Кандела

Эта статья о единице силы света. Чтобы узнать о других значениях, см. Кандела (значения) .

кандела
Фотопический (черный) и скотопический. (зеленый) функции светоотдачи. Фотография включает стандарт CIE 1931 года. (сплошной), модифицированные данные Джадда – Воса, 1978 г. (пунктир) и данные Шарпа, Стокмана, Ягла и Ягле за 2005 г. (пунктир). Горизонтальная ось — длина волны в нм.
Общая информация
Система единиц	И
Единица	сила света
Символ	компакт-диск
Конверсии
1 диск в...	... равно...
международные свечи	≈ 1,02 сП
Свеча Хефнера	≈ 1,11 гонконгских рупий

Кандела æ ( / k æ n ˈ d ɛ l ə / или / k n ˈ ; d iː l ə / символ: cd ) — единица силы света в Международной системе единиц (СИ). Он измеряет световую мощность на единицу телесного угла, излучаемую источником света в определенном направлении. Сила света аналогична силе излучения , но вместо простого сложения вкладов каждой длины волны света в спектр источника, вклад каждой длины волны взвешивается функцией световой эффективности , моделью чувствительности человеческого глаза к различным длины волн, стандартизированные CIE и ISO . Обычная восковая свеча излучает свет силой света примерно в одну канделу. Если излучение в некоторых направлениях блокируется непрозрачным барьером, излучение все равно будет составлять примерно одну канделу в незатененных направлениях.

Слово кандела в переводе с латыни означает свеча . Старое название «свеча» до сих пор иногда используется, например, фут-свеча и современное определение силы свечи .

Определение

26-я Генеральная конференция мер и весов (CGPM) в 2018 году пересмотрела определение канделы. Новое определение, вступившее в силу 20 мая 2019 года, гласит:

Кандела [...] определяется путем принятия фиксированного числового значения светоотдачи монохроматического излучения частотой 540 × 10. ¹² Гц , К _кд , равно 683 в единицах лм Вт. ⁻¹ , что равно cd sr W ⁻¹ , или компакт-диск ср кг ⁻¹ м ⁻² с ³ , где килограмм, метр и секунда определяются через h , c и Δ ν _Cs .

Объяснение

Выбранная частота находится в видимом спектре, близком к зеленому , что соответствует длине волны около 555 нанометров. Человеческий глаз , адаптированный к ярким условиям, наиболее чувствителен вблизи этой частоты. В этих условиях фотопическое зрение доминирует в зрительном восприятии наших глаз над скотопическим зрением . На других частотах для достижения той же силы света требуется большая интенсивность излучения в соответствии с частотной характеристикой человеческого глаза. Сила света света определенной длины волны λ определяется выражением

$$I_{\mathrm {v} }(\lambda )=683.002\ \mathrm {lm/W} \cdot {\overline {y}}(\lambda )\cdot I_{\mathrm {e} }(\lambda ),$$

где I _v ( λ ) — сила света , I _e ( λ ) — сила излучения и ${\textstyle \textstyle {\overline {y}}(\lambda )}$ – функция фотопической светоотдачи . Если присутствует более одной длины волны (как это обычно бывает), необходимо интегрировать спектр длин волн, чтобы получить общую силу света.

Примеры

• Обычная свеча излучает свет с силой света примерно 1 кд.
• мощностью 25 Вт Компактная люминесцентная лампа излучает около 1700 люмен ; если этот свет излучается одинаково во всех направлениях (т.е. более 4 π стерадиан ), его интенсивность будет равна $I_{\text{V}}={\frac {1700\ {\text{lm}}}{4\pi \ {\text{sr}}}}\approx 135\ {\text{lm}}/{\text{sr}}=135\ {\text{cd}}.$
• Сфокусированная в луч 20° (0,095 стерадиан), та же самая лампочка будет иметь интенсивность луча около 18 000 кд.

