ลูเมน
หน่วยอนุพัทธ์เอสไอ · ปริมาณ: ฟลักซ์ส่องสว่าง
01 · นิยาม
ลูเมนคือฟลักซ์ส่องสว่างที่แหล่งกำเนิดซึ่งมีความเข้มหนึ่งแคนเดลาส่งออกไปภายในมุมตันหนึ่งสเตอเรเดียน ปริมาณนี้บรรยายแสงทั้งหมดที่แหล่งกำเนิดให้ออกไปข้างนอก ไม่ว่าจะหันไปทางใด
ลูเมนนี่เองที่เข้ามาแทนวัตต์บนกล่องหลอดไฟ เมื่อไดโอดเปล่งแสงทำให้กำลังไฟกลายเป็นมาตรวัดความสว่างที่ไร้ความหมาย: หลอดไส้หกสิบวัตต์กับไดโอดแปดวัตต์ให้แปดร้อยลูเมนเท่ากัน การวัดฟลักซ์อย่างครบถ้วนต้องเก็บแสงจากทุกทิศทาง — แหล่งกำเนิดที่ส่องสว่างสม่ำเสมอรอบทิศแผ่รังสีอยู่ภายในสี่ไพสเตอเรเดียน นั่นคือมีลูเมนมากกว่าจำนวนแคนเดลาของความเข้มการส่องสว่างถึง 12.57 เท่า ส่วนสปอตไลต์ที่มีความเข้มเท่ากันแต่ลำแสงแคบ ให้ฟลักซ์น้อยกว่าหลายสิบเท่า และจากตัวเลขเดียวบนกล่องก็แยกมันออกจากหลอดไฟธรรมดาไม่ได้
วัตต์บอกว่าเครื่องกินไปเท่าไร ลูเมนบอกว่าให้แสงออกมาเท่าไร หลอดแปดสิบวัตต์สมัยสหภาพโซเวียตส่องสว่างน้อยกว่าหลอดสิบวัตต์ในวันนี้: กำลังไฟเพิ่มขึ้น แต่ประสิทธิศักย์ย่ำอยู่กับที่
หลอดไส้ให้ราวสิบสามลูเมนต่อวัตต์ หลอดฮาโลเจนยี่สิบ หลอดฟลูออเรสเซนต์หกสิบ ไดโอดสมัยนี้ตั้งแต่หนึ่งร้อยยี่สิบถึงสองร้อย ขีดจำกัดทางทฤษฎีสำหรับแสงขาวที่มีการถ่ายทอดสีพอรับได้อยู่ราวสามร้อย ส่วนขีดจำกัดสัมบูรณ์สำหรับแสงเขียวเอกรงค์คือ 683 ลูเมนต่อวัตต์ — และนั่นไม่ใช่ข้อจำกัดทางเทคนิคอีกต่อไป แต่คือนิยามของแคนเดลา ความต่างระหว่างหลอดไส้กับไดโอดอธิบายได้ง่าย ๆ ว่า ไส้ที่ร้อนจัดแผ่พลังงานเกือบทั้งหมดออกไปในย่านอินฟราเรด ซึ่งตามองไม่เห็นเลย
ปลายบนของสเกลคือดวงอาทิตย์: 3.6·10²⁸ ลูเมน ในจำนวนนั้นที่มาถึงพื้นโลกตอนเที่ยงราวหนึ่งแสนลักซ์ และไม่มีหลอดไฟดวงไหนเถียงได้
02 · การแปลงหน่วย
ใส่ฟลักซ์ — แผ่นข้อมูลจะแยกมันออกตามหน่วย
การแปลงเป็นแคนเดลาทำได้ก็ต่อเมื่อมีข้อแม้เรื่องมุมตัน ดังนั้นตารางจึงคำนวณสำหรับการแผ่รังสีสม่ำเสมอทุกทิศทาง วัตต์ในบรรทัดสุดท้ายไม่ใช่กำลังไฟของหลอด แต่เป็นฟลักซ์การแผ่รังสีที่ความยาวคลื่นซึ่งตาไวที่สุด
ลำพังลูเมนอย่างเดียวยังไม่พอสำหรับเลือกหลอดไฟ: แหล่งกำเนิดสองดวงที่ฟลักซ์เท่ากันต่างกันที่อุณหภูมิสีและดัชนีการถ่ายทอดสี สองพันเจ็ดร้อยเคลวินให้แสงเหลืองอบอุ่นแบบหลอดไส้ หกพันให้แสงขาวเย็นแบบกลางวัน; ดัชนีการถ่ายทอดสีต่ำกว่าแปดสิบหมายความว่าสีในห้องจะเพี้ยน อาหารและผิวจะดูไม่เป็นธรรมชาติ ฉลากยุโรปกำหนดให้มีครบทั้งสามตัวเลขบนกล่อง แต่คนมักเห็นแต่ฟลักซ์
| หน่วย | ชื่อ | ค่า | พบที่ใด |
