Lumen
Unit terbitan SI · kuantiti: fluks cahaya
01 · Takrif
Lumen ialah fluks cahaya yang dipancarkan oleh sumber berkeamatan satu kandela ke dalam sudut ruang satu steradian. Kuantiti ini menggambarkan seluruh cahaya yang diberikan sumber ke luar, tidak kira ke mana ia dihalakan.
Lumenlah yang menggantikan watt pada kotak lampu, apabila diod pemancar cahaya menjadikan kuasa ukuran kecerahan yang tidak bermakna: mentol pijar enam puluh watt dan diod lapan watt memberi lapan ratus lumen yang sama. Pengukuran fluks sepenuhnya menuntut cahaya dikumpul dari segala arah — sumber yang bersinar sekata ke semua penjuru memancar dalam empat pi steradian, iaitu 12.57 kali lebih banyak lumen daripada kandela keamatan cahayanya. Lampu sorot dengan keamatan yang sama tetapi alur sempit memberi fluks berpuluh kali lebih kecil, dan dengan satu angka pada kotak ia tidak dapat dibezakan daripada mentol biasa.
Watt memberitahu berapa banyak alat itu makan, lumen memberitahu berapa banyak cahaya yang diberinya. Lampu lapan puluh watt zaman Soviet bersinar lebih lemah daripada lampu sepuluh watt hari ini: kuasanya bertambah, kecekapannya terhenti di tempat.
Mentol pijar memberi kira-kira tiga belas lumen per watt, halogen dua puluh, pendarfluor enam puluh, diod hari ini seratus dua puluh hingga dua ratus. Had teori bagi cahaya putih dengan pemberian warna yang boleh diterima terletak sekitar tiga ratus, manakala had mutlak, bagi hijau monokromatik, ialah 683 lumen per watt — dan itu bukan lagi kekangan teknikal tetapi takrif kandela. Beza antara pijar dan diod mudah dijelaskan: filamen yang membara memancarkan hampir seluruh tenaganya dalam inframerah, yang langsung tidak dilihat mata.
Hujung atas skala ialah Matahari: 3.6·10²⁸ lumen. Daripadanya sampai ke permukaan bumi pada tengah hari kira-kira seratus ribu lux, dan tiada lampu yang membantah.
02 · Penukaran
Masukkan fluks — helaian ini akan memecahkannya mengikut unit
Penukaran kepada kandela hanya mungkin dengan syarat tentang sudut ruang, kerana itu jadual mengira bagi sinaran sekata ke semua arah. Watt pada baris terakhir bukan kuasa lampu, melainkan fluks sinaran pada panjang gelombang kepekaan mata tertinggi.
Lumen sahaja tidak cukup untuk memilih lampu: dua sumber dengan fluks sama berbeza pada suhu warna dan indeks pemberian warna. Dua ribu tujuh ratus kelvin memberi cahaya kuning hangat mentol pijar, enam ribu memberi cahaya siang yang sejuk; indeks pemberian warna di bawah lapan puluh bermakna warna dalam bilik akan terpesong, dan makanan serta kulit kelihatan tidak semula jadi. Label Eropah menuntut ketiga-tiga angka pada kotak, tetapi yang biasanya menarik mata hanyalah fluks.
| Unit | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| lm | lumen, unit SI | 800 | lumen, unit SI |
| klm | kilolumen | 0.8 | kilolumen |
| Mlm | megalumen | 0 | megalumen |
| mlm | mililumen | 800000 | mililumen |
| cd·sr | kandela per steradian — perkara yang sama betul | 800 | kandela per steradian — perkara yang sama betul |
| lm·h | lumen-jam: kuantiti cahaya, fluks sepanjang masa menyala | 800 | lumen-jam: kuantiti cahaya, fluks sepanjang masa menyala |
| W(LED) | watt sebuah diod: berapa yang dimakannya untuk fluks ini | 5.71 | watt sebuah diod: berapa yang dimakannya untuk fluks ini |
| W(inc) | watt mentol pijar — tabiat dari abad lalu | 61.5 | watt mentol pijar — tabiat dari abad lalu |
| HK | lilin Hefner: piawai Jerman dengan amil asetat | 88.9 | lilin Hefner: piawai Jerman dengan amil asetat |
Faktor empat pi hanya berlaku bagi sinaran sekata ke semua arah.
