Lumen
Härledd SI-enhet · storhet: ljusflöde
01 · Definition
Lumen är det ljusflöde som sänds ut av en källa med ljusstyrkan en candela inom en rymdvinkel om en steradian. Storheten beskriver allt ljus som källan avger utåt, oavsett vart det är riktat.
Det var lumen som ersatte watten på lampförpackningarna, när lysdioderna gjorde effekten till ett meningslöst mått på ljusstyrka: en glödlampa på sextio watt och en lysdiod på åtta ger samma åttahundra lumen. En fullständig mätning av flödet kräver att ljuset samlas in från alla håll — en källa som lyser lika åt alla håll sänder ut inom fyra pi steradianer, alltså 12,57 gånger fler lumen än candela i sin ljusstyrka. En strålkastare med samma ljusstyrka men smal stråle ger tiotals gånger mindre flöde, och på en enda siffra på kartongen går den inte att skilja från en lampa.
Watten säger hur mycket apparaten drar, lumen hur mycket ljus den ger. En åttiowattslampa från sovjettiden lyste svagare än dagens tiowatts: effekten växte, ljusutbytet stod stilla.
En glödlampa ger omkring tretton lumen per watt, en halogenlampa tjugo, ett lysrör sextio, en modern lysdiod från hundratjugo till tvåhundra. Den teoretiska gränsen för vitt ljus med godtagbar färgåtergivning ligger kring trehundra, och den absoluta, för monokromatiskt grönt, är 683 lumen per watt — och det är inte längre en teknisk begränsning utan definitionen av candela. Skillnaden mellan glödlampa och lysdiod förklaras enkelt: en glödande tråd strålar ut nästan all energi i infrarött, som ögat inte ser alls.
Skalans övre gräns är solen: 3,6·10²⁸ lumen. Av dem når omkring hundratusen lux jordytan vid middagstid, och ingen lampa säger emot.
02 · Omräkning
Skriv in ett flöde — databladet delar upp det efter enheter
Omräkning till candela är möjlig bara med förbehållet om rymdvinkeln, och därför räknar tabellen för jämn strålning åt alla håll. Watten på sista raden är inte lampans effekt utan strålningsflödet vid våglängden för ögats största känslighet.
Lumen ensamt räcker inte för att välja lampa: två källor med samma flöde skiljer sig i färgtemperatur och färgåtergivningsindex. Tvåtusensjuhundra kelvin ger glödlampans varma gula ljus, sextusen det kalla dagsljuset; ett färgåtergivningsindex under åttio betyder att färgerna i rummet förvrängs och att mat och hud ser onaturliga ut. Den europeiska märkningen kräver alla tre siffrorna på förpackningen, men vanligen märks bara flödet.
| Enhet | Namn | Värde | Var den förekommer |
|---|---|---|---|
| lm | lumen, SI-enhet | 800 | lumen, SI-enhet |
| klm | kilolumen | 0,8 | kilolumen |
| Mlm | megalumen | 0 | megalumen |
| mlm | millilumen | 800000 | millilumen |
| cd·sr | candela per steradian — precis detsamma | 800 | candela per steradian — precis detsamma |
| lm·h | lumentimme: ljusmängd, flödet gånger brinntiden | 800 | lumentimme: ljusmängd, flödet gånger brinntiden |
| W(LED) | watt för en lysdiod: hur mycket den drar för detta flöde | 5,71 | watt för en lysdiod: hur mycket den drar för detta flöde |
| W(inc) | watt för en glödlampa — en vana från förra seklet | 61,5 | watt för en glödlampa — en vana från förra seklet |
| HK | Hefnerljus: den tyska normalen på amylacetat | 88,9 | Hefnerljus: den tyska normalen på amylacetat |
Faktorn fyra pi gäller endast för jämn strålning åt alla håll.
03 · Storleksordningar
från kontrollampa till fyrhundratals och tusentals: rumslampa, bordslampa, bilstrålkastare
04 · Mätinstrument
Vad ljusflödet mäts med
En ihålig sfär med vit diffus beläggning: ljuset från lampan inuti återkastas tusentals gånger, och belysningsstyrkan på väggen blir proportionell mot hela flödet, oavsett vart lampan lyste. Standardinstrumentet för certifiering av lampor, med diameter från tjugo centimeter till tre meter.
Detektorn går långsamt runt källan längs en sfär och registrerar ljusstyrkan i varje riktning; flödet fås genom integration. Mätningen tar timmar, men ger hela ljusfördelningskurvan — utan den går en armatur inte att konstruera.
Det delar upp ljuset i ett spektrum och väger varje våglängd med ögats känslighetskurva. Det enda sättet att mäta flödet utan systematiskt fel på källor med smala linjer — lysdioder och urladdningslampor, där en vanlig fotometers filter inte följer kurvan tillräckligt nära.
I själva definitionen av lumen döljer sig ögats känslighetskurva — synens genomsnittliga känslighet, upptagen på 1920-talet med några dussin betraktare. Därför kan två lampor med samma siffra på kartongen se olika ut: flödet är lika, spektrumet inte.