|---|---|---|---|
| lm | ลูเมน หน่วยเอสไอ | 800 | ลูเมน หน่วยเอสไอ |
| klm | กิโลลูเมน | 0.8 | กิโลลูเมน |
| Mlm | เมกะลูเมน | 0 | เมกะลูเมน |
| mlm | มิลลิลูเมน | 800000 | มิลลิลูเมน |
| cd·sr | แคนเดลาต่อสเตอเรเดียน — สิ่งเดียวกันเป๊ะ | 800 | แคนเดลาต่อสเตอเรเดียน — สิ่งเดียวกันเป๊ะ |
| lm·h | ลูเมนชั่วโมง: ปริมาณแสง ฟลักซ์ตลอดเวลาที่จุด | 800 | ลูเมนชั่วโมง: ปริมาณแสง ฟลักซ์ตลอดเวลาที่จุด |
| W(LED) | วัตต์ของไดโอด: กินเท่าไรเพื่อฟลักซ์เท่านี้ | 5.71 | วัตต์ของไดโอด: กินเท่าไรเพื่อฟลักซ์เท่านี้ |
| W(inc) | วัตต์ของหลอดไส้ — ความเคยชินจากศตวรรษก่อน | 61.5 | วัตต์ของหลอดไส้ — ความเคยชินจากศตวรรษก่อน |
| HK | เทียนเฮฟเนอร์: มาตรฐานเยอรมันบนเอมิลแอซีเตต | 88.9 | เทียนเฮฟเนอร์: มาตรฐานเยอรมันบนเอมิลแอซีเตต |
ตัวคูณสี่ไพใช้ได้เฉพาะกับการแผ่รังสีสม่ำเสมอทุกทิศทางเท่านั้น
03 · อันดับของขนาด
จากไฟแสดงสถานะถึงประภาคารหลักร้อยถึงหลักพัน: โคมในห้อง โคมตั้งโต๊ะ ไฟหน้ารถยนต์
04 · เครื่องมือวัด
วัดฟลักซ์ส่องสว่างด้วยอะไร
ทรงกลมกลวงเคลือบผิวในด้วยสีขาวกระจายแสง: แสงจากหลอดไฟข้างในสะท้อนไปมานับพันครั้ง และความส่องสว่างบนผนังทรงกลมจึงเป็นสัดส่วนกับฟลักซ์ทั้งหมด ไม่ว่าหลอดไฟจะส่องไปทางใด เป็นเครื่องมือมาตรฐานสำหรับการรับรองหลอดไฟ เส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ยี่สิบเซนติเมตรถึงสามเมตร
ตัวตรวจวัดค่อย ๆ เคลื่อนรอบแหล่งกำเนิดไปตามผิวทรงกลมและบันทึกความเข้มการส่องสว่างในทุกทิศทาง; ฟลักซ์ได้จากการอินทิเกรต การวัดกินเวลาหลายชั่วโมง แต่ให้เส้นโค้งการกระจายแสงครบถ้วน — ถ้าไม่มีมันก็ออกแบบโคมไฟไม่ได้
มันแยกแสงออกเป็นสเปกตรัมแล้วถ่วงน้ำหนักทุกความยาวคลื่นด้วยเส้นโค้งความไวของตา เป็นวิธีเดียวที่วัดฟลักซ์ได้โดยไม่มีความคลาดเคลื่อนเชิงระบบกับแหล่งกำเนิดที่มีเส้นสเปกตรัมแคบ — ไดโอดและหลอดปล่อยประจุ ซึ่งฟิลเตอร์ของโฟโตมิเตอร์ธรรมดาเข้ากับเส้นโค้งได้ไม่แม่นพอ
ในนิยามของลูเมนเองมีเส้นโค้งความไวซ่อนอยู่ — ความไวเฉลี่ยของตา ที่เก็บมาในทศวรรษ 1920 จากผู้สังเกตไม่กี่สิบคน ด้วยเหตุนี้หลอดไฟสองดวงที่มีตัวเลขเดียวกันบนกล่องจึงอาจดูต่างกัน: ฟลักซ์เท่ากัน แต่สเปกตรัมไม่เท่า
หลอดไส้ที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษและจ่ายกระแสคงที่ ฟลักซ์ของมันได้รับการรับรองจากสถาบันแห่งชาติ ใช้มันสอบเทียบทรงกลมและโฟโตมิเตอร์ ส่วนตัวมันเองก็เสื่อม: อายุที่ระบุไว้วัดกันเป็นหลักสิบชั่วโมงการจุด หลังจากนั้นต้องสอบเทียบใหม่
