓값이다. 백색광에서는 한계가 더 낮아 와트당 350 루멘 언저리다: 스펙트럼의 일부는 흰빛을 위해 필요하지만 눈에는 거의 보이지 않는다.
목록 · 측정 단위
양마다 하나의 자료표
SI 기본 단위 일곱, 고유한 이름을 가진 유도 단위 스물둘, 그리고 기술에도 일상에도 없어서는 안 되는 SI 밖의 단위들. 저마다 한 장씩: 정의, 환산, 기기, 표기 규칙. 36개 언어로.
고유한 이름을 가진 SI 유도 단위
루멘의 자료가 열려 있다SI 기본 단위
호박색은 칸델라 — 루멘을 이루는 것다른 표기법에서의 광속
자료표 언어
36개 언어. 기호 lm은 국제 공통이지만 색온도의 습관은 그렇지 않다: 북유럽과 미주에서는 2700 K의 따뜻한 빛을, 아시아에서는 차가운 주광색을 좋아하며, 번역문의 권고는 지역 관행을 고려한다.