En särskilt utvald glödlampa med stabiliserad ström, vars flöde är intygat vid ett nationellt institut. Med den kalibreras sfärer och fotometrar, och själv åldras den: den angivna livslängden mäts i tiotals brinntimmar, varefter en ny kontroll krävs.
05 · Skrivregler
Båda bokstäverna små, och förväxla inte med lux
Enhetens symbol är två små latinska bokstäver, lm, i rak stil. Namnet kommer av latinets lumen — ljus, och därför finns inga versaler i det. På svenska böjs ordet inte: åttahundra lumen.
Storhetens beteckning är ett kursivt grekiskt Φ. Lumen beskriver källan, lux den belysta ytan: att ge en lampa ett värde i lux är att utelämna avståndet, och därmed att inte säga något alls. För ficklampor och strålkastare gillar tillverkarna att ange «ANSI-lumen» — flödet mätt enligt den amerikanska metoden med en fastställd uppvärmningstid; det är samma lumen, men provningsvillkoren är angivna, och det är just det som gör siffrorna jämförbara. En egen fälla är «lumen ut ur dioden» mot «lumen ur armaturen»: spridare och reflektor äter tio till trettio procent.
För projektorer skriver man «ANSI-lumen»: samma lumen, men mätt enligt en fastställd metod med nio punkter på duken. Siffror utan noteringen ANSI är det inte värt att jämföra — tillverkaren får mäta dem som han vill.
06 · Grannenheter
Lumen står mellan candela och lux: candelan säger hur starkt källan lyser åt ett håll, lumen hur mycket ljus den ger sammanlagt, luxen vad av detta som nådde ytan.
Bland Simetriums datablad gränsar till lumen candela och steradian ur definitionen, lux som flöde per yta, footcandle i angloamerikansk praxis, och watt, som ljusflödet är bundet till genom ögats känslighetskurva.
07 · Historisk del
Från stearinljuset till siffran på kartongen
Som tysk normal tjänade Hefnerlampan, som brände amylacetat med en veke av noga fastställd diameter. Den gav omkring nio tiondelar av den nya candelan, men berodde så mycket av luftfuktighet och lufttryck att resultaten måste räknas om till normala förhållanden.
Den internationella elektrikerkongressen införde lumen tillsammans med lux och phot. Namnet är taget från latinets lumen — ljus; samma rot användes också i optiken, där lumen betecknar ett rörs inre öppning.
Bredvid levde också en enhet för ljusmängd — lumentimmen, flödet multiplicerat med brinntiden. Så räknade man förbrukningen hos gas- och fotogenlampor: inte ljusstyrkan, utan hur mycket ljus lampan gav under en kväll.
Richard Ulbricht föreslog en ihålig sfär med diffus beläggning, där ljuset återkastas tills riktningen är helt förlorad. Mätningen av flödet, som tidigare krävde en rundvandring kring källan, kom att bestå av en enda avläsning.
Den europeiska märkningen krävde att ljusflödet trycktes större än effekten: watten sade ingenting längre om ljusstyrkan när en lysdiod började ge sex gånger mer ljus per watt. Köparen fick lära sig en ny siffra — åttahundra lumen i stället för de invanda sextio watten.
Talet 683, ärvt från ett stearinljus
Faktorn 683 lumen per watt, som står i definitionen av candela, ser godtycklig ut — och godtycklig är den också. Den valdes 1979 så att den nya candelan skulle sammanfalla så nära som möjligt med den gamla, som bestämdes genom platinans strålning vid stelningstemperaturen, och den i sin tur hade anpassats till ett ännu äldre ljus. Varje steg bevarade kontinuiteten, och till slut lever minnet av en veke och av amylacetat kvar i den grundläggande definitionen av en SI-enhet. Sedan 2019 är lumen exakt bunden till watten: faktorn har förklarats vara en konstant, som ljusets hastighet eller elektronens laddning. Men exakt förblir bara sambandet med monokromatisk strålning vid 540 terahertz — för varje verklig källa räknas flödet fram genom att spektrumet vägs med ögats känslighetskurva, och den beskriver en genomsnittlig betraktare som inte finns i naturen. Härav fotometrins noggrannhetsgräns: de bästa nationella normalerna återger lumen med en osäkerhet på omkring två tiondels procent — fem tiopotenser sämre än de elektriska enheterna.
Dessa 683 är maximum för monokromatiskt ljus vid 555 nanometer, där ögat är som känsligast. För vitt ljus ligger gränsen lägre, kring 350 lumen per watt: en del av spektrumet behövs för vitheten men syns nästan inte för ögat.
Katalog · måttenheter
Ett datablad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och de enheter utanför systemet som varken tekniken eller vardagen klarar sig utan. Var och en har sitt eget blad: definition, omräkning, instrument, skrivregler. På 30 språk.
Härledda SI-enheter med eget namn
lumenbladet är öppetSI-basenheter
i bärnsten — candelan som lumen är byggd avLjusflödet i andra skrivsätt
Databladets språk
30 språk. Symbolen lm är internationell, vanan vid färgtemperatur är det inte: i Nordeuropa och Amerika tycker man om varmt ljus på 2700 K, i Asien om kallt dagsljus, och råden i översättningarna tar hänsyn till lokal praxis.