История

До 1948 года в ряде стран использовались различные стандарты силы света. Обычно они основывались на яркости пламени «стандартной свечи» определенного состава или яркости нити накаливания определенной конструкции. Одним из самых известных из них был английский стандарт силы свечей. Мощность одной свечи представляла собой свет, излучаемый свечой из чистого спермацета весом в одну шестую фунта и горящей со скоростью 120 гран в час. Германия, Австрия и Скандинавия использовали Hefnerkerze , устройство, основанное на мощности лампы Хефнера .

Требовался лучший стандарт силы света. В 1884 году Жюль Виоль предложил стандарт, основанный на свете, излучаемом диаметром 1 см. ² платины . при температуре плавления (или температуре замерзания) Полученная единица интенсивности, названная «виолле», была примерно равна 60 английским свечам. Платина была удобна для этой цели, поскольку имела достаточно высокую температуру плавления, не была склонна к окислению и могла быть получена в чистом виде. Виолле показал, что интенсивность излучения чистой платины строго зависит от ее температуры, и поэтому платина при температуре плавления должна иметь постоянную силу света.

На практике реализовать стандарт на основе предложения Виолле оказалось сложнее, чем ожидалось. Примеси на поверхности платины могут напрямую влиять на ее излучательную способность, а кроме того, примеси могут влиять на силу света, изменяя температуру плавления. В течение следующих полувека различные ученые пытались создать практический эталон интенсивности на основе платины накаливания. Успешным подходом было подвешивание полой оболочки из диоксида тория с небольшим отверстием в ванне с расплавленной платиной. Оболочка (полость) служит черным телом , производящим излучение черного тела , которое зависит от температуры и не чувствительно к деталям конструкции устройства.

В 1937 году Международная комиссия по освещению (Международная комиссия по освещению) и CIPM предложили «новую свечу», основанную на этой концепции, со значением, выбранным так, чтобы сделать ее похожей на более раннюю единицу мощности свечи. Решение было обнародовано CIPM в 1946 году:

Стоимость новой свечи такова, что яркость полного радиатора при температуре затвердевания платины составляет 60 новых свечей на квадратный сантиметр .

Затем в 1948 году он был ратифицирован 9-й ГКМВ. который принял новое название для этой единицы - кандела . В 1967 году 13-я ГКМВ удалила термин «новая свеча» и дала измененную версию определения канделы, указав атмосферное давление, приложенное к замерзающей платине:

Кандела — это сила света в перпендикулярном направлении поверхности черного тела площадью 1/600 000 кв. метра при температуре замерзания платины под давлением 101 325 ньютонов на квадратный метр.

В 1979 году из-за трудностей с созданием радиатора Планка при высоких температурах и новых возможностей, открывающихся радиометрией , 16-я ГКМВ приняла новое определение канделы:

Кандела — это сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540 × 10. ¹²  герц и имеет интенсивность излучения в этом направлении. 1/683 ​ ​   Вт на стерадиан .

В определении описывается, как создать источник света, который (по определению) излучает одну канделу, но не указывается функция светоотдачи для взвешивания излучения на других частотах. Такой источник затем можно было бы использовать для калибровки приборов, предназначенных для измерения силы света, относительно заданной функции светоотдачи. Приложение к брошюре SI дает понять, что функция светоотдачи не определена однозначно, но должна быть выбрана для полного определения канделы.

Произвольный член (1/683) был выбран так, чтобы новое определение точно соответствовало старому определению. Хотя кандела теперь определяется в единицах секунды (базовая единица СИ) и ватта (производная единица СИ), кандела по определению остается основной единицей системы СИ.

26-я ГКМВ утвердила современное определение канделы в 2018 году в рамках переопределения основных единиц СИ в 2019 году , которое переопределило базовые единицы СИ с точки зрения фундаментальных физических констант.