05 · กฎการเขียน
ตัวอักษรเล็กทั้งสองตัว และอย่าสับสนกับลักซ์
สัญลักษณ์ของหน่วยคืออักษรละตินตัวเล็กสองตัว lm เขียนด้วยตัวตรง ชื่อมาจากภาษาละติน lumen — แสง จึงไม่มีตัวพิมพ์ใหญ่ในนั้น ในภาษาไทยรูปคำไม่เปลี่ยนตามจำนวน: แปดร้อยลูเมน
สัญลักษณ์ของปริมาณนี้คืออักษรกรีก Φ ตัวเอน ลูเมนบรรยายแหล่งกำเนิด ลักซ์บรรยายพื้นผิวที่ถูกส่อง: การให้ค่าเป็นลักซ์แก่หลอดไฟคือการไม่บอกระยะทาง นั่นคือไม่ได้บอกอะไรเลย สำหรับไฟฉายและสปอตไลต์ ผู้ผลิตชอบแจ้ง «ลูเมน ANSI» — ฟลักซ์ที่วัดด้วยวิธีอเมริกันโดยกำหนดเวลาอุ่นเครื่องไว้ มันคือลูเมนเดียวกัน เพียงแต่ระบุเงื่อนไขการทดสอบไว้ และนั่นเองที่ทำให้ตัวเลขเทียบกันได้ อีกกับดักหนึ่งคือ «ลูเมนที่ทางออกของไดโอด» เทียบกับ «ลูเมนที่ออกจากโคมไฟ»: แผ่นกระจายแสงและแผ่นสะท้อนกินไปตั้งแต่สิบถึงสามสิบเปอร์เซ็นต์
สำหรับเครื่องฉายเขียนกันว่า «ลูเมน ANSI»: ลูเมนเดียวกันนั่นแหละ เพียงแต่วัดด้วยวิธีมาตรฐานเก้าจุดบนจอ ตัวเลขที่ไม่มีคำว่า ANSI กำกับไม่คุ้มที่จะเอามาเทียบกัน — ผู้ผลิตจะวัดอย่างไรก็ได้ตามใจ
06 · หน่วยข้างเคียง
ลูเมนอยู่ระหว่างแคนเดลากับลักซ์: แคนเดลาบอกว่าแหล่งกำเนิดส่องแรงแค่ไหนไปทางหนึ่ง ลูเมนบอกว่าให้แสงรวมทั้งหมดเท่าไร ลักซ์บอกว่าในนั้นตกถึงพื้นผิวเท่าไร
ใน แผ่นข้อมูลของ Simetrium อยู่ติดกับลูเมน แคนเดลา และ สเตอเรเดียน จากนิยาม ลักซ์ ในฐานะฟลักซ์ต่อพื้นที่ ฟุตแคนเดิล ในธรรมเนียมอังกฤษ-อเมริกัน และ วัตต์ ซึ่งฟลักซ์ส่องสว่างผูกไว้ด้วยเส้นโค้งความไว
07 · ภาคประวัติ
จากเทียนถึงตัวเลขบนกล่อง
มาตรฐานของเยอรมนีคือตะเกียงเฮฟเนอร์ ซึ่งเผาเอมิลแอซีเตตด้วยไส้ที่กำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางไว้อย่างเคร่งครัด มันให้ราวเก้าในสิบของแคนเดลาใหม่ แต่ขึ้นกับความชื้นและความดันอากาศมากจนต้องปรับผลลัพธ์กลับสู่สภาวะปกติ
การประชุมช่างไฟฟ้านานาชาตินำลูเมนเข้ามาพร้อมกับลักซ์และโฟต ชื่อนี้เอามาจากภาษาละติน lumen — แสง; รากศัพท์เดียวกันนี้ใช้ในทัศนศาสตร์ด้วย ซึ่งที่นั่น lumen หมายถึงช่องว่างภายในของท่อ
ข้าง ๆ กันยังมีหน่วยของปริมาณแสงอยู่ด้วย — ลูเมนชั่วโมง คือฟลักซ์คูณเวลาที่จุด การใช้เชื้อเพลิงของตะเกียงแก๊สและตะเกียงน้ำมันก๊าดคิดกันแบบนี้: ไม่ใช่ความสว่าง แต่เป็นว่าตะเกียงให้แสงไปเท่าไรตลอดค่ำคืน
ริชาร์ท อูลบริชท์ เสนอทรงกลมกลวงเคลือบผิวกระจายแสง ซึ่งแสงจะสะท้อนไปมาจนสูญเสียทิศทางโดยสิ้นเชิง การวัดฟลักซ์ที่เดิมต้องเดินรอบแหล่งกำเนิดไปตามทรงกลม จึงเหลือเพียงการอ่านค่าครั้งเดียว
