Lumen (Einheit): Unterschied zwischen den Versionen

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Lumen (Einheit): Unterschied zwischen den Versionen

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| Einheitenzeichen = <math>\mathrm{lm}</math>
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| PhysGröße        = [[Lichtstrom]]
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| System          = SI
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Das '''Lumen''' ({{laS}} für ''Licht'', ''Leuchte'') ist die [[Internationales Einheitensystem#SI-Einheit|SI-Einheit]] des [[Lichtstrom]]s.
Das '''Lumen''' ({{laS}} für ''Licht'', ''Leuchte'') ist die [[Internationales Einheitensystem|SI-Einheit]] des [[Lichtstrom]]s. Es gibt also an, wie viel Licht (fachsprachlich: welche [[Lichtmenge]]) eine Lichtquelle pro Zeiteinheit insgesamt abgibt.


Die an die [[Internationales Einheitensystem#SI-Basiseinheiten|SI-Basisgröße]] [[Lichtstärke (Photometrie)|Lichtstärke]] anschließende Definition des Lichtstroms besagt: Wenn die Lichtstärke innerhalb eines [[Raumwinkel]]s (mit der Einheit [[Steradiant]]) konstant ist, dann ist der in diesem Raumwinkel abgestrahlte Lichtstrom das Produkt aus der Lichtstärke und dem Raumwinkel.<ref name="Keitz_S25" /> Der Lichtstrom hat also die abgeleitete SI-Einheit Steradiantcandela<!-- Merkwürdige Wortbildung gemäß SI-Broschüre S. 31, analog zu „Pascalsekunde“ und „Newtonmeter“ --> (sr·cd). Diese Einheit trägt auch den Namen Lumen, ihr Einheitenzeichen ist lm.
Das Lumen darf nicht mit dem [[Lux (Einheit)|Lux]] verwechselt werden, der Einheit der [[Beleuchtungsstärke]], die angibt, wie viel Licht pro Zeiteinheit pro Flächeneinheit auftrifft (umgangssprachlich die „Helligkeit“ an einem beleuchteten Ort).


Seit der Neudefinition der Lichtstärkeneinheit [[Candela]] im Jahr 1979 ist auch der wesentlich anschaulichere direkte Anschluss an die anderen SI-Größen (z.&nbsp;B. [[Watt (Einheit)|Watt]]) möglich. Der einem elektromagnetischen Strahlungsstrom mit gegebener [[Strahlungsleistung]] entsprechende Lichtstrom ergibt sich dann aus einer wellenlängenabhängigen, die farbabhängige Empfindlichkeit des Auges nachempfindenden Gewichtung der Strahlung und einem per definitionem festgelegten Umrechenfaktor von Watt nach Lumen.
== Definition ==
Der Lichtstrom <math>\Phi_\mathrm v</math> ist eine [[Photometrische Größen und Einheiten|photobiologische Größe]]. Er entspricht der [[Strahlungsleistung]] <math>\Phi_\mathrm e</math>, gemessen in [[Watt (Einheit)|Watt]] (W) und berücksichtigt dabei, dass das menschliche Auge für Licht unterschiedlicher Wellenlänge <math>\lambda</math> unterschiedlich empfindlich ist: <math>\Phi_\mathrm v=\Phi_\mathrm e\cdot K(\lambda)</math>. Der Faktor <math>K(\lambda)</math>, der die Empfindlichkeit des Auges beschreibt, ist das [[Photometrisches Strahlungsäquivalent|photometrische Strahlungsäquivalent]].


== Lichtstrom ==
Aus praktischen und historischen Gründen wird der Lichtstrom als Größe mit eigener [[Dimension (Größensystem)|Dimension]] angesehen. Das Lumen ist daher eine separate Einheit, aber über ''K''(λ) an das Watt gekoppelt. Es ist
[[Datei:V-lambda-phot-scot.svg|mini|400px|[[V-Lambda-Kurve|Relative Hellempfindlichkeitskurven]] für Tagsehen ''V(λ)'' (rot) und Nachtsehen ''V'(λ)'' (blau).]]
{{Zitat
{{Hauptartikel|Lichtstrom}}
| Text= […] definiert, indem für das Strahlungsäquivalent ''K''<sub>cd</sub> der monochromatischen Strahlung der Frequenz 540·10<sup>12</sup> Hz der Zahlenwert 683 festgelegt wird, ausgedrückt in der Einheit lm&nbsp;W<sup>−1</sup> […]| ref=<ref name="PTB-lesezeichen" /><ref name="SI-Brosch-ed9-def" />
}}
 
Dieser Normierungsfaktor von 683&nbsp;lm/W ist ein willkürlich festgelegter Wert. Er wurde so gewählt, dass das 1979 so definierte Lumen möglichst gut mit seiner früheren Definition übereinstimmte. Die für diese Definition gewählte Frequenz von 540&nbsp;THz entspricht [[gelbgrün]]em Licht einer Wellenlänge von 555&nbsp;[[Meter#nm|Nanometern]]. Bei dieser Wellenlänge ist das menschliche Auge für [[Photopisches und skotopisches Sehen|Tagsehen]] am empfindlichsten.<ref name="nm555" /> Zum roten und blauen Ende des Farbspektrums hin sinkt der Wert von ''K'' jeweils ab und erreicht am Rand des sichtbaren Bereichs den Wert Null. Im Regelfall wird dem Auge ein Gemisch elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängen angeboten, die unterschiedlich stark zum Helligkeitseindruck beitragen. ''K'' ist dann das gewichtete Mittel („Durchschnitt“) von ''K''(λ). Für das Wellenlängengemisch des Tageslichts ist ''K''&nbsp;≈&nbsp;125&nbsp;lm/W.
 
