Lumen
Unitate SI derivată · mărime: flux luminos
01 · Definiție
Lumenul este fluxul luminos emis de o sursă cu intensitatea de o candelă într-un unghi solid de un steradian. Mărimea descrie toată lumina pe care sursa o dă în afară, indiferent încotro este îndreptată.
Tocmai lumenii au înlocuit waţii pe ambalajele lămpilor, când ledurile au făcut din putere o măsură fără sens a strălucirii: un bec cu incandescență de șaizeci de wați și un led de opt dau aceiași opt sute de lumeni. Măsurarea completă a fluxului cere strângerea luminii din toate direcțiile — o sursă care luminează uniform în toate părțile emite în patru pi steradiani, adică de 12,57 ori mai mulți lumeni decât candele are intensitatea ei luminoasă. Un proiector cu aceeași intensitate, dar cu fascicul îngust, dă un flux de zeci de ori mai mic, iar după o singură cifră de pe cutie nu îl deosebești de o lampă.
Wattul spune cât mănâncă aparatul, lumenul câtă lumină dă. O lampă de optzeci de wați din vremea sovietică lumina mai slab decât una de zece de azi: puterea creștea, eficacitatea luminoasă stătea pe loc.
Un bec cu incandescență dă circa treisprezece lumeni pe watt, unul cu halogen douăzeci, un tub fluorescent șaizeci, un led modern de la o sută douăzeci la două sute. Limita teoretică pentru lumina albă cu redare acceptabilă a culorilor este în jur de trei sute, iar cea absolută, pentru verdele monocromatic, este de 683 de lumeni pe watt — și aceasta nu mai este o limitare tehnică, ci definiția candelei. Diferența dintre incandescență și led se explică simplu: filamentul incandescent radiază aproape toată energia în infraroșu, pe care ochiul nu îl vede deloc.
Capătul de sus al scării este Soarele: 3,6·10²⁸ lumeni. Dintre ei ajung la suprafața Pământului vreo o sută de mii de lucși la amiază, și nicio lampă nu se pune cu asta.
02 · Conversie
Introduceți un flux — fișa îl descompune pe unități
Conversia în candele este posibilă doar cu rezerva privind unghiul solid, de aceea tabelul socotește pentru radiație uniformă în toate direcțiile. Waţii de pe ultimul rând nu sunt puterea lămpii, ci fluxul radiant la lungimea de undă a sensibilității maxime a ochiului.
Numai lumenii nu ajung pentru alegerea unei lămpi: două surse cu același flux se deosebesc prin temperatura de culoare și indicele de redare a culorilor. Două mii șapte sute de kelvini dau lumina caldă și gălbuie a becului cu incandescență, șase mii pe cea rece a zilei; un indice de redare sub optzeci înseamnă că în cameră culorile se vor distorsiona, iar mâncarea și pielea vor arăta nefiresc. Eticheta europeană cere toate trei cifrele pe ambalaj, dar de obicei se observă doar fluxul.
| Unitate | Nume | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|---|
| lm | lumen, unitate SI | 800 | lumen, unitate SI |
| klm | kilolumen | 0,8 | kilolumen |
| Mlm | megalumen | 0 | megalumen |
| mlm | mililumen | 800000 | mililumen |
| cd·sr | candelă pe steradian — exact același lucru | 800 | candelă pe steradian — exact același lucru |
| lm·h | lumen-oră: cantitatea de lumină, fluxul pe durata arderii | 800 | lumen-oră: cantitatea de lumină, fluxul pe durata arderii |
| W(LED) | waţii unui led: cât ar mânca pentru acest flux | 5,71 | waţii unui led: cât ar mânca pentru acest flux |
| W(inc) | waţii unui bec cu incandescență — o obișnuință din secolul trecut | 61,5 | waţii unui bec cu incandescență — o obișnuință din secolul trecut |
| HK | lumânarea Hefner: etalonul german pe acetat de amil | 88,9 | lumânarea Hefner: etalonul german pe acetat de amil |
Factorul patru pi este valabil doar pentru radiație uniformă în toate direcțiile.
03 · Ordine de mărime
de la martor la farsute și mii: lampa din cameră, cea de birou, farul de automobil
04 · Instrumente de măsură
Cu ce se măsoară fluxul luminos
O sferă goală cu strat interior alb și difuz: lumina lămpii dinăuntru se reflectă de mii de ori, iar iluminarea peretelui devine proporțională cu fluxul total, indiferent încotro lumina lampa. Instrumentul obișnuit pentru certificarea lămpilor, cu diametrul de la douăzeci de centimetri la trei metri.
Detectorul înconjoară încet sursa pe o sferă și înregistrează intensitatea luminoasă în fiecare direcție; fluxul rezultă prin integrare. Măsurarea durează ore, în schimb dă curba completă de distribuție — fără ea un corp de iluminat nu poate fi proiectat.
Descompune lumina într-un spectru și cântărește fiecare lungime de undă cu curba de sensibilitate a ochiului. Singurul mod de a măsura fluxul fără eroare sistematică la surse cu linii înguste — leduri și lămpi cu descărcare, unde filtrul unui fotometru obișnuit nu urmează curba destul de exact.
În însăși definiția lumenului stă ascunsă curba de sensibilitate — sensibilitatea medie a ochiului, ridicată în anii 1920 pe câteva zeci de observatori. De aceea două lămpi cu aceeași cifră pe cutie pot arăta diferit: fluxul este egal, spectrul nu.
Un bec cu incandescență ales anume, alimentat cu curent stabilizat, al cărui flux este atestat la un institut național. Cu el se etalonează sferele și fotometrele, iar el însuși îmbătrânește: durata de viață declarată se măsoară în zeci de ore de ardere, după care este nevoie de o nouă verificare.
