Lux
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: độ rọi
01 · Định nghĩa
Độ rọi là quang thông chia cho diện tích; độ chói của một mặt khuếch tán là hệ số phản xạ nhân độ rọi, chia cho pi; một foot-candle bằng 10,764 lux
Đo theo lưới cho ra bản đồ độ rọi và hệ số đồng đều: một giá trị duy nhất dưới bóng đèn chẳng nói lên điều gì về những gì diễn ra ở góc phòng. Không có bản đồ ấy thì việc nghiệm thu chiếu sáng không qua được.
Từ đó rút ra tính chất chính của đơn vị: cùng một bóng đèn cho những độ rọi hoàn toàn khác nhau tùy theo nó treo cao bao nhiêu và chiếu về đâu. Quang thông giảm theo bình phương khoảng cách, và bóng đèn nâng từ một mét lên hai mét chiếu sáng mặt bàn yếu đi bốn lần. Yếu tố thứ hai là góc tới: ánh sáng đến xiên trải ra trên diện tích lớn hơn, và cosin của góc ấy đi thẳng vào phép tính. Chính vì vậy trong thiết kế chiếu sáng người ta không đếm bóng đèn mà đếm lux trên mặt phẳng làm việc, và các tiêu chuẩn cho giá trị ở độ cao tám mươi xentimét so với sàn.
Các tiêu chuẩn độ rọi không phải khuyến nghị mà là yêu cầu bắt buộc: ba trăm lux cho văn phòng, năm trăm cho công việc vẽ kỹ thuật, hai mươi nghìn trong trường mổ. Việc đo được tiến hành bằng máy đo lux ở độ cao mặt phẳng làm việc, chứ không phải dưới trần.
Vào một ngày u ám dưới bầu trời mở có năm nghìn lux, ngay sát cửa sổ là hai nghìn, còn cách nó bốn mét chỉ còn năm chục: chênh nhau bốn mươi lần trên chiều dài một căn phòng. Mắt hầu như không nhận ra, vì nó thích nghi theo lôgarit, và về mặt chủ quan căn phòng có vẻ sáng đều. Vì thế quy chuẩn xây dựng không làm việc trực tiếp với lux mà với hệ số ánh sáng ban ngày — tỉ số giữa ánh sáng tại một điểm và ánh sáng dưới bầu trời mở, tính bằng phần trăm.
02 · Quy đổi
Nhập một độ rọi — phiếu sẽ tách nó ra theo từng đơn vị
Lux là đơn vị quang trắc duy nhất được luật pháp quy định: bao nhiêu ánh sáng phải rơi lên bàn làm việc, lên bàn mổ và lên bảng đen của trường học đều được ghi trong quy chuẩn vệ sinh.
Dòng cuối của danh sách không phải phép quy đổi mà là ước lượng: nếu ánh sáng rơi lên bề mặt trắng mờ trả lại gần như toàn bộ, thì độ chói của bề mặt ấy tính bằng candela trên mét vuông nhỏ hơn độ rọi tính bằng lux chừng ba lần. Hệ số chính xác là hệ số phản xạ chia cho pi, nên với bức tường xám thì nhỏ hơn bốn lần, còn với nhung đen thì gần như bằng không. Máy đo lux đo ánh sáng tới, còn mắt thấy ánh sáng phản xạ — từ đó mới có sự khác nhau trong cảm giác giữa những căn phòng sáng như nhau.