Die Empfindlichkeitskurve ''K′''(λ) für das [[Photopisches und skotopisches Sehen|Nachtsehen]] hat einen anderen Verlauf, aber bei 555&nbsp;nm zufällig fast genau denselben Wert. Daher ist die Definition auch für Nachtsehen tauglich.
 
Ein Lichtstrom von 1&nbsp;lm bei einer Wellenlänge von 555&nbsp;nm entspricht einem [[Photon]]<nowiki />enstrom von 4,1·10<sup>15</sup> Photonen pro Sekunde.<ref name="Photonenrate" />


=== Wellenlängenabhängige Hellempfindlichkeit ===
== Geschichte ==
Aus dem breiten [[Elektromagnetisches Spektrum|Wellenlängenspektrum elektromagnetischer Strahlung]] ist der Wellenlängenbereich von etwa 380 bis 780 [[Meter#nm|Nanometern]] (nm) „sichtbar“, das heißt Strahlung aus diesem Bereich löst im Auge eine Helligkeitsempfindung aus und diese Strahlung wird als [[Licht]] wahrgenommen. Das Auge ist jedoch nicht für alle sichtbaren Wellenlängen gleich empfindlich. Auf Wellenlängen am Rand des sichtbaren Bereiches ist eine höhere Strahlungsintensität nötig, um dieselbe Helligkeitsempfindung zu bewirken wie in seiner Mitte. Bei einer Wellenlänge von 555 nm, einer gelb-grünen Spektralfarbe entsprechend, ist das Auge am empfindlichsten. Bei etwa 510 nm (grün) auf der einen Seite, und bei etwa 610 nm (orangerot) auf der anderen Seite des Maximums erreicht das Auge nur noch die halbe Empfindlichkeit.<ref name="BIPM_Principes_510nm" /> Bei 665 nm, der Farbe typischer [[Leuchtdiode#Farben und Technologie|roter Leuchtdioden]], beträgt die Empfindlichkeit nur 4,5 Prozent derjenigen bei 555 nm.<ref name="BIPM_Principes_665nm" /> Bei etwa 380 nm (violett) bzw. 780 nm (tiefrot) ist die Empfindlichkeit fast Null.


Wird dem Auge ein Gemisch elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängen angeboten, so hängt der erzeugte Helligkeitseindruck von der Empfindlichkeit des Auges für die im Gemisch enthaltenen Wellenlängen ab. Wellenlängen nahe 555 nm tragen stark zum Helligkeitseindruck bei, Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Bereichs tragen gar nicht bei. Es genügt also nicht anzugeben, wie viel Watt an physikalischer Strahlungsleistung eine Lampe aussendet, um den von dieser Strahlung erzeugten Helligkeitseindruck zu beschreiben. Der in Watt gemessene Strahlungsstrom ist stattdessen mit der [[V-Lambda-Kurve|wellenlängenabhängigen Empfindlichkeitskurve]] des Auges zu gewichten und mit einem Umrechenfaktor von Watt nach Lumen zu multiplizieren. Das Ergebnis ist der in Lumen gemessene Lichtstrom, der ein quantitatives Maß für den im Auge erzeugten Lichtreiz ist.
Die Einheit Lumen wurde 1894 von [[André-Eugène Blondel]] vorgeschlagen und 1896 auf dem Internationalen Elektrikerkongress in Genf angenommen.


Aus der 1979er Neudefinition der Candela folgt unmittelbar, dass [[Monochromatisches Licht|monochromatische Strahlung]] der Frequenz 540·10<sup>12</sup> Hertz (entspricht in Luft der Wellenlänge 555 nm) und der Strahlungsleistung 1 Watt gleichzeitig ein Lichtstrom von 683 Lumen ist. Die Strahlungsleistung auf anderen Wellenlängen trägt geringer zum Lichtstrom bei.
[[Photometrische Größen und Einheiten]] waren zunächst über standardisierte Lichtquellen wie die [[Hefnerkerze|Hefnerlampe]] definiert, die in einem breiten Frequenzband Licht ausstrahlten. Aus messtechnischen Gründen wurden nicht Lichtströme, sondern [[Lichtstärke (Photometrie)|Lichtstärken]] (Lichtstrom durch [[Raumwinkel]]) durch [[visuelle Photometrie]] verglichen. Seit 1946 war die Einheit der Lichtstärke, die [[Candela]], über einen [[Schwarzer Körper|Schwarzen Strahler]] definiert<ref name="CIPM1946" /> (zunächst unter der Bezeichnung „Neue Kerze“<ref name="CIPM1946" /> und ab 1948 als „Candela“<ref name="CGPM-9-7" />).
(Umrechenfaktor und Empfindlichkeitskurven sind für [[Photopisches und skotopisches Sehen|Tag- und Nachtsehen]] verschieden.)


