Lumen je standardna mjerna jedinica koja se koristi za opisivanje količine svjetla u određenom području. Dio je skupine standardnih mjerenja poznatih kao fotometrijska grupa, koja mjere različite aspekte svjetlosti. Ova skupina također uključuje jedinice kao što su kandela, koja mjeri osvjetljenje, i luks, koja mjeri osvjetljenje.
Strogo govoreći, lumen je definiran kao 1 kandela pomnožena s 1 steradijanom, što se može izraziti kao . Srodna mjerna jedinica – iako nije dio standardnih jedinica – je nožna svijeća, koja se često koristi u fotografiji i filmu. Da bismo ovo stvarno razumjeli, važno je razumjeti ove jedinice: kandelu, nožnu svijeću, steradijan i luks.
Treba napraviti važnu razliku između mjera zračenja i mjera osvjetljenja. Prilikom mjerenja sjaja, netko u osnovi gleda koliko energije izvor svjetlosti izravno oslobađa. Ne zanima ga što se događa s tom energijom dok napušta izvor, nego samo koliko je na samom izvoru. Prilikom mjerenja osvjetljenja, nasuprot tome, osoba gleda koliko te energije dolazi do određenog objekta.
Nožna svijeća, koja se također naziva i nožna svijeća, nestandardna je mjera osvjetljenosti, u osnovi definirana kao koliko bi svjetlosti udarilo u unutarnju površinu kugle polumjera 1 stopu (30.48 cm) ako bi je upalila jedna svijeća u središte te sfere. Luks je standardna mjera osvjetljenja i može se jednostavno definirati kao koliko bi svjetlosti udarilo u sličnu kuglu od 3.28 stopa (1 metar) u radijusu. Dva se mogu jednostavno pretvoriti, sa 10.76 luxa u 1 nožnu svijeću.
I nožna svijeća i lux koriste mjeru intenziteta svjetlosti, nazvanu kandela. Kandela se izvorno zvala snaga svijeće i jednostavno se odnosila na količinu svjetlosne energije koju emitira poznata vrsta svijeće. Kasnije, kada je standardizirana, odabrana je definicija koja će biti približna starijoj definiciji, tako da postojeće jednadžbe mogu ostati iste. Moderna definicija kandele ima veze sa zračenjem koje emitira 1/60 jednog kvadratnog centimetra platine kada je na svojoj točki taljenja.
Steradijan je standardna mjerna jedinica koja se koristi za definiranje krutog kuta. Tehnička definicija je “čvrsti kut koji je u središtu kugle polumjera r savijen dijelom površine kugle s površinom r2.” U ovoj definiciji, subtended ima veze između duljine luka i rezultirajućeg kuta. Steradijan je bez jedinica i predstavljen je kraticom sr. Matematički, koristeći metar kao mjernu jedinicu, tada možemo definirati steradijan kao 1(sr) = m2 x m-1.
Dakle, uzimajući sve ovo zajedno, lakše je protumačiti izvornu definiciju lumena kao 1(lm) = 1(cd) x 1(sr). Jedan lumen je u ovom slučaju mjera količine svjetlosnog toka emitiranog u područje od strane 1/60 jednog kvadratnog centimetra platine na talištu pod određenim kutom. Ovo se mjerenje često koristi zajedno sa snagom u vatima za određivanje svjetlosne učinkovitosti tijela koje emitira svjetlo.
Na primjer, normalna žarulja od 100 W ima svjetlosnu učinkovitost od oko 17.5, emitirajući 1750 lumena svjetlosti. Nasuprot tome, fluorescentna žarulja od 13 vata ima učinkovitost od oko 56, emitirajući oko 730 lumena svjetlosti. Sunce, nasuprot tome, ima učinkovitost od oko 93.