Ein Lumen ist eine Standardmaßeinheit, die verwendet wird, um zu beschreiben, wie viel Licht in einem bestimmten Bereich enthalten ist. Es ist Teil einer Gruppe von Standardmessungen, die als Photometriegruppe bekannt ist und verschiedene Aspekte des Lichts misst. Zu dieser Gruppe gehören auch Einheiten wie Candela, die die Leuchtdichte misst, und Lux, die die Beleuchtungsstärke misst.
Streng genommen ist ein Lumen definiert als 1 Candela multipliziert mit 1 Steradiant, was ausgedrückt werden kann als . Eine verwandte Maßeinheit – obwohl nicht Teil der Standardeinheiten – ist das Footcandle, das häufig in Fotografie und Film verwendet wird. Um dies wirklich zu verstehen, ist es wichtig, diese Einheiten zu verstehen: Candela, Footcandle, Steradiant und Lux.
Es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen Maßen der Strahlungsstärke und Maßen der Beleuchtungsstärke. Bei der Strahlungsmessung betrachtet jemand im Grunde genommen, wie viel Energie eine Lichtquelle direkt freisetzt. Es interessiert ihn nicht, was mit dieser Energie passiert, wenn sie die Quelle verlässt, sondern nur, wie viel an der Quelle selbst ist. Im Gegensatz dazu betrachtet eine Person bei der Messung der Beleuchtungsstärke, wie viel von dieser Energie zu einem bestimmten Objekt gelangt.
Die Fußkerze, auch Footcandle geschrieben, ist das nicht standardmäßige Maß für die Beleuchtungsstärke, im Wesentlichen definiert als die Menge des Lichts, die auf die Innenfläche einer Kugel mit einem Radius von 1 Fuß (30.48 cm) treffen würde, wenn sie von einer einzigen Kerze im Raum angezündet würde Mittelpunkt dieser Kugel. Lux ist das Standardmaß für die Beleuchtungsstärke und kann einfach als die Lichtmenge definiert werden, die auf eine ähnliche Kugel mit einem Radius von 3.28 Fuß (1 Meter) trifft. Die beiden lassen sich einfach mit 10.76 Lux auf 1 Fußkerze umrüsten.
Sowohl die Fußkerze als auch der Lux verwenden ein Maß für die Lichtstärke, die Candela. Die Candela wurde ursprünglich Kerzenstärke genannt und bezog sich einfach auf die Menge an Lichtenergie, die von einer bekannten Kerzenart abgegeben wird. Später, als es standardisiert wurde, wurde eine Definition gewählt, die sich der älteren Definition annähert, so dass bestehende Gleichungen gleich bleiben konnten. Die moderne Definition der Candela bezieht sich auf die Strahlung, die 1/60 eines einzelnen Quadratzentimeters Platin emittiert, wenn es seinen Schmelzpunkt erreicht.
Ein Steradiant ist eine Standardmaßeinheit, die verwendet wird, um einen Raumwinkel zu definieren. Die technische Definition ist „der Raumwinkel, der im Zentrum einer Kugel mit dem Radius r von einem Teil der Oberfläche der Kugel mit einer Fläche von r2 begrenzt wird“. In dieser Definition hat subtended mit der Beziehung zwischen der Länge des Bogens und dem resultierenden Winkel zu tun. Der Steradiant ist einheitslos und wird durch die Abkürzung sr repräsentiert. Mathematisch können wir mit dem Meter als Maßeinheit einen Steradiant als 1(sr) = m2 x m-1 definieren.
Alles zusammengenommen ist es also einfacher, die ursprüngliche Definition eines Lumens als 1(lm) = 1(cd) x 1(sr) zu interpretieren. Ein Lumen ist in diesem Fall ein Maß für den Lichtstrom, der von 1/60 eines einzelnen Quadratzentimeters Platin bei seinem Schmelzpunkt in einem bestimmten Winkel in eine Fläche emittiert wird. Diese Messung wird häufig zusammen mit der Wattzahl verwendet, um die Lichtausbeute eines Leuchtkörpers zu bestimmen.
Zum Beispiel hat eine normale 100-Watt-Glühbirne eine Lichtausbeute von etwa 17.5 und emittiert 1750 Lumen Licht. Eine 13-Watt-Leuchtstofflampe hingegen hat eine Effizienz von etwa 56 und emittiert etwa 730 Lumen Licht. Die Sonne hingegen hat einen Wirkungsgrad von etwa 93.