Ein Lichtstrom von einem Lumen bei einer Wellenlänge von 555 nm entspricht einer [[Photon]]<nowiki />enrate von 4,11·10<sup>15</sup> Photonen pro Sekunde.<ref name="Photonenrate" />
Die heutige Definition von Candela und Lumen ist seit 1979 gültig,<ref name="CGPM-16-3" /> in ihrer heutigen Formulierung allerdings erst seit der [[Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|Revision des SI]] durch die 26. [[Generalkonferenz für Maß und Gewicht]], die am 20. Mai 2019 in Kraft trat.<ref name="CGPM-26-1" /> Vor 2019 galt die Regel, dass alle Maßeinheiten von den [[Internationales Einheitensystem#SI-Einheiten|SI-Basiseinheiten]] abgeleitet werden mussten, sofern sie nicht selbst solche waren. Die referierte Basiseinheit war in diesem Fall die Candela. Dadurch musste die Definition des Lumen komplizierter formuliert werden.


=== Photometrisches Strahlungsäquivalent einer Strahlung ===
Als die Einheiten 1979 neu definiert und an das [[Watt (Einheit)|Watt]] angebunden wurden, plädierte das zuständige internationale Gremium (Comité Consultatif de Photométrie et Radiométrie (CCPR)) dafür, dass das Lumen die Candela als SI-Basiseinheit ersetzen sollte.<ref name="CGPM15" /><ref name="CIPM1977" /> Um die Zustimmung zur Neudefinition der photometrischen Einheiten insgesamt nicht zu gefährden, wurde jedoch davon Abstand genommen.
Das Verhältnis des resultierenden Lichtstroms zur physikalischen Strahlungsleistung ist das [[photometrisches Strahlungsäquivalent|photometrische Strahlungsäquivalent]] der betreffenden Strahlung. Je größer diese Zahl ist, desto größer ist der für das Auge nutzbare Lichtstrom bei gegebener Strahlungsleistung. Das Wellenlängengemisch des Tageslichts (ohne direkte Sonnenstrahlung) hat beispielsweise ein photometrisches Strahlungsäquivalent von etwa 125 lm/W, das der Sonne liegt zwischen knapp 20 lm/W (tiefstehende Sonne) und etwa 100 lm/W (Sonne im Zenit).<ref name="DIN5034-2" /> Der maximal mögliche Wert beträgt 683 lm/W (nämlich für monochromatische Strahlung der Wellenlänge 555 nm).


=== Lichtausbeute einer Lichtquelle ===
== Verwendung ==
Das in lm/W gemessene photometrische Strahlungsäquivalent ist nicht zu verwechseln mit der ebenfalls in lm/W gemessenen [[Lichtausbeute]] einer technischen Lichtquelle:
* Das photometrische Strahlungsäquivalent beschreibt, wie viel abgegebenes Lumen auf jedes Watt der abgegebenen elektromagnetischen Strahlungsleistung entfallen.


* Die Lichtausbeute beschreibt, wie viel abgegebenes Lumen auf jedes Watt der von der Lichtquelle aufgenommenen (meist elektrischen) Leistung entfallen, schließt also technische Umwandlungsverluste mit ein.
=== Angabe bei Leuchtmitteln ===


=== Lichtstrom ===
Bei [[Leuchtmittel]]n ist der Zahlenwert in Lumen ein Maß dafür, wie viel Licht eine Lampe abgibt. Laut EG-Verordnung 244/2009 muss diese Angabe auf den Lampenpackungen dominant sein.<ref name="EG244-2009" /> Der Zahlenwert in Watt hingegen gibt an, wie viel elektrische Leistung aufgenommen („verbraucht“) wird. Die [[Lichtausbeute]] – das Verhältnis „Lumen zu Watt“ – ist somit ein Maß für die Wirtschaftlichkeit einer Lampe.
Der Lichtstrom einer Lichtquelle gibt an, mit welcher Rate Licht erzeugt wird und für Beleuchtungszwecke zur Verfügung steht. Er macht keine Angaben darüber, wie das erzeugte Licht sich im Raum verteilt. Soll zum Beispiel ermittelt werden, welche [[Beleuchtungsstärke]] auf einer gegebenen Empfangsfläche erzeugt wird, so sind zusätzliche Angaben über die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle nötig, zum Beispiel ihre Lichtstärke in Richtung der Empfangsfläche. Rechenbeispiele sind in den Artikeln zu den einzelnen photometrischen Größen aufgeführt (insbesondere in den Artikeln →Beleuchtungsstärke und →[[Lichtstärke (Photometrie)|Lichtstärke]]). Der Artikel →[[Lichtstrom]] enthält eine kurze Auflistung der photometrischen Größen und ihres Zusammenhangs mit dem Lichtstrom.