05 · Reguli de scriere
Ambele litere mici, și a nu se confunda cu luxul
Simbolul unității sunt două litere latine mici, lm, cu caractere drepte. Numele vine din latinul lumen — lumină, de aceea nu are majuscule. În română pluralul este lumeni: opt sute de lumeni.
Simbolul mărimii este un Φ grecesc cursiv. Lumenul descrie sursa, luxul suprafața iluminată: a atribui unei lămpi valori în lucși înseamnă a omite distanța, adică a nu spune nimic. La lanterne și proiectoare producătorii publică cu plăcere «lumeni ANSI» — fluxul măsurat după metoda americană cu un timp de încălzire fixat; sunt aceiași lumeni, dar condițiile de încercare sunt precizate, și tocmai asta face cifrele comparabile. O capcană aparte sunt «lumenii la ieșirea diodei» față de «lumenii din corpul de iluminat»: difuzorul și reflectorul mănâncă între zece și treizeci la sută.
La proiectoare se scrie «lumeni ANSI»: același lumen, dar măsurat după o metodă standard cu nouă puncte pe ecran. Cifrele fără mențiunea ANSI nu merită comparate între ele — producătorul e liber să le măsoare cum îi convine.
06 · Unități vecine
Lumenul stă între candelă și lux: candela spune cât de puternic luminează sursa într-o direcție, lumenul câtă lumină dă în total, luxul cât din aceasta a ajuns pe suprafață.
intensitatea luminoasă pe direcție
tot fluxul sursei
cât a ajuns pe suprafață
Dintre fișele Simetrium se învecinează cu lumenul candelă și steradian din definiție, lux ca flux pe suprafață, foot-candle în practica anglo-americană, și watt, de care fluxul luminos este legat prin curba de sensibilitate a ochiului.
07 · Secțiune istorică
De la lumânare la cifra de pe cutie
Ca etalon german a servit lampa lui Hefner, care ardea acetat de amil cu un fitil de diametru strict stabilit. Dădea aproximativ nouă zecimi din noua candelă, dar depindea de umiditatea și de presiunea aerului într-atât, încât rezultatele trebuiau aduse la condiții normale.
Congresul internațional al electricienilor a introdus lumenul împreună cu luxul și fotul. Numele e luat din latinescul lumen — lumină; aceeași rădăcină se folosea și în optică, unde lumen înseamnă deschiderea interioară a unui tub.
Alături a trăit și o unitate de cantitate de lumină — lumen-ora, fluxul înmulțit cu timpul de ardere. Așa se socotea consumul lămpilor cu gaz și cu petrol: nu strălucirea, ci câtă lumină dăduse lampa într-o seară.
Richard Ulbricht a propus o sferă goală cu strat difuz, în care lumina se reflectă până își pierde complet direcția. Măsurarea fluxului, care înainte cerea ocolirea sursei pe o sferă, s-a redus la o singură citire.
Eticheta europeană a cerut ca fluxul luminos să fie tipărit mai mare decât puterea: waţii nu mai spuneau nimic despre strălucire de când un led a început să dea de șase ori mai multă lumină pe watt. Cumpărătorul a trebuit să învețe o cifră nouă — opt sute de lumeni în locul obișnuiților șaizeci de wați.
Numărul 683, moștenit de la o lumânare
Coeficientul de 683 de lumeni pe watt, care stă în definiția candelei, pare arbitrar — și arbitrar chiar este. A fost ales în 1979 astfel încât noua candelă să se potrivească cât mai exact cu cea veche, definită prin radiația platinei la temperatura de solidificare, iar aceea, la rândul ei, fusese potrivită după o lumânare și mai veche. Fiecare pas păstra continuitatea, și până la urmă în definiția fundamentală a unei unități SI trăiește amintirea unui fitil și a acetatului de amil. Din 2019 lumenul este legat de watt exact: coeficientul a fost declarat constantă, ca viteza luminii sau sarcina electronului. Rămâne însă exactă doar legătura cu radiația monocromatică la 540 de terahertzi — pentru orice sursă reală fluxul se calculează cântărind spectrul cu curba de sensibilitate a ochiului, iar aceea descrie un observator mediu care în natură nu există. De aici limita de precizie a fotometriei: cele mai bune etaloane naționale redau lumenul cu o incertitudine de aproximativ două zecimi de procent — cu cinci ordine de mărime mai prost decât unitățile electrice.
Cei 683 sunt maximul pentru lumina monocromatică la 555 de nanometri, acolo unde ochiul este cel mai sensibil. Pentru lumina albă limita este mai jos, în jur de 350 de lumeni pe watt: o parte a spectrului e necesară pentru albeață, dar ochiul aproape că nu o vede.
Catalog · unități de măsură
O fișă pentru fiecare mărime
Șapte unități fundamentale SI, douăzeci și două derivate cu nume propriu și unitățile din afara sistemului fără de care nu se descurcă nici tehnica, nici viața de zi cu zi. Fiecare are foaia ei: definiție, conversie, instrumente, reguli de scriere. În 30 de limbi.
Unități SI derivate cu nume propriu
fișa lumenului este deschisăUnități fundamentale SI
în chihlimbar — candela din care se face lumenulFluxul luminos în alte notații
Limba fișei
30 de limbi. Simbolul lm este internațional, obișnuința privind temperatura de culoare nu este: în nordul Europei și în America se preferă lumina caldă de 2700 K, în Asia cea rece a zilei, iar recomandările din traduceri țin seama de practica locală.