Lumen
Odvodená jednotka SI · veličina: svetelný tok
01 · Definícia
Lumen je svetelný tok vysielaný zdrojom so svietivosťou jednej kandely do priestorového uhla jedného steradiánu. Veličina opisuje všetko svetlo, ktoré zdroj vydá von, bez ohľadu na to, kam je namierené.
Boli to práve lumeny, ktoré na obaloch lámp nahradili watty, keď diódy urobili z príkonu nezmyselnú mieru jasu: šesťdesiatwattová žiarovka a osemwattová dióda dávajú rovnakých osemsto lumenov. Úplné meranie toku vyžaduje pozbierať svetlo zo všetkých smerov — zdroj svietiaci rovnomerne na všetky strany vyžaruje do štyroch pí steradiánov, teda 12,57-krát viac lumenov, než má kandel svietivosti. Reflektor s tou istou svietivosťou, ale úzkym zväzkom, dá tok desiatky ráz menší, a podľa jediného čísla na krabici ho od lampy nerozoznáte.
Watt hovorí, koľko prístroj zje, lumen koľko svetla vydá. Osemdesiatwattová lampa sovietskych čias svietila slabšie než dnešná desaťwattová: príkon rástol, merný výkon stál na mieste.
Žiarovka vydá asi trinásť lumenov na watt, halogénová dvadsať, žiarivka šesťdesiat, dnešná dióda sto dvadsať až dvesto. Teoretická hranica pre biele svetlo s prijateľným podaním farieb leží okolo troch sto, a absolútna, pre monochromatickú zeleň, je 683 lumenov na watt — a to už nie je technické obmedzenie, ale definícia kandely. Rozdiel medzi žiarovkou a diódou sa vysvetlí jednoducho: rozžeravené vlákno vyžiari takmer všetku energiu v infračervenej oblasti, ktorú oko nevidí vôbec.
Hornou hranicou stupnice je Slnko: 3,6·10²⁸ lumenov. Na zemský povrch z nich napoludnie dopadá asi stotisíc luxov, a žiadna lampa sa s tým nepreteká.
02 · Prevod
Zadajte tok — list ho rozloží na jednotky
Prevod na kandely je možný len s výhradou o priestorovom uhle, a preto tabuľka počíta pre rovnomerné vyžarovanie do všetkých smerov. Watty v poslednom riadku nie sú príkon lampy, ale žiarivý tok na vlnovej dĺžke najväčšej citlivosti oka.
Samotné lumeny na výber lampy nestačia: dva zdroje s rovnakým tokom sa líšia teplotou chromatickosti a indexom podania farieb. Dvetisíc sedemsto kelvinov dáva teplé žlté svetlo žiarovky, šesťtisíc studené denné; index podania farieb pod osemdesiat znamená, že farby v izbe sa skreslia a jedlo aj pleť budú vyzerať neprirodzene. Európske označenie vyžaduje na obale všetky tri čísla, ale všimne si človek zvyčajne iba tok.
| Jednotka | Názov | Hodnota | Kde sa vyskytuje |
|---|---|---|---|
| lm | lumen, jednotka SI | 800 | lumen, jednotka SI |
| klm | kilolumen | 0,8 | kilolumen |
| Mlm | megalumen | 0 | megalumen |
| mlm | mililumen | 800000 | mililumen |
| cd·sr | kandela na steradián — presne to isté | 800 | kandela na steradián — presne to isté |
| lm·h | lumenhodina: množstvo svetla, tok za čas svietenia | 800 | lumenhodina: množstvo svetla, tok za čas svietenia |
| W(LED) | watty diódy: koľko zje kvôli tomuto toku | 5,71 | watty diódy: koľko zje kvôli tomuto toku |
| W(inc) | watty žiarovky — zvyk z minulého storočia | 61,5 | watty žiarovky — zvyk z minulého storočia |
| HK | Hefnerova sviečka: nemecký etalón na amylacetáte | 88,9 | Hefnerova sviečka: nemecký etalón na amylacetáte |
Činiteľ štyri pí platí len pre rovnomerné vyžarovanie do všetkých smerov.
03 · Rády veličín
od kontrolky k majákustovky a tisíce: izbová lampa, stolová, automobilový svetlomet
04 · Meracie prístroje
Čím sa meria svetelný tok
Dutá guľa s bielym rozptylným povlakom: svetlo lampy vnútri sa odrazí tisíckrát a osvetlenosť na stene sa stane úmernou celému toku bez ohľadu na to, kam lampa svietila. Štandardný prístroj na certifikáciu lámp, s priemerom od dvadsiatich centimetrov do troch metrov.
Snímač pomaly obchádza zdroj po guli a zaznamenáva svietivosť v každom smere; tok vyjde integrovaním. Meranie trvá hodiny, zato dá úplnú krivku svietivosti — bez nej sa svietidlo navrhnúť nedá.
Rozkladá svetlo na spektrum a každú vlnovú dĺžku váži krivkou citlivosti oka. Jediný spôsob, ako zmerať tok bez systematickej chyby pri zdrojoch s úzkymi čiarami — pri diódach a výbojkách, kde sa filter bežného fotometra s krivkou dostatočne presne nekryje.
V samotnej definícii lumenu je skrytá krivka citlivosti — spriemerovaná citlivosť oka, sňatá v dvadsiatych rokoch na niekoľkých desiatkach pozorovateľov. Preto dve lampy s rovnakým číslom na krabici môžu vyzerať rozdielne: tok je rovnaký, spektrum nie.