== Beispiele typischer Lichtströme ==
=== Typische Werte ===
=== Glühlampen ===
Für eine Liste typischer Lichtströme von Leuchtmitteln und den Vergleich zur aufgenommenen elektrischen Leistung (gemessen in Watt) siehe [[Lichtstrom#Beispiele typischer Lichtströme]] und [[Lichtquelle#Beispiele]].
Typische Werte für Allgebrauchslampen der Hauptreihe 230 V, Lampen mit Doppelwendel:<ref name="Hentschel_128" />
{| class = wikitable
|-
! Leistung<br />W || Lichtstrom<br />lm || [[Lichtausbeute]]<br />lm/W
|- style="text-align:right"
| 40              || 430                || 10,8
|- style="text-align:right"
| 60              || 730                || 12,2
|- style="text-align:right"
| 100            || 1380              || 13,8
|- style="text-align:right"
| 500            || 8400              || 16,8
|}


=== Leuchtstofflampen ===
=== ANSI-Lumen ===
Typische Werte für Leuchtstofflampen der Lichtfarbe hellweiß, Bauform Stab (Durchm. 26&nbsp;mm):<ref name="Hentschel_134" />
{| class = wikitable
|-
! Leistung<br />W || Rohrlänge<br />mm ||Lichtstrom<br />lm || Lichtausbeute<br />lm/W
|- style="text-align:right"
| 15              ||  438              ||  650            || 37
|- style="text-align:right"
| 30              ||  895              ||  1600            || 46
|- style="text-align:right"
| 36              || 1200              ||  3350            || 73
|- style="text-align:right"
| 58              || 1500              ||  5200            || 73
|}
(Leistungsaufnahme ohne Berücksichtigung des Vorschaltgeräts)


Zusätzliche Beispiele finden sich in den Artikeln →[[Lichtstrom]] und →[[Lichtquelle]].
„ANSI-Lumen“ ist eine umgangssprachliche Bezeichnung im Zusammenhang mit der technischen Spezifikation von [[Projektor]]en. Dabei handelt es sich nicht etwa um eine spezielle lichttechnische Einheit, sondern es sagt aus, dass der Lichtstrom (umgangssprachlich „die Helligkeit“) des Projektors in der Einheit Lumen gemäß einer Messvorschrift ermittelt wurde, die vom [[American National Standards Institute]] (ANSI) entwickelt wurde.<ref name="ANSI-Lumen" />


== ANSI-Lumen ==
Zur Vorbereitung der Messung ist der Projektor so einzustellen, dass vor einem weißen Hintergrund ein fünf Prozent graugetöntes Feld von einem zehn Prozent graugetönten Feld zu unterscheiden ist, also zwei sehr helle [[Grauton|Grautöne]]. Die Projektionsfläche wird dann in drei Spalten und drei Reihen geteilt und der [[Mittelwert]] der [[Beleuchtungsstärke]] <math>E_\mathrm{v}</math> (in Lux) aller neun Felder ermittelt. Dieser Mittelwert multipliziert mit der Projektionsfläche <math>A</math> ergibt die „ANSI-Lumen“:<ref name="ANSIlumen" />
Das '''ANSI-Lumen''' wird bei der Angabe des Lichtstroms von [[Projektor]]en (inkl. [[Videoprojektor]]en) verwendet, um zu sagen, dass das Gerät nach der Norm des [[American National Standards Institute]] getestet wurde. Die entsprechende Norm&nbsp;IT7.227-1998 wurde bereits im Juli&nbsp;2003 vom ANSI zurückgezogen und findet sich dort nicht mehr. Gültig sind hingegen die praktisch identischen Normen der [[International Electrotechnical Commission]]&nbsp;(IEC) sowie die DIN&nbsp;EN&nbsp;61947-1.


Zur Vorbereitung der Messung ist der Projektor so einzustellen, dass vor einem weißen Hintergrund ein fünf Prozent graugetöntes Feld von einem zehn Prozent graugetönten Feld zu unterscheiden ist, also zwei sehr helle [[Grauton|Grautöne]]. Die Projektionsfläche wird dann in drei Spalten und drei Reihen geteilt und der [[Mittelwert]] der [[Beleuchtungsstärke]] <math>E_\mathrm{v}</math> aller neun Felder ermittelt. Dieser Mittelwert multipliziert mit der Projektionsfläche <math>A</math> ergibt die ANSI-Lumen:
:<math>\mathit{\Phi}_\mathrm{v} = E_\mathrm{v} \cdot A </math>


<!-- UNBELEGT ! Beleg: man suche bei ansi.org nach der Norm! Dieses Institut hatte eine Norm (Messvorschrift) zur Feststellung des Nutzlichtstroms bei Projektoren mit fester Auflösung herausgebracht. Tatsächlich hat das Institut die Norm aber bereits im Juli 2003 zurückgezogen. Die alten Normen IT7.227-1997 und IT7.227-1998 sind damit ungültig und somit gibt es eigentlich keine ANSI-Lumen mehr. Die nationalen US-amerikanischen Messvorschriften wurden aber im Prinzip identisch von der „[[International Electrotechnical Commission]] (IEC)“ übernommen. -->
Die Angaben der meisten Hersteller von Projektoren beziehen sich auf die normgerechten Maximaleinstellungen, die für die Praxis nur selten optimal sind. Die bei optimaler Einstellung erreichten Lichtströme liegen teilweise deutlich darunter.
:<math>\mathit{\Phi_v} \ (\mathrm{in \ ANSI-Lumen}) = E_\mathrm{v} \ (\mathrm{in \ Lux}) \cdot A \ (\mathrm{in \ m^2})</math>


Die Angaben der meisten Hersteller von Projektoren beziehen sich auf die normgerechten (früher: ANSI) Maximaleinstellungen, die für die Praxis nur selten optimal sind. Die bei optimaler Einstellung erreichten Lichtströme liegen teilweise deutlich darunter.
== Anekdotisches ==


