Candela

Candela (z lat. candela - svíčka; ruské označení: cd ; mezinárodní: cd ) je jednotka svítivosti , jedna ze sedmi základních jednotek Mezinárodní soustavy jednotek (SI) . Definováno jako „svítivost zdroje vyzařujícího monochromatické záření o frekvenci 540⋅10 12 Hz v daném směru , jehož svítivost v tomto směru je 1/683 W / sr “ [1] [2] . Přijata jako jednotka SI v roce 1979 XVI. Generální konferencí pro váhy a míry .

Z definice vyplývá, že hodnota spektrální světelné účinnosti monochromatického záření pro frekvenci 540⋅10 12 Hz je 683 lm / W = 683 cd sr/W přesně .

Zvolená frekvence odpovídá vlnové délce 555,016 nm ve vzduchu za standardních podmínek [3] a je blízká maximální citlivosti lidského oka , která se nachází na vlnové délce 555 nm. Pokud má záření jinou vlnovou délku, pak je k dosažení stejné svítivosti potřeba větší energetická intenzita světla.

Podrobná recenze

Všechny světelné veličiny jsou redukované fotometrické veličiny . To znamená, že jsou tvořeny z odpovídající energetické fotometrické veličiny pomocí funkce představující závislost spektrální světelné účinnosti monochromatického záření pro denní vidění na vlnové délce. Tato funkce je obvykle reprezentována jako Někdy se také nazývá fotometrický ekvivalent záření. $K_{m}\cdot V(\lambda )$ $V(\lambda)$ $K_{m}$ $K_{m}$

Výpočet množství světla odpovídající množství energie se provádí pomocí vzorce $X_{v},$ $X_{e},$

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

kde je spektrální hustota veličiny definovaná jako poměr veličiny na malý spektrální interval uzavřený mezi a k šířce tohoto intervalu: $X_{{e,\lambda }}$ $X_{e},$ $dX_{e}(\lambda),$ $\lambda$ $\lambda +d\lambda ,$

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

Lze poznamenat, že zde máme na mysli tok té části záření, jejíž vlnová délka je menší než aktuální hodnota . $X_{e}(\lambda)$ $\lambda$

Funkce je určena empiricky a je uvedena ve formě tabulky [4] . Jeho hodnoty nezávisí na výběru použitých světelných jednotek. $V(\lambda)$

Na rozdíl od toho, co bylo řečeno o významu , je zcela určen volbou hlavní světelné jednotky. Proto, aby bylo možné stanovit vztah mezi množstvím světla a energie v soustavě SI, je nutné určit hodnotu odpovídající jednotce svítivosti kandela přijaté v soustavě SI. Při striktním přístupu k definici je třeba vzít v úvahu, že spektrální bod 540⋅10 12 Hz, na který se v definici kandely odkazuje, se neshoduje s polohou maxima funkce . $V(\lambda)$ $K_{m}$ $K_{m}$ $K_{m}$ $V(\lambda)$

Světelná účinnost záření s frekvencí 540⋅10 12 Hz

V obecném případě je intenzita světla vztažena k intenzitě záření vztahem $já_{v}$ $Tj}$

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

kde je spektrální hustota síly záření rovna . $I_{{e,\lambda }}$ ${\frac {dI_{e}(\lambda )}{d\lambda }}$

Pro monochromatické záření s vlnovou délkou se vzorec vztahující intenzitu světla k intenzitě záření zjednodušuje a má tvar $\lambda$ $I_{v}(\lambda)$ $I_{e}(\lambda)$

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

nebo po přechodu z vlnových délek na frekvence,

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

Z posledního vztahu pro ν 0 = 540⋅10 12 Hz vyplývá

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

Vzhledem k definici kandely dostáváme

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

, nebo, což je totéž

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

Součin je hodnota spektrální světelné účinnosti monochromatického záření pro frekvenci 540⋅10 12 Hz. Jak vyplývá z výrobní metody, tato hodnota je rovna 683 cd sr / W = 683 lm / W přesně . $K_{m}\cdot V(\nu _{0})$

Maximální světelná účinnost K m

Pro určení je třeba vzít v úvahu, že, jak bylo uvedeno výše, frekvence 540⋅10 12 Hz odpovídá vlnové délce ≈555,016 nm. Proto poslední rovnost implikuje $K_{m}$

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

Normalizovaná funkce je uvedena v tabulkové formě s intervalem 1 nm, má maximum rovné jednotce při vlnové délce 555 nm. Interpolací jeho hodnot pro vlnovou délku 555,016 nm dostaneme hodnotu 0,999997 [3] . Pomocí této hodnoty dostaneme $V(\lambda)$

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

V praxi se s dostatečnou přesností pro všechny případy používá zaokrouhlená hodnota $K_{m}=683~\mathrm {\frac {lm}{W)) .$

Vztah mezi libovolným množstvím světla a jeho odpovídajícím množstvím energie v soustavě SI je tedy vyjádřen obecným vzorcem $X_{v}$ $X_{e}$

