Candela

Candela (din lat. candela - lumânare; denumirea rusă: cd ; internațional: cd ) este o unitate de intensitate luminoasă , una dintre cele șapte unități de bază ale Sistemului Internațional de Unități (SI) . Definită ca „intensitatea luminoasă într-o direcție dată a unei surse care emite radiații monocromatice cu o frecvență de 540⋅10 12 Hz , a cărei intensitate luminoasă în acea direcție este de 1/683 W / sr ” [1] [2] . Adoptată ca unitate SI în 1979 de către Conferința Generală a XVI -lea pentru Greutăți și Măsuri .

Din definiție rezultă că valoarea eficienței luminoase spectrale a radiației monocromatice pentru o frecvență de 540⋅10 12 Hz este de 683 lm / W = 683 cd sr / W exact .

Frecvența selectată corespunde unei lungimi de undă de 555,016 nm în aer în condiții standard [3] și este apropiată de sensibilitatea maximă a ochiului uman , situată la o lungime de undă de 555 nm. Dacă radiația are o lungime de undă diferită, atunci este necesară o intensitate energetică mai mare a luminii pentru a obține aceeași intensitate luminoasă.

Revizuire detaliată

Toate cantitățile de lumină sunt cantități fotometrice reduse . Aceasta înseamnă că ele sunt formate din mărimea fotometrică de energie corespunzătoare prin intermediul unei funcții reprezentând dependența eficienței luminoase spectrale a radiației monocromatice pentru vederea în timpul zilei de lungimea de undă. Această funcție este de obicei reprezentată ca Uneori numit și echivalentul fotometric al radiației. $K_{m}\cdot V(\lambda )$ $V(\lambda )$ $K_{m}$ $K_{m}$

Calculul cantității de lumină corespunzătoare cantității de energie se face folosind formula $X_{v},$ $X_{e},$

X_{v}=K_{m}\int \limits _{380~{\text{nm)}}^{780~{\text{nm)}}X_{e,\lambda}(\lambda )V(\lambda )\,d\lambda ,

unde este densitatea spectrală a unei mărimi definită ca raportul dintre cantitatea pe interval spectral mic cuprins între și la lățimea acestui interval: $X_{{e,\lambda }}$ $X_{e},$ $dX_{e}(\lambda ),$ $\lambda$ $\lambda +d\lambda ,$

X_{e,\lambda}(\lambda)={\frac {dX_{e}(\lambda)}{d\lambda )).

Se poate observa că aici ne referim la fluxul acelei părți a radiației a cărei lungime de undă este mai mică decât valoarea curentă . $X_{e}(\lambda )$ $\lambda$

Funcția este determinată empiric și este dată sub formă tabelară [4] . Valorile sale nu depind de alegerea unităților de lumină utilizate. $V(\lambda )$

Spre deosebire de ceea ce s-a spus despre semnificația este în întregime determinată de alegerea unității principale de lumină. Prin urmare, pentru a stabili o relație între cantitățile de lumină și energie din sistemul SI, se impune determinarea valorii corespunzătoare unității de candela de intensitate luminoasă adoptată în SI. Cu o abordare strictă a definiției , trebuie să se țină cont de faptul că punctul spectral 540⋅10 12 Hz, la care se face referire în definiția candela, nu coincide cu poziția maximului funcției . $V(\lambda )$ $K_{m}$ $K_{m}$ $K_{m}$ $V(\lambda )$

Eficiența luminoasă a radiațiilor cu o frecvență de 540⋅10 12 Hz

În cazul general, intensitatea luminii este legată de intensitatea radiației prin relație $eu_{v}$ $eu_{e}$

I_{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~{\text{nm)}}^{780~{\text{nm))}I_{e,\lambda}( \lambda )V(\lambda )\,d\lambda ,

unde este densitatea spectrală a forței de radiație, egală cu . $I_{{e,\lambda }}$ ${\frac {dI_{e}(\lambda )}{d\lambda }}$

Pentru radiațiile monocromatice cu o lungime de undă , formula care raportează intensitatea luminoasă la intensitatea radiantă se simplifică, luând forma $\lambda$ $I_{v}(\lambda )$ $I_{e}(\lambda )$

I_{v}(\lambda)=K_{m}\cdot I_{e}(\lambda)V(\lambda)

, sau, după trecerea de la lungimi de undă la frecvențe,

I_{v}(\nu )=K_{m}\cdot I_{e}(\nu )V(\nu ).

Din ultima relație pentru ν 0 = 540⋅10 12 Hz rezultă

K_{m}\cdot V(\nu _{0})={\frac {I_{v}(\nu _{0})}{I_{e}(\nu _{0})} }.

Având în vedere definiția unei candela, obținem

K_{m}\cdot V(\nu _{0})=683~\mathrm {\frac {cd\cdot sr}{W)}

, sau, care este la fel

683~{\mathrm {{\frac {lm}{W}}}}.