Osobitne vybraná žiarovka so stabilizovaným prúdom, ktorej tok je overený v štátnom inštitúte. Kalibrujú sa ňou gule aj fotometre, a sama starne: udávaná životnosť sa meria v desiatkach hodín svietenia, po ktorých treba nové overenie.
05 · Pravidlá zápisu
Obe písmená malé, a nezamieňať s luxom
Značkou jednotky sú dve malé latinské písmená lm, stojatým písmom. Názov pochádza z latinského lumen — svetlo, a preto v ňom nie sú veľké písmená. Po slovensky sa slovo skloňuje bežne: osemsto lumenov.
Značkou veličiny toku je kurzívne grécke Φ. Lumen opisuje zdroj, lux osvetľovanú plochu: prisúdiť lampe luxy znamená neuviesť vzdialenosť, a teda nepovedať nič. Pri svietidlách a reflektoroch výrobcovia radi uvádzajú «ANSI lumeny» — tok meraný americkou metódou s pevne daným časom zahriatia; sú to tie isté lumeny, len podmienky skúšky sú vyhradené, a práve to robí čísla porovnateľnými. Osobitnou pascou sú «lumeny na výstupe diódy» proti «lumenom zo svietidla»: rozptylka a odrážač zhltnú desať až tridsať percent.
Pri projektoroch sa píše «ANSI lumeny»: je to ten istý lumen, len meraný normovanou metódou v deviatich bodoch na plátne. Čísla bez poznámky ANSI nemá zmysel medzi sebou porovnávať — výrobca ich smie merať, ako sa mu zachce.
06 · Susedné jednotky
Lumen stojí medzi kandelou a luxom: kandela hovorí, ako silno zdroj svieti na jednu stranu, lumen koľko svetla dá celkovo, lux čo z toho dopadlo na plochu.
Z listov Simetria susedia s lumenom kandela a steradián z definície, lux ako tok na plochu, stopová sviečka v anglo-americkej praxi a watt, ku ktorému je svetelný tok pripútaný krivkou citlivosti oka.
07 · Historický oddiel
Od sviečky k číslu na krabici
Nemeckým etalónom bola Hefnerova lampa, ktorá pálila amylacetát knôtom presne daného priemeru. Dávala asi deväť desatín novej kandely, ale závisela od vlhkosti a tlaku vzduchu natoľko, že výsledky bolo treba prepočítavať na normálne podmienky.
Medzinárodný kongres elektrotechnikov zaviedol lumen spolu s luxom a fotom. Názov je vzatý z latinského lumen — svetlo; ten istý koreň sa používal aj v optike, kde lumen značí svetlosť trubice.
Vedľa žila aj jednotka množstva svetla — lumenhodina, tok vynásobený časom svietenia. Tak sa počítala spotreba plynových a petrolejových lámp: nie jas, ale koľko svetla lampa za večer vydala.
Richard Ulbricht navrhol dutú guľu s rozptylným povlakom, v ktorej sa svetlo odráža až do úplnej straty smeru. Meranie toku, ktoré predtým vyžadovalo obísť zdroj po guli, sa scvrklo na jediné čítanie.
Európske označenie si vyžiadalo tlačiť svetelný tok väčším písmom než príkon: watty prestali o jase vypovedať, len čo dióda začala dávať šesťkrát viac svetla na watt. Kupujúci sa musel naučiť nové číslo — osemsto lumenov namiesto zvyknutých šesťdesiatich wattov.
Číslo 683, zdedené po sviečke
Súčiniteľ 683 lumenov na watt, ktorý stojí v definícii kandely, vyzerá ľubovoľne — a ľubovoľný naozaj je. Vybrali ho v roku 1979 tak, aby sa nová kandela čo najpresnejšie kryla so starou, určenou žiarením platiny pri teplote tuhnutia, a tá bola zasa prispôsobená ešte staršej sviečke. Každý krok zachovával nadväznosť, a napokon v základnej definícii jednotky SI žije pamäť na knôt a na amylacetát. Od roku 2019 je lumen viazaný na watt presne: súčiniteľ bol vyhlásený za konštantu ako rýchlosť svetla alebo náboj elektrónu. Presná však ostáva len väzba na monochromatické žiarenie s frekvenciou 540 terahertzov — pre každý skutočný zdroj sa tok počíta vážením spektra krivkou citlivosti oka, a tá opisuje priemerného pozorovateľa, aký v prírode nie je. Odtiaľ hranica presnosti fotometrie: najlepšie štátne etalóny reprodukujú lumen s neistotou okolo dvoch desatín percenta — o päť rádov horšie než jednotky elektrické.
Tých 683 je maximum pre monochromatické svetlo s vlnovou dĺžkou 555 nanometrov, tam kde je oko najcitlivejšie. Pri bielom svetle leží hranica nižšie, okolo 350 lumenov na watt: časť spektra je pre belosť potrebná, ale oko ju takmer nevidí.
Katalóg · meracie jednotky
List pre každú veličinu
Sedem základných jednotiek SI, dvadsaťdva odvodených s vlastnými názvami a jednotky mimo sústavy, bez ktorých sa nezaobíde technika ani bežný život. Každá má svoj list: definícia, prevod, prístroje, pravidlá zápisu. V 26 jazykoch.
Odvodené jednotky SI s vlastným názvom
list lumenu je otvorenýZákladné jednotky SI
jantárom — kandela, z ktorej sa lumen skladáSvetelný tok v iných zápisoch
Jazyk listu
26 jazykov. Značka lm je medzinárodná, zvyk na teplotu chromatickosti nie: v severnej Európe a v Amerike sa obľubuje teplé svetlo 2700 K, v Ázii studené denné, a odporúčania v prekladoch berú ohľad na miestnu prax.