== Übersicht anderer photometrischer Größen ==
Das Lumen wurde als ''liu-ming'' in die [[Chinesische Sprachen|Chinesische Sprache]] übernommen und nicht, wie man erwarten sollte, als ''lu-men''. Dadurch haben die verwendeten Schriftzeichen ({{zh|kurz=1|c=流|p=liú|b=fließen}} und {{zh|kurz=1|c=明|p=míng|b=hell, leuchtend}}) nicht nur phonetisch, sondern auch inhaltlich eine passende Bedeutung.
{{Berechnungsgrundlagen Licht und Leuchten}}


== Siehe auch ==
== Siehe auch ==
* [[Luminanz]] (Leuchtdichte bei Monitoren)
* [[Photometrische Größen und Einheiten]]
 
== Weblinks ==
* [http://www.filmscanner.info/Fotometrie.html Beschreibung des Messverfahrens] (Abschnitt ANSI-Lumen)
* [http://www.lumenrechner.de/ Umrechnung zwischen (Milli-)Candela und Lumen anhand der Abstrahlcharakteristik einer Lichtquelle]


== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise ==
<references>
<references>
<ref name="BIPM_Principes_510nm">BIPM: ''Principes Régissant la Photométrie.'' Pavillon de Breteuil 1983 ([http://www.bipm.org/utils/fr/pdf/Monographie1983-1.pdf PDF 1,06 MB]), Tableau 1: Efficacité lumineuse relative spectrale V(λ) pour la vision photopique: V(510 nm) = 0,503  , V(610 nm) = 0,503.
<ref name="CGPM-26-1">
{{Internetquelle
|url=https://www.bipm.org/en/committees/cg/cgpm/26-2018/resolution-1
|titel=Resolution 1 of the 26th CGPM (2018)
|titelerg=On the revision of the International System of Units (SI)
|werk=
|hrsg=[[Internationales Büro für Maß und Gewicht|Bureau International des Poids et Mesures]]
|datum=
|sprache=en
|abruf=2021-04-12
}}{{"|[…] the International System of Units […] is the system of units in which […] the luminous efficacy of monochromatic radiation of frequency 540 × 10<sup>12</sup>&nbsp;Hz, K<sub>cd</sub>, is 683 lm/W […]}}
</ref>
<ref name="CGPM-9-7">
{{Internetquelle
|url=https://www.bipm.org/en/committees/cg/cgpm/9-1948/resolution-7
|titel=Resolution 7 of the 9th CGPM (1948)
|titelerg=Writing and printing of unit symbols and of numbers
|werk=
|hrsg=[[Internationales Büro für Maß und Gewicht|Bureau International des Poids et Mesures]]
|datum=
|sprache=en
|abruf=2021-04-12
}}
</ref>
<ref name="CGPM-16-3">
{{Internetquelle
|url=https://www.bipm.org/en/committees/cg/cgpm/16-1979/resolution-3
|titel=Resolution 3 of the 16th CGPM (1979)
|titelerg=SI unit of luminous intensity (candela)
|werk=
|hrsg=[[Internationales Büro für Maß und Gewicht|Bureau International des Poids et Mesures]]
|datum=
|sprache=en
|abruf=2021-04-12
}}
</ref>
<ref name="PTB-lesezeichen">
{{Internetquelle |url=http://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/forschung_entwicklung/countdown_new_si/Lesezeichen_zum_neuen_SI.pdf |titel=Neue Definitionen im Internationalen Einheitensystem (SI) |hrsg=[[Physikalisch-Technische Bundesanstalt|PTB]] |datum=2019-09 |zugriff=2019-09-28 |format=PDF }} – Ausschnitt aus der Definition der [[Candela]]
</ref>
<ref name="SI-Brosch-ed9-def">
{{EU-Richtlinie|2019|1258|titel=der Kommission vom 23. Juli 2019 zur Änderung des Anhangs der Richtlinie 80/181/EWG des Rates hinsichtlich der Definitionen der SI-Basiseinheiten zwecks ihrer Anpassung an den technischen Fortschritt}}, offizielle deutsche Übersetzung aus der SI-Broschüre von 2019 (9. Auflage) – Ausschnitt aus der Definition der [[Candela]]
</ref>
<ref name="CIPM1946">
{{Literatur |Titel=Comité International des Poids et Mesures – Procès verbaux des séances |TitelErg=2<sup>e</sup> série |Band=XX série |Jahr=1947 |Seiten=119-121 | Online=http://www.bipm.org/utils/pdf/CIPM-PV-OCR/CIPM1945-1946.pdf}}: Der Wortlaut befindet sich auf Seite 125-127 des PDF-Dokuments (französisch)<br />{{Internetquelle |url=https://www.bipm.org/en/CIPM/db/1946/0/ |titel=Resolution der CIPM von 1946|hrsg=BIPM |zugriff=2021-03-12 |sprache=en}}
</ref>
</ref>