Produsul este valoarea eficienței luminoase spectrale a radiației monocromatice pentru o frecvență de 540⋅10 12 Hz. După cum reiese din metoda de producție, această valoare este egală cu 683 cd sr / W = 683 lm / W exact . $K_{m}\cdot V(\nu _{0})$

Eficiență luminoasă maximă K m

Pentru a determina , trebuie luat în considerare faptul că, așa cum sa menționat mai sus, frecvența 540⋅10 12 Hz corespunde unei lungimi de undă de ≈555,016 nm. Prin urmare, ultima egalitate implică $K_{m}$

K_{m}={\frac {683}{V(555{,}016)}}~\mathrm {\frac {lm}{W}} .

Funcția normalizată este dată în formă tabelară cu un interval de 1 nm; are un maxim egal cu unitatea la o lungime de undă de 555 nm. Interpolarea valorilor sale pentru o lungime de undă de 555,016 nm dă o valoare de 0,999997 [3] . Folosind această valoare, obținem $V(\lambda )$

K_{m}=683{,}002~\mathrm {\frac {lm}{W)} .

În practică, cu o precizie suficientă pentru toate cazurile, se utilizează o valoare rotunjită $K_{m}=683~\mathrm {\frac {lm}{W)} .$

Astfel, relația dintre o cantitate de lumină arbitrară și cantitatea ei de energie corespunzătoare în sistemul SI este exprimată prin formula generală $X_{v}$ $X_{e}$

X_{v}=683\int \limits _{380~{\text{nm))}^{780~{\text{nm))}X_{e,\lambda }(\lambda )V( \lambda )\,d\lambda .

Istorie

În 1893 în Germania , apoi în Austria , Elveția și în țările scandinave, „ lumânarea Hefner ” [5] , propusă în 1884 de F. Hefner-Altenek , a fost adoptată ca unitate de intensitate luminoasă . În acest caz, o lampă cu fitil cu un design special a servit ca standard. A folosit acetat de amil ca combustibil .
În 1896, Congresul Electrotehnic Internațional a adoptat o „lumânare zecimală”, egală cu 1,12 lumânări Hefner.
În 1909, lumânarea zecimală a fost înlocuită cu „lumânarea internațională”, egală cu 1,11 lumânări Hefner. Lumânarea internațională a fost reprodusă nu cu ajutorul unei lămpi cu fitil, ci cu ajutorul unor lămpi speciale cu incandescență .
În 1948, a fost luată decizia de a adopta o nouă unitate - candela. Candela s-a bazat pe utilizarea unui standard de lumină cu proprietăți apropiate de cele ale unui corp absolut negru (emițătorul lui Planck). Emițătorul de lumină din standard era un tub format din oxid de toriu topit și înconjurat pe toate părțile de platină , care se afla la o temperatură de solidificare (2046,6 K). Candela a fost definită ca intensitatea luminii emise în direcția normalului de la 1/60 cm 2 din suprafața radiantă a standardului specificat. Candela introdusă în acest fel era de 1.005 ori mai mică decât lumânarea internațională [6] . A fost folosită ca unitate de intensitate luminoasă până în 1979.
În 1979, a XVI-a Conferință Generală pentru Greutăți și Măsuri (CGPM) a adoptat definiția candela, valabilă până în 2019.
În 2011, a XXIV-a CGPM a adoptat o rezoluție [7] , în care, în special, se propunea adoptarea unei noi definiții a candela într-o viitoare revizuire a Sistemului internațional de unități. Noua definiție propusă, care este calificată în rezoluție ca fiind complet echivalentă cu cea existentă, este formulată după cum urmează. „Candela, simbol cd, este unitatea de intensitate luminoasă într-o direcție dată; valoarea sa se determină prin setarea valorii numerice a eficienței luminoase a radiației monocromatice cu o frecvență de 540⋅10 12 Hz la exact 683, dacă este exprimată în unitatea SI m −2 kg −1 s 3 cd sr, sau cd sr W − 1 , care este egal cu lm W −1 ".
XXV CGPM, desfășurată în 2014, a decis să continue lucrările la pregătirea unei noi revizuiri a SI, inclusiv o redefinire a candela, și a planificat să finalizeze această lucrare până în 2018 pentru a înlocui SI existent cu o versiune actualizată la XXVI. CGPM în același an [8] . Noua definiție a intrat în vigoare în 2019.

Exemple

Intensitatea luminii emise de o lumânare este aproximativ egală cu o candela, așa că această unitate de măsură se numea odinioară „lumânare”, acum această denumire este învechită și nu este folosită.

Pentru lămpile cu incandescență de uz casnic, intensitatea luminoasă în candela este aproximativ egală cu puterea lor în wați.

Intensitatea luminii diferitelor surse

Sursă	Putere, W	Intensitatea aproximativă a luminii, cd
Lumânare		unu
Lampă cu incandescență modernă (2010).	100	100
LED obișnuit	0,015...0,1	0,005..3
LED super luminos	unu	25…500
LED super luminos cu colimator	unu	1500
Lampă fluorescentă modernă (2010).	22	120
soare [9]	3,83⋅10 26	2,8⋅10 27

Cantități ușoare

Informațiile despre principalele cantități fotometrice ale luminii sunt date în tabel.