Foot-candle là chính đại lượng ấy quy về foot vuông: một hệ số gần mười một. Phot và nox là các đơn vị của hệ CGS, gặp trong tài liệu chiếu sáng cũ hơn.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| lx | lux, đơn vị SI | 500 | tiêu chuẩn chiếu sáng, kỹ thuật ánh sáng |
| klx | kilolux | 0,5 | ánh sáng ban ngày, mặt trời |
| mlx | mililux | 500000 | thiên văn, hoàng hôn |
| lm/m² | lumen trên mét vuông | 500 | tính từ quang thông của các bộ đèn |
| fc | foot-candle | 46,45 | Hoa Kỳ, Canada, tiêu chuẩn chiếu sáng |
| cd/m² | độ chói của một bề mặt trắng | 159,15 | ước lượng cái mà mắt nhìn thấy |
| ph | phot, hệ CGS | 0,05 | kỹ thuật ánh sáng đến những năm 1960 |
| nx | nox, một phần nghìn lux | 500000 | độ rọi ban đêm, ngụy trang ánh sáng |
| mét-nến | tên cũ của lux | 500 | tài liệu trước năm 1948 |
| nến-foot | bản dịch tiếng Nga của foot-candle | 46,45 | tài liệu đến những năm 1960 |
| lm/ft² | lumen trên foot vuông | 46,45 | cách viết foot-candle qua quang thông |
| lx | lux | 500 | đơn vị ngày nay |
Một tờ giấy trắng ở năm trăm lux có độ chói chừng một trăm sáu mươi candela trên mét vuông — đại khái như màn hình máy tính xách tay trong phòng.
03 · Bậc độ lớn
từ trời đầy sao đến phòng mổQuy đổi sang foot-candle và phot
04 · Dụng cụ đo
Người ta đo độ rọi bằng gì
Điốt quang silic có kính lọc hiệu chỉnh: thiếu nó thì thiết bị sẽ thấy bức xạ hồng ngoại mà mắt không nhận ra. Kính lọc chỉnh độ nhạy khớp với đường cong độ nhạy của mắt, và toàn bộ cấp chính xác của thiết bị phụ thuộc vào độ khớp ấy.
Ủy ban chiếu sáng lấy trung bình độ nhạy của mắt người trên khắp phổ và thu được một đường cong có cực đại ở 555 nanomét. Từ giây phút ấy các đại lượng quang trắc thôi còn thuần túy vật lý: bên trong chúng đã cài sẵn một người quan sát trung bình.
Người họ hàng nhiếp ảnh của máy đo lux: nó đo cùng thứ ánh sáng ấy nhưng không cho ra lux mà cho một cặp «tốc độ chụp — khẩu độ». Thang các trị số phơi sáng là lôgarit, và mỗi nấc nghĩa là độ rọi tăng gấp đôi — một thói quen đi từ kỹ thuật chiếu sáng sang nhiếp ảnh.
Cái chấm bên cạnh máy ảnh trước chính là điốt quang điều khiển độ sáng màn hình. Các ứng dụng đo lux dùng đúng nó, nhưng cảm biến không có hiệu chỉnh cosin, kính màn hình làm méo phổ, và sai số dễ dàng lên tới ba mươi phần trăm.
Đối với cây cối thì lux vô dụng: đường cong độ nhạy mô tả mắt người chứ không mô tả quang hợp. Người ta đếm dòng photon tính bằng micromol trên mét vuông mỗi giây, và đo nó là một cảm biến riêng.
Lux là độ rọi của một bề mặt mà trên mỗi mét vuông của nó có một quang thông một lumen rơi xuống. Đại lượng này mô tả không phải nguồn mà là chỗ: bao nhiêu ánh sáng đã tới được mặt bàn, trang giấy, sàn nhà.
05 · Quy tắc viết
Cả hai chữ đều viết thường
Chuẩn ngọn nến cuối cùng được thay bằng một định nghĩa qua công suất bức xạ: nguồn đơn sắc ở 540 terahertz cho 683 lumen trên watt. Lux, với tư cách đơn vị dẫn xuất từ candela, nhận được chính sự neo đậu chính xác ấy.
Ký hiệu của đại lượng độ rọi là chữ E nghiêng. Sai lầm hay gặp nhất trong các catalô là gán lux cho bóng đèn: bóng đèn có quang thông tính bằng lumen, còn lux chỉ xuất hiện trên bề mặt và phụ thuộc khoảng cách. Ngược lại, ở đèn pha và đèn pin người ta ghi cường độ sáng bằng candela, đôi khi ghi độ rọi ở một khoảng cách đã nêu — và khi ấy khoảng cách phải đứng cạnh con số. Tiền tố được dùng thoải mái: mililux gặp trong thiên văn, kilolux trong các mô tả ánh sáng ban ngày.