Фотометрические световые единицы SI

Фотометрические величины SI

Количество		Единица		Измерение	Примечания
Имя	Символ	Имя	Символ
Световая энергия	Вопрос в	люмен-секунда	lm ⋅s	T ⋅ J	Люмен-секунду иногда называют талботом .
Световой поток , световая мощность	Φ в	люмен (= кандела стерадиан )	лм (= кд⋅ср)	Дж	Световая энергия в единицу времени
Сила света	я в	кандела (= люмен на стерадиан)	кд (= лм/ср)	Дж	Световой поток на единицу телесного угла
Яркость	Л в	кандела на квадратный метр	кд/м 2 (= лм/(ср⋅м 2 ))	л −2 ⋅ J	Световой поток на единицу телесного угла на единицу проецируемой площади источника. Канделу на квадратный метр иногда называют нитой .
Освещенность	Э в	люкс (= люмен на квадратный метр)	лк (= лм/м 2 )	л −2 ⋅ J	Световой поток, падающий на поверхность
Световой поток , световой поток	М в	люмен на квадратный метр	лм/м 2	л −2 ⋅ J	Световой поток, излучаемый поверхностью
Световая экспозиция	Вт в	люкс секунда	lx⋅s	л −2 ⋅ T ⋅ J	Интегрированная по времени освещенность
Плотность световой энергии	ω v	люмен-секунда на кубический метр	лм⋅с/м 3	л −3 ⋅ T ⋅ J
Световая отдача (излучения)	К	люмен на ватт	лм/ Вт	М −1 ⋅ L −2 ⋅ T 3 ⋅ J	Отношение светового потока к лучистому потоку
Световая отдача (источника)	или	люмен на ватт	лм/ Вт	М −1 ⋅ L −2 ⋅ T 3 ⋅ J	Отношение светового потока к потребляемой мощности
Световая отдача , световой коэффициент	V			1	Световая отдача, нормированная по максимально возможной эффективности
См. также: И Фотометрия Радиометрия

силой света, световым потоком и

Если источник излучает известную силу света I _v (в канделах) в четко определенном конусе, общий световой поток Φ _v в люменах определяется выражением

$$\Phi _{\mathrm {v} }=I_{\mathrm {v} }2\pi [1-\cos(A/2)]$$

где А — угол излучения лампы — полный угол вершины конуса излучения. Например, лампа, излучающая яркость 590 кд с углом излучения 40°, излучает около 224 люмен. См . MR16 для получения информации об углах излучения некоторых распространенных ламп.

Если источник излучает свет равномерно во всех направлениях, поток можно найти, умножив интенсивность на 4 π : однородный источник в 1 канделу излучает 12,6 люмен.

Для целей измерения освещенности кандела не является практической единицей, поскольку она применяется только к идеализированным точечным источникам света, каждый из которых аппроксимируется источником, малым по сравнению с расстоянием, с которого измеряется его световое излучение, также при условии, что это делается так. при отсутствии других источников света. То, что непосредственно измеряется люксметром , — это падающий на датчик конечной площади свет, т. е. освещенность в лм/м. ² (люкс). Однако при проектировании освещения от многих точечных источников света, таких как лампочки, с известной приблизительно одинаковой во всех направлениях интенсивностью, вклад в освещенность от некогерентного света является аддитивным, математически он оценивается следующим образом. Если r _i — положение i- го источника равномерной интенсивности I _i , а â — единичный вектор, нормаль к измеряемой освещенной элементарной непрозрачной области dA , и при условии, что все источники света лежат в одном и том же полупространстве, разделенном плоскость этой области,

$${\text{illuminance at point }}\mathbf {r} {\text{ on }}dA{\text{, }}E_{\mathrm {v} }(\mathbf {r} )=\sum _{i}{{\frac {|\mathbf {\hat {a}} \cdot (\mathbf {r} -\mathbf {r} _{i})|}{|\mathbf {r} -\mathbf {r} _{i}|^{3}}}I_{i}}.$$

В случае единственного точечного источника света с интенсивностью I _v , находящегося на расстоянии r и нормально падающего, это сводится к

$$E_{\mathrm {v} }(r)={\frac {I_{\mathrm {v} }}{r^{2}}}.$$

Несколько IF

Как и другие единицы СИ, канделу также можно изменить, добавив метрический префикс , который умножает ее на 10 , например милликандела (мкд) для 10. ⁻³ кандела.