<ref name="BIPM_Principes_665nm">BIPM: ''Principes Régissant la Photométrie.'' Pavillon de Breteuil 1983 ([http://www.bipm.org/utils/fr/pdf/Monographie1983-1.pdf PDF 1,06 MB]), Tableau 1: Efficacité lumineuse relative spectrale V(λ) pour la vision photopique: V(665 nm) = 0,04458
<ref name="CGPM15">
[http://www.bipm.org/utils/common/pdf/CGPM/CGPM15.pdf#page=77 Protokoll der 15. Generalkonferenz für Maß und Gewicht], 1975, Seite 77, abgerufen am 14. Nov. 2019
</ref>
</ref>
<ref name="DIN5034-2">DIN 5034 ''Tageslicht in Innenräumen,'' Teil 2 ''Grundlagen'' Beuth Verlag, Berlin 1985
<ref name="CIPM1977">
{{Literatur |Titel=Comité International des Poids et Mesures – Procès verbaux des séances |TitelErg=66<sup>e</sup> session |Band=2<sup>e</sup> série |Jahr=1977 |Seiten=5-6 | Online=http://www.bipm.org/utils/common/pdf/CIPM-PV-OCR/CIPM1977.pdf}} (7,4&nbsp;MB): {{"|Recommandation P&nbsp;3 (lumen comme unité de base avec une définition en fonction du watt) est celle qui a la préférence de la majorité du CCPR.}} Das CCPR (Comité Consultatif de Photométrie et Radiométrie) ist das zuständige Beratungsgremium des [[Internationales Komitee für Maß und Gewicht|Internationalen Komitees für Maß und Gewicht (CIPM)]]. Der Wortlaut der Empfehlung P&nbsp;3 befindet sich auf Seite 143 desselben Dokuments.
</ref>
</ref>
<ref name="Hentschel_128">H.-J. Hentschel: ''Licht und Beleuchtung – Theorie und Praxis der Lichttechnik.'' 4. Aufl., Hüthig Buch, Heidelberg 1994, ISBN 3-7785-2184-5, S. 128
<ref name="ANSI-Lumen">
Die entsprechende Norm&nbsp;IT7.227-1998 wurde bereits im Juli&nbsp;2003 vom ANSI zurückgezogen und findet sich dort nicht mehr. Gültig sind hingegen die praktisch identischen Normen der [[International Electrotechnical Commission]]&nbsp;(IEC) sowie die DIN&nbsp;EN&nbsp;61947-1.
</ref>
</ref>
<ref name="Hentschel_134">H.-J. Hentschel: ''Licht und Beleuchtung – Theorie und Praxis der Lichttechnik.'' 4. Aufl., Hüthig Buch, Heidelberg 1994, ISBN 3-7785-2184-5, S. 134
<ref name="nm555">Die standardisierte Kurve der physiologischen Lichtempfindlichkeit hat ihr Maximum bei exakt 555&nbsp;nm. Licht der Frequenz 540&nbsp;THz hat in Luft die Wellenlänge 555,016&nbsp;nm.</ref>
<ref name="Photonenrate">1&thinsp;/&thinsp;683 W = ''&#x1E45;''·''hc&thinsp;/&thinsp;λ'' ⇒ ''&#x1E45;'' = ''λ''&thinsp;/&thinsp;(683·''hc'') W = 555·10<sup>−9</sup>&thinsp;/&thinsp;(683·6,626·10<sup>−34</sup>·2,998·10<sup>8</sup>) m·W&thinsp;/&thinsp;(J·s·m·s<sup>−1</sup>) = 4,09·10<sup>15</sup> s<sup>−1</sup>
</ref>
</ref>
<ref name="Keitz_S25">H.A.E. Keitz: ''Lichtberechnungen und Lichtmessungen.'' 2. Aufl., Philips Technische Bibliothek, Eindhoven 1967, S. 25
<ref name="ANSIlumen">[http://www.filmscanner.info/Fotometrie.html Beschreibung des Messverfahrens] (Abschnitt ANSI-Lumen)
</ref>
</ref>
<ref name="Photonenrate">1/683 W = ''n''·''hν'' ⇒ ''n'' = 1/(683·''hν'') s<sup>−1</sup> = ''λ''/(683·''hc'') s<sup>−1</sup> = 555·10<sup>−9</sup>/(683·6,626·10<sup>−34</sup>·2,998·10<sup>8</sup>) s<sup>−1</sup> = 4,09·10<sup>15</sup> s<sup>−1</sup>
<ref name="EG244-2009">[https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/376/dokumente/verordnung_244_2009_eg_haushaltslampen_mit_ungebuendeltem_licht_0.pdf EG-Verordnung 244/2009], Anhang II Abs. 3.1.a)
</ref>
</ref>
</references>
</references>
{{Navigationsleiste SI-Einheiten}}


[[Kategorie:Photometrische Einheit]]
[[Kategorie:Photometrische Einheit]]

Aktuelle Version vom 2. März 2022, 12:44 Uhr

Physikalische Einheit
Einheitenname Lumen

Einheitenzeichen $ \mathrm {lm} $
Physikalische Größe(n) Lichtstrom
Formelzeichen $ {\mathit {\Phi }}_{\mathrm {v} } $
Dimension $ {\mathsf {J}} $
System Internationales Einheitensystem
In SI-Einheiten $ \mathrm {1\,lm=1\;cd\cdot sr} $
Benannt nach lateinisch lumen, „Licht, Leuchte“

Das Lumen (lateinisch für Licht, Leuchte) ist die SI-Einheit des Lichtstroms. Es gibt also an, wie viel Licht (fachsprachlich: welche Lichtmenge) eine Lichtquelle pro Zeiteinheit insgesamt abgibt.