06 · Các đơn vị lân cận
Ký hiệu của đơn vị là hai chữ Latinh viết thường, lx, kiểu đứng. Đơn vị không mang tên một con người mà mang từ Latinh nghĩa là «ánh sáng», nên trong đó không có chữ hoa. Trong tiếng Việt hình thức không đổi theo số lượng: năm trăm lux.
Trong các phiếu của Simetrium nằm cạnh lux lumen và candela từ định nghĩa, foot-candle với tư cách tương đương Anh–Mỹ, steradian từ góc khối và watt, thứ mà quang thông được buộc vào bằng đường cong độ nhạy.
07 · Phần lịch sử
Thứ ánh sáng mà người ta đã học cách quy chuẩn
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị có phiếu của mình: định nghĩa, quy đổi, thiết bị, quy tắc viết. Bằng 30 thứ tiếng.
Đại hội Kỹ sư điện Quốc tế đã thông qua các đơn vị quang trắc theo hệ mét: lux, lumen và phot. Tên lấy từ tiếng Latinh lux — ánh sáng: một trong số ít đơn vị của hệ đi thẳng từ một từ chứ không phải từ một họ người, như lumen, radian và katal.
Vòm sữa đục phía trên bộ thu khiến thiết bị đáp lại ánh sáng đến từ bất kỳ hướng nào đúng như một mặt phẳng sẽ đáp lại. Không có hiệu chỉnh ấy, máy đo lux đánh giá thấp phần đóng góp của ánh sáng bên hông, và trong phòng có cửa sổ thì sai gấp đôi.
Chuẩn từng là ngọn nến làm bằng dầu cá nhà táng có bề dày nhất định, cháy với tốc độ nhất định, và độ rọi được biểu diễn bằng foot-candle. Khả năng lặp lại rất kém: ngọn lửa phụ thuộc vào không khí, vào bấc và vào thời tiết trong phòng thí nghiệm.
Một đơn vị có con người bên trong
Lux là một trường hợp hiếm hoi của đơn vị vật lý mà trong định nghĩa của nó có sinh học. Quang thông có được bằng cách lấy phổ công suất nhân trọng số theo đường cong độ nhạy của mắt, còn đường cong ấy được rút ra vào những năm hai mươi từ các thí nghiệm trên vài chục người quan sát so sánh độ chói của những chớp sáng khác màu. Đường cong được lấy trung bình, được chuẩn hóa và từ đó gần như không đổi, dù người ta biết rằng ở người thật thì cực đại của độ nhạy xê dịch, và theo tuổi tác thủy tinh thể ngả vàng, cho phần lam của phổ đi qua ngày một kém. Từ đó có một hệ quả thực tế: hai nguồn cùng độ rọi tính bằng lux vẫn có thể trông khác nhau nếu phổ của chúng khác nhau — một điốt có chỗ hõm ở vùng lục lam và một bóng sợi đốt sẽ cho cùng một con số trên máy đo và một cảm giác khác trong phòng. Vì thế các tiêu chuẩn bao giờ cũng kèm theo độ rọi những yêu cầu về nhiệt độ màu và chỉ số hoàn màu: chỉ riêng lux không mô tả được ánh sáng.
Mắt đánh lừa: giữa hoàng hôn và giữa trưa chênh nhau một triệu lần
Con người đọc vững vàng như nhau ở năm mươi lux lẫn ở năm nghìn, mà không nhận ra sự chênh nhau gấp trăm lần: con ngươi thu hẹp, còn não thì chỉnh lại cảm nhận. Chính vì thế các tiêu chuẩn chiếu sáng phải đặt bằng con số chứ không phải bằng mắt — máy đo lux thấy cái mà con người chỉ cảm nhận là «sáng». Từ đó cũng sinh ra sai lầm thường gặp khi chọn đèn cho nhà: căn phòng trông có vẻ sáng, trong khi trên bàn làm việc không có nổi một nửa của ba trăm lux bắt buộc.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 30 ngôn ngữ.