03 · Orde kuantiti
dari lampu penunjuk ke rumah apiratusan dan ribuan: lampu bilik, lampu meja, lampu depan kereta
04 · Alat pengukur
Dengan apa fluks cahaya diukur
Sfera berongga bersalut putih menyerak: cahaya lampu di dalamnya dipantulkan beribu kali, dan iluminansi pada dindingnya menjadi berkadar dengan fluks keseluruhan, tidak kira ke mana lampu itu menyuluh. Inilah alat piawai untuk pensijilan lampu, dengan garis pusat dari dua puluh sentimeter hingga tiga meter.
Pengesan bergerak perlahan mengelilingi sumber di permukaan sfera dan merekod keamatan cahaya ke setiap arah; fluks diperoleh melalui pengamiran. Pengukuran memakan berjam-jam, tetapi memberi lengkung taburan cahaya yang lengkap — tanpanya lampu tidak dapat direka.
Ia menguraikan cahaya menjadi spektrum dan memberati setiap panjang gelombang dengan lengkung kepekaan mata. Satu-satunya cara mengukur fluks tanpa ralat sistematik pada sumber bergaris sempit — diod dan lampu nyahcas, di mana penapis fotometer biasa tidak mengikut lengkung dengan cukup tepat.
Dalam takrif lumen itu sendiri tersembunyi lengkung kepekaan — kepekaan purata mata, yang diambil pada 1920-an ke atas beberapa puluh pemerhati. Sebab itulah dua lampu dengan angka sama pada kotak boleh kelihatan berbeza: fluksnya sama, spektrumnya tidak.
Mentol pijar yang dipilih khas dengan arus distabilkan, fluksnya disahkan oleh institut kebangsaan. Dengannya sfera dan fotometer ditentukurkan, manakala ia sendiri menua: hayat yang dinyatakan diukur dalam berpuluh jam menyala, selepas itu perlu pentauliahan semula.
05 · Perperaturan penulisan
Kedua-dua hurufnya kecil, dan jangan dikelirukan dengan lux
Lambang unit ini dua huruf Latin kecil, lm, dengan huruf tegak. Namanya berasal daripada bahasa Latin lumen — cahaya, kerana itu tiada huruf besar di dalamnya. Dalam bahasa Melayu bentuknya tidak berubah selepas angka: lapan ratus lumen.
Lambang kuantiti ini ialah Φ Yunani condong. Lumen menggambarkan sumber, lux menggambarkan permukaan yang disuluh: memberikan nilai lux kepada sebuah lampu bererti tidak menyebut jarak, iaitu tidak berkata apa-apa. Pada lampu suluh dan lampu sorot, pengeluar gemar menyiarkan «lumen ANSI» — fluks yang diukur dengan kaedah Amerika dan masa pemanasan yang ditetapkan; lumennya sama sahaja, cuma syarat ujian dinyatakan, dan itulah yang membuat angkanya boleh dibandingkan. Perangkap berasingan ialah «lumen di keluaran diod» berbanding «lumen yang keluar dari lampu»: penyerak dan pemantul memakan sepuluh hingga tiga puluh peratus.
Pada projektor ditulis «lumen ANSI»: lumen yang sama, cuma diukur dengan kaedah piawai pada sembilan titik di skrin. Angka tanpa catatan ANSI tidak berbaloi dibandingkan sesama sendiri — pengeluar bebas mengukurnya sesuka hati.
06 · Satuan tetangga
Lumen berdiri antara kandela dan lux: kandela memberitahu betapa kuat sumber bersinar ke satu arah, lumen berapa banyak cahaya yang diberinya kesemuanya, lux berapa daripada itu yang sampai ke permukaan.
Di antara helaian-helaian Simetrium bersebelahan dengan lumen kandela dan steradian daripada takrif, lux sebagai fluks per luas, foot-candle dalam amalan Anglo-Amerika, dan watt, tempat fluks cahaya diikat melalui lengkung kepekaan.