Das Lumen darf nicht mit dem Lux verwechselt werden, der Einheit der Beleuchtungsstärke, die angibt, wie viel Licht pro Zeiteinheit pro Flächeneinheit auftrifft (umgangssprachlich die „Helligkeit“ an einem beleuchteten Ort).

Definition

Der Lichtstrom $ \Phi _{\mathrm {v} } $ ist eine photobiologische Größe. Er entspricht der Strahlungsleistung $ \Phi _{\mathrm {e} } $, gemessen in Watt (W) und berücksichtigt dabei, dass das menschliche Auge für Licht unterschiedlicher Wellenlänge $ \lambda $ unterschiedlich empfindlich ist: $ \Phi _{\mathrm {v} }=\Phi _{\mathrm {e} }\cdot K(\lambda ) $. Der Faktor $ K(\lambda ) $, der die Empfindlichkeit des Auges beschreibt, ist das photometrische Strahlungsäquivalent.

Aus praktischen und historischen Gründen wird der Lichtstrom als Größe mit eigener Dimension angesehen. Das Lumen ist daher eine separate Einheit, aber über K(λ) an das Watt gekoppelt. Es ist

„[…] definiert, indem für das Strahlungsäquivalent Kcd der monochromatischen Strahlung der Frequenz 540·1012 Hz der Zahlenwert 683 festgelegt wird, ausgedrückt in der Einheit lm W−1 […]“[1][2]

Dieser Normierungsfaktor von 683 lm/W ist ein willkürlich festgelegter Wert. Er wurde so gewählt, dass das 1979 so definierte Lumen möglichst gut mit seiner früheren Definition übereinstimmte. Die für diese Definition gewählte Frequenz von 540 THz entspricht gelbgrünem Licht einer Wellenlänge von 555 Nanometern. Bei dieser Wellenlänge ist das menschliche Auge für Tagsehen am empfindlichsten.[3] Zum roten und blauen Ende des Farbspektrums hin sinkt der Wert von K jeweils ab und erreicht am Rand des sichtbaren Bereichs den Wert Null. Im Regelfall wird dem Auge ein Gemisch elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängen angeboten, die unterschiedlich stark zum Helligkeitseindruck beitragen. K ist dann das gewichtete Mittel („Durchschnitt“) von K(λ). Für das Wellenlängengemisch des Tageslichts ist K ≈ 125 lm/W.

Die Empfindlichkeitskurve K′(λ) für das Nachtsehen hat einen anderen Verlauf, aber bei 555 nm zufällig fast genau denselben Wert. Daher ist die Definition auch für Nachtsehen tauglich.

Ein Lichtstrom von 1 lm bei einer Wellenlänge von 555 nm entspricht einem Photonenstrom von 4,1·1015 Photonen pro Sekunde.[4]

Geschichte

Die Einheit Lumen wurde 1894 von André-Eugène Blondel vorgeschlagen und 1896 auf dem Internationalen Elektrikerkongress in Genf angenommen.

Photometrische Größen und Einheiten waren zunächst über standardisierte Lichtquellen wie die Hefnerlampe definiert, die in einem breiten Frequenzband Licht ausstrahlten. Aus messtechnischen Gründen wurden nicht Lichtströme, sondern Lichtstärken (Lichtstrom durch Raumwinkel) durch visuelle Photometrie verglichen. Seit 1946 war die Einheit der Lichtstärke, die Candela, über einen Schwarzen Strahler definiert[5] (zunächst unter der Bezeichnung „Neue Kerze“[5] und ab 1948 als „Candela“[6]).

Die heutige Definition von Candela und Lumen ist seit 1979 gültig,[7] in ihrer heutigen Formulierung allerdings erst seit der Revision des SI durch die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht, die am 20. Mai 2019 in Kraft trat.[8] Vor 2019 galt die Regel, dass alle Maßeinheiten von den SI-Basiseinheiten abgeleitet werden mussten, sofern sie nicht selbst solche waren. Die referierte Basiseinheit war in diesem Fall die Candela. Dadurch musste die Definition des Lumen komplizierter formuliert werden.

Als die Einheiten 1979 neu definiert und an das Watt angebunden wurden, plädierte das zuständige internationale Gremium (Comité Consultatif de Photométrie et Radiométrie (CCPR)) dafür, dass das Lumen die Candela als SI-Basiseinheit ersetzen sollte.[9][10] Um die Zustimmung zur Neudefinition der photometrischen Einheiten insgesamt nicht zu gefährden, wurde jedoch davon Abstand genommen.

Verwendung

Angabe bei Leuchtmitteln

Bei Leuchtmitteln ist der Zahlenwert in Lumen ein Maß dafür, wie viel Licht eine Lampe abgibt. Laut EG-Verordnung 244/2009 muss diese Angabe auf den Lampenpackungen dominant sein.[11] Der Zahlenwert in Watt hingegen gibt an, wie viel elektrische Leistung aufgenommen („verbraucht“) wird. Die Lichtausbeute – das Verhältnis „Lumen zu Watt“ – ist somit ein Maß für die Wirtschaftlichkeit einer Lampe.