ฉลากยุโรปกำหนดให้พิมพ์ฟลักซ์ส่องสว่างตัวใหญ่กว่ากำลังไฟ: วัตต์เลิกบอกอะไรเกี่ยวกับความสว่างไปแล้ว ตั้งแต่ไดโอดเริ่มให้แสงต่อวัตต์มากกว่าถึงหกเท่า ผู้ซื้อจึงต้องจำตัวเลขใหม่ — แปดร้อยลูเมน แทนหกสิบวัตต์ที่คุ้นเคย
เลข 683 มรดกจากเทียนเล่มหนึ่ง
สัมประสิทธิ์ 683 ลูเมนต่อวัตต์ ที่ปรากฏในนิยามของแคนเดลาดูเหมือนตั้งขึ้นตามอำเภอใจ — และมันก็เป็นเช่นนั้นจริง เลือกไว้เมื่อปี 1979 เพื่อให้แคนเดลาใหม่ทับกับแคนเดลาเก่าให้แม่นยำที่สุด ส่วนแคนเดลาเก่านั้นนิยามผ่านการแผ่รังสีของแพลทินัมที่อุณหภูมิแข็งตัว และนิยามนั้นเองก็ถูกปรับให้เข้ากับเทียนที่เก่ากว่านั้นอีก ทุกขั้นตอนรักษาความต่อเนื่องเอาไว้ และในที่สุดความทรงจำของไส้เทียนกับเอมิลแอซีเตตก็ยังมีชีวิตอยู่ในนิยามพื้นฐานของหน่วยเอสไอหน่วยหนึ่ง ตั้งแต่ปี 2019 ลูเมนผูกกับวัตต์อย่างแม่นตรง: สัมประสิทธิ์นี้ถูกประกาศให้เป็นค่าคงตัว เช่นเดียวกับความเร็วแสงหรือประจุอิเล็กตรอน แต่สิ่งที่แม่นตรงมีเพียงความสัมพันธ์กับรังสีเอกรงค์ที่ 540 เทระเฮิรตซ์เท่านั้น — สำหรับแหล่งกำเนิดจริงใด ๆ ฟลักซ์คำนวณโดยถ่วงน้ำหนักสเปกตรัมด้วยเส้นโค้งความไวของตา และเส้นโค้งนั้นบรรยายผู้สังเกตโดยเฉลี่ยซึ่งไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ขีดจำกัดความแม่นยำของโฟโตเมตรีมาจากตรงนี้: มาตรฐานแห่งชาติที่ดีที่สุดทำซ้ำลูเมนได้ด้วยความไม่แน่นอนราวสองในพัน — แย่กว่าหน่วยทางไฟฟ้าถึงห้าอันดับ
เลข 683 นี้เป็นค่าสูงสุดสำหรับแสงเอกรงค์ที่ 555 นาโนเมตร ตรงที่ตาไวที่สุด สำหรับแสงขาวขีดจำกัดต่ำกว่านั้น ราว 350 ลูเมนต่อวัตต์: สเปกตรัมส่วนหนึ่งจำเป็นสำหรับความขาว แต่ตาแทบมองไม่เห็น
สารบัญ · หน่วยวัด
แผ่นข้อมูลสำหรับทุกปริมาณ
หน่วยฐานเอสไอเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะยี่สิบสองหน่วย และหน่วยนอกระบบที่ทั้งงานช่างและชีวิตประจำวันขาดไม่ได้ แต่ละหน่วยมีแผ่นของตน คือ นิยาม การแปลงหน่วย เครื่องมือ และกฎการเขียน ใน 36 ภาษา
หน่วยอนุพัทธ์เอสไอที่มีชื่อเฉพาะ
แผ่นข้อมูลของลูเมนเปิดอยู่หน่วยฐานเอสไอ
สีอำพันคือแคนเดลา — สิ่งที่ประกอบขึ้นเป็นลูเมนฟลักซ์ส่องสว่างในรูปเขียนอื่น
ภาษาของแผ่นข้อมูล
36 ภาษา สัญลักษณ์ lm เป็นสากล แต่ความเคยชินเรื่องอุณหภูมิสีไม่เป็นเช่นนั้น: ในยุโรปเหนือและอเมริกานิยมแสงอุ่น 2700 K ส่วนในเอเชียนิยมแสงขาวเย็นแบบกลางวัน และคำแนะนำในคำแปลก็คำนึงถึงธรรมเนียมท้องถิ่น