07 · Bagian sejarah
Daripada lilin kepada angka pada kotak
Piawai Jerman dahulu ialah lampu Hefner, yang membakar amil asetat dengan sumbu bergaris pusat yang ditetapkan ketat. Ia memberi kira-kira sembilan persepuluh kandela baharu, tetapi bergantung pada kelembapan dan tekanan udara sehinggakan hasilnya perlu dikembalikan kepada keadaan biasa.
Kongres Elektrik Antarabangsa memperkenalkan lumen bersama lux dan fot. Namanya diambil daripada bahasa Latin lumen — cahaya; akar yang sama digunakan juga dalam optik, di sana lumen bermaksud rongga dalam sebatang tiub.
Di sisinya hidup juga unit kuantiti cahaya — lumen-jam, iaitu fluks didarab masa menyala. Begitulah dahulu dikira penggunaan lampu gas dan minyak tanah: bukan kecerahannya, melainkan berapa banyak cahaya yang diberi lampu sepanjang satu malam.
Richard Ulbricht mencadangkan sfera berongga bersalut penyerak, tempat cahaya dipantulkan sehingga hilang arah sepenuhnya. Pengukuran fluks, yang dahulu menuntut orang mengelilingi sumber di sepanjang sfera, mengecut menjadi satu bacaan sahaja.
Label Eropah menuntut fluks cahaya dicetak lebih besar daripada kuasa: watt berhenti mengatakan apa-apa tentang kecerahan sebaik diod mula memberi enam kali lebih banyak cahaya per watt. Pembeli terpaksa menghafal angka baharu — lapan ratus lumen menggantikan enam puluh watt yang biasa.
Angka 683, warisan sebatang lilin
Pekali 683 lumen per watt yang berdiri dalam takrif kandela kelihatan sewenang-wenangnya — dan memang begitulah. Ia dipilih pada 1979 supaya kandela baharu bertindih setepat mungkin dengan kandela lama, yang ditakrifkan melalui sinaran platinum pada suhu pembekuan, manakala yang lama itu sendiri pula disesuaikan dengan lilin yang lebih tua lagi. Setiap langkah mengekalkan kesinambungan, dan akhirnya di dalam takrif asas sebuah unit SI masih hidup kenangan tentang sumbu dan amil asetat. Sejak 2019 lumen terikat kepada watt secara tepat: pekali itu diisytiharkan pemalar, seperti laju cahaya atau cas elektron. Namun yang kekal tepat hanyalah hubungan dengan sinaran monokromatik pada 540 terahertz — bagi mana-mana sumber sebenar, fluks dikira dengan memberati spektrum menggunakan lengkung kepekaan mata, dan lengkung itu menggambarkan pemerhati purata yang tidak wujud di alam. Dari sinilah had ketepatan fotometri: piawai kebangsaan terbaik pun menghasilkan semula lumen dengan ketakpastian kira-kira dua per seribu — lima orde lebih buruk daripada unit elektrik.
Angka 683 itu ialah nilai maksimum bagi cahaya monokromatik pada 555 nanometer, tepat di tempat mata paling peka. Bagi cahaya putih hadnya lebih rendah, kira-kira 350 lumen per watt: sebahagian spektrum diperlukan untuk keputihan, tetapi mata hampir tidak melihatnya.
Katalog · satuan ukuran
Satu helaian untuk tiap kuantiti
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tidak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan seharian. Masing-masing punya helaiannya: takrif, penukaran, alat, peraturan penulisan. Dalam 36 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
helaian lumen sedang terbukaSatuan dasar SI
berwarna ambar — kandela, yang membentuk lumenFluks cahaya dalam tulisan lain
Bahasa helaian
36 bahasa. Lambang lm bersifat antarabangsa, tabiat tentang suhu warna tidak: di Eropah Utara dan Amerika orang menyukai cahaya hangat 2700 K, di Asia cahaya siang yang sejuk, dan saranan dalam terjemahan mengambil kira amalan setempat.