Typische Werte

Für eine Liste typischer Lichtströme von Leuchtmitteln und den Vergleich zur aufgenommenen elektrischen Leistung (gemessen in Watt) siehe Lichtstrom#Beispiele typischer Lichtströme und Lichtquelle#Beispiele.

ANSI-Lumen

„ANSI-Lumen“ ist eine umgangssprachliche Bezeichnung im Zusammenhang mit der technischen Spezifikation von Projektoren. Dabei handelt es sich nicht etwa um eine spezielle lichttechnische Einheit, sondern es sagt aus, dass der Lichtstrom (umgangssprachlich „die Helligkeit“) des Projektors in der Einheit Lumen gemäß einer Messvorschrift ermittelt wurde, die vom American National Standards Institute (ANSI) entwickelt wurde.[12]

Zur Vorbereitung der Messung ist der Projektor so einzustellen, dass vor einem weißen Hintergrund ein fünf Prozent graugetöntes Feld von einem zehn Prozent graugetönten Feld zu unterscheiden ist, also zwei sehr helle Grautöne. Die Projektionsfläche wird dann in drei Spalten und drei Reihen geteilt und der Mittelwert der Beleuchtungsstärke $ E_{\mathrm {v} } $ (in Lux) aller neun Felder ermittelt. Dieser Mittelwert multipliziert mit der Projektionsfläche $ A $ ergibt die „ANSI-Lumen“:[13]

$ {\mathit {\Phi }}_{\mathrm {v} }=E_{\mathrm {v} }\cdot A $

Die Angaben der meisten Hersteller von Projektoren beziehen sich auf die normgerechten Maximaleinstellungen, die für die Praxis nur selten optimal sind. Die bei optimaler Einstellung erreichten Lichtströme liegen teilweise deutlich darunter.

Anekdotisches

Das Lumen wurde als liu-ming in die Chinesische Sprache übernommen und nicht, wie man erwarten sollte, als lu-men. Dadurch haben die verwendeten Schriftzeichen ({{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value), {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value) – „fließen“ und {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value), {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value) – „hell, leuchtend“) nicht nur phonetisch, sondern auch inhaltlich eine passende Bedeutung.

Siehe auch

  • Photometrische Größen und Einheiten

Einzelnachweise

  1. ↑ Neue Definitionen im Internationalen Einheitensystem (SI). (PDF) PTB, September 2019, abgerufen am 28. September 2019. – Ausschnitt aus der Definition der Candela
  2. ↑ Vorlage:EU-Richtlinie, offizielle deutsche Übersetzung aus der SI-Broschüre von 2019 (9. Auflage) – Ausschnitt aus der Definition der Candela
  3. ↑ Die standardisierte Kurve der physiologischen Lichtempfindlichkeit hat ihr Maximum bei exakt 555 nm. Licht der Frequenz 540 THz hat in Luft die Wellenlänge 555,016 nm.
  4. ↑ 1 / 683 W = ṅ·hc / λ ⇒ ṅ = λ / (683·hc) W = 555·10−9 / (683·6,626·10−34·2,998·108) m·W / (J·s·m·s−1) = 4,09·1015 s−1
  5. ↑ 5,0 5,1 Comité International des Poids et Mesures – Procès verbaux des séances. 2e série. XX série, 1947, S. 119–121 (bipm.org [PDF]).: Der Wortlaut befindet sich auf Seite 125-127 des PDF-Dokuments (französisch)
    Resolution der CIPM von 1946. BIPM, abgerufen am 12. März 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
  6. ↑ Resolution 7 of the 9th CGPM (1948). Writing and printing of unit symbols and of numbers. Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 12. April 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
  7. ↑ Resolution 3 of the 16th CGPM (1979). SI unit of luminous intensity (candela). Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 12. April 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
  8. ↑ Resolution 1 of the 26th CGPM (2018). On the revision of the International System of Units (SI). Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 12. April 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).„[…] the International System of Units […] is the system of units in which […] the luminous efficacy of monochromatic radiation of frequency 540 × 1012 Hz, Kcd, is 683 lm/W […]“
  9. ↑ Protokoll der 15. Generalkonferenz für Maß und Gewicht, 1975, Seite 77, abgerufen am 14. Nov. 2019
  10. ↑ Comité International des Poids et Mesures – Procès verbaux des séances. 66e session. 2e série, 1977, S. 5–6 (bipm.org [PDF]). (7,4 MB): „Recommandation P 3 (lumen comme unité de base avec une définition en fonction du watt) est celle qui a la préférence de la majorité du CCPR.“ Das CCPR (Comité Consultatif de Photométrie et Radiométrie) ist das zuständige Beratungsgremium des Internationalen Komitees für Maß und Gewicht (CIPM). Der Wortlaut der Empfehlung P 3 befindet sich auf Seite 143 desselben Dokuments.
  11. ↑ EG-Verordnung 244/2009, Anhang II Abs. 3.1.a)
  12. ↑ Die entsprechende Norm IT7.227-1998 wurde bereits im Juli 2003 vom ANSI zurückgezogen und findet sich dort nicht mehr. Gültig sind hingegen die praktisch identischen Normen der International Electrotechnical Commission (IEC) sowie die DIN EN 61947-1.
  13. ↑ Beschreibung des Messverfahrens (Abschnitt ANSI-Lumen)

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