Mărimi fotometrice luminoase SI

Nume	Desemnarea valorii	Definiție	Notarea unității SI	Analog energetic
energie luminoasă	$Q_{v}$	$K_{m}\int _{380~{\text{nm))}^{780~{\text{nm))}Q_{e,\lambda}(\lambda)V(\lambda)\ ,d\lambda$	sunt _ _	Energia radiațiilor
Flux de lumină	$\Phi _{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dt}}$	lm	flux de radiații
Puterea luminii	$eu_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{d\Omega }}$	CD	Forța radiației (puterea energetică a luminii)
Densitatea volumetrică a energiei luminoase	$U_{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dV}}$	lm s m −3	Densitatea energiei radiației volumetrice
Luminozitate	$M_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{1}}}$	lm m −2	Luminozitate energetică
Luminozitate	$L_{v}$	${\frac {d^{2}\Phi _{v}}{d\Omega \,dS_{1}\,\cos \varepsilon }}$	cd m −2	Luminozitate energetică
Luminozitate integrală	$\Lambda _{v}$	$\int _{0}^{t}L_{v}(t')\,dt'$	cd s m −2	Luminozitate energetică integrală
iluminare	$E_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{2}}}$	O.K	Iradierea
expunerea la lumină	$H_{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dS_{2}}}$	lx s	expunerea la energie
Densitatea spectrală a energiei luminoase	$Q_{{v,\lambda }}$	${\frac {dQ_{v}}{d\lambda }}$	lm s m −1	Densitatea spectrală a energiei radiației

Aici , este aria elementului de suprafață sursă, este aria elementului de suprafață receptor și este unghiul dintre normala la elementul de suprafață sursă și direcția de observare. $dS_{1}$ $dS_{2}$ $\varepsilon$

Vezi și

Lumen - o unitate de măsură a fluxului luminos

Note

↑ GOST 8.417-2002. Sistem de stat pentru asigurarea uniformității măsurătorilor. Unități Arhivate 10 noiembrie 2012 la Wayback Machine .
↑ În SI, cd și cd , ca și alte obiecte similare, nu sunt abrevieri, ci desemnări. Acest nume reflectă regulile stabilite pentru manipularea lor.
↑ 1 2 Unitatea de bază fotometrică — candela. Broșura SI Anexa 2 Arhivată la 26 aprilie 2012 la Wayback Machine .
↑ GOST 8.332-78. Sistem de stat pentru asigurarea uniformității măsurătorilor. Măsurătorile luminii. Valori relative ale eficienței luminoase spectrale ale radiației monocromatice pentru vederea în timpul zilei Arhivat 4 octombrie 2013 la Wayback Machine .
↑ Lumânarea lui Höfner // Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978. Marea Enciclopedie Sovietică. — M.: Enciclopedia sovietică. 1969-1978.
↑ Sivukhin D.V. Curs general de fizică. - M. : Fizmatlit, 2005. - T. IV. Optica. - S. 156. - 792 p. — ISBN 5-9221-0228-1 .
↑ Despre posibila revizuire viitoare a Sistemului Internațional de Unități, SI. Arhivat la 4 martie 2012 la Rezoluția Wayback Machine 1 a celei de-a 24-a reuniuni a CGPM (2011).
↑ Despre viitoarea revizuire a Sistemului Internațional de Unități, SI . Rezoluția 1 a celei de-a 25-a CGPM (2014) . BIPM . Consultat la 9 octombrie 2015. Arhivat din original la 14 mai 2017.
↑ Babichev A.P., Babushkina N.A., Bratkovsky A.M. și alții. Cantități fizice / Ed. Grigorieva I.S. și Meilikhova E.Z. - Carte de referință. - M . : Energoatomizdat, 1991. - S. 1200. - 1232 p. — 50.000 de exemplare. - ISBN 5-283-04013-5 .

Link -uri

Cod Candela de la OKEI

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Marele Soviet (1 ed.) Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	GND : 1025833252

unități SI
Unități de bază	amper candela kelvin kilogram metru cârtiță al doilea
Unități derivate cu nume speciale	becquerel watt weber volt Henry hertz grad Celsius gri joule sievert rulat pandantiv luxos lumen newton ohm pascal radian Siemens steradian tesla farad
Acceptat pentru utilizare cu SI	angstrom unitate astronomică hectar gradul de arc minut de arc secunda de arc dalton (unitatea de masă atomică) alb litru neper zi ora minut tonă electron-volt
Vezi si	prefixe SI Conversie de unitate Istoria sistemului metric Convenția metrică 1875 Definiții 2005–2019 Redefinire 2019

Cantitati usoare
energie luminoasă Flux de lumină Luminozitate Puterea luminii Luminozitate iluminare Iluminare spațială iluminare expunerea la lumină Expunerea la lumină spațială Densitatea volumetrică a energiei luminoase Luminozitate integrală Densitatea volumetrică a energiei luminoase Densitatea de volum a intensității luminii Luminozitate echivalentă