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

Historie

V roce 1893 v Německu a poté v Rakousku , Švýcarsku a ve skandinávských zemích byla jako jednotka svítivosti přijata „ Hefnerova svíčka “ [5] , navržená v roce 1884 F. Hefner-Altenkem . V tomto případě sloužila jako standard knotová lampa speciální konstrukce. Jako palivo používal amylacetát .
V roce 1896 přijal Mezinárodní elektrotechnický kongres „desítkovou svíčku“, rovnající se 1,12 Hefnerovy svíčky.
V roce 1909 byla desetinná svíčka nahrazena „mezinárodní svíčkou“, která se rovnala 1,11 Hefnerovy svíčky. Mezinárodní svíčka nebyla reprodukována pomocí knotové lampy, ale pomocí speciálních žárovek .
V roce 1948 bylo rozhodnuto o přijetí nové jednotky – kandely. Candela byla založena na použití standardu světla s vlastnostmi blízkými absolutně černému tělesu (Planckův zářič). Světelným zářičem ve standardu byla trubice vyrobená z taveného oxidu thoria a obklopená ze všech stran platinou , která měla teplotu tuhnutí (2046,6 K). Candela byla definována jako intenzita světla vyzařovaného ve směru normály z 1/60 cm 2 vyzařovací plochy specifikovaného standardu. Takto zavedená kandela byla 1,005krát menší než mezinárodní svíčka [6] . Jako jednotka svítivosti se používala až do roku 1979.
V roce 1979 přijala XVI. Generální konference pro váhy a míry (CGPM) definici kandely platnou do roku 2019.
V roce 2011 přijala XXIV. CGPM rezoluci [7] , ve které bylo zejména navrženo přijmout novou definici kandely v budoucí revizi Mezinárodní soustavy jednotek. Navrhovaná nová definice, která je v usnesení kvalifikována jako zcela rovnocenná té stávající, je formulována následovně. „Kandela, symbol cd, je jednotka svítivosti v daném směru; jeho hodnota se určí nastavením číselné hodnoty světelné účinnosti monochromatického záření o frekvenci 540⋅10 12 Hz na přesně 683, pokud je vyjádřena v jednotce SI m −2 kg −1 s 3 cd sr, nebo cd sr W − 1 , což se rovná lm W −1 ".
XXV CGPM, které se konalo v roce 2014, se rozhodlo pokračovat v práci na přípravě nové revize SI, včetně redefinice kandely, a plánovalo dokončení této práce do roku 2018 s cílem nahradit stávající SI aktualizovanou verzí na XXVI. CGPM ve stejném roce [8] . Nová definice vstoupila v platnost v roce 2019.

Příklady

Intenzita světla vyzařovaného svíčkou je přibližně rovna jedné kandele, proto se tato měrná jednotka dříve nazývala „svíčka“, nyní je tento název zastaralý a nepoužívá se.

U domácích žárovek se svítivost v kandelách přibližně rovná jejich výkonu ve wattech.

Intenzita světla různých zdrojů

Zdroj	Výkon, W	Přibližná intenzita světla, cd
Svíčka		jeden
Moderní (2010) žárovka	100	100
Obyčejná LED	0,015..0.1	0,005..3
Super jasná LED	jeden	25…500
Super jasná LED s kolimátorem	jeden	1500
Moderní (2010) zářivka	22	120
Ne [9]	3,83⋅10 26	2,8⋅10 27

Množství světla

Informace o hlavních světelných fotometrických veličinách jsou uvedeny v tabulce.

Světelné fotometrické veličiny SI

název	Označení hodnoty	Definice	Zápis jednotek SI	Energetický analog
světelná energie	$Q_{v}$	$K_{m}\int _{380~{\text{nm))}^{780~{\text{nm))}Q_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )\ ,d\lambda$	lm s _	Energie záření
Světelný tok	$\Phi _{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dt}}$	lm	radiační tok
Síla světla	$já_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{d\Omega }}$	CD	Síla záření (energetická síla světla)
Objemová hustota světelné energie	$U_{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dV}}$	lm s m −3	Objemová hustota energie záření
Zářivost	$M_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{1}}}$	lm m −2	Energetická svítivost
Jas	$L_{v}$	${\frac {d^{2}\Phi _{v}}{d\Omega \,dS_{1}\,\cos \varepsilon }}$	cd m -2	Energetický jas
Integrální jas	$\Lambda _{v}$	$\int _{0}^{t}L_{v}(t')\,dt'$	cd s m −2	Integrální energetický jas
osvětlení	$E_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{2}}}$	OK	Ozáření
světelná expozice	$H_{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dS_{2}}}$	lx s	energetická expozice
Spektrální hustota světelné energie	$Q_{{v,\lambda }}$	${\frac {dQ_{v}}{d\lambda }}$	lm s m −1	Spektrální energetická hustota záření

Zde je oblast zdrojového povrchového prvku, je oblast povrchového prvku přijímače a je to úhel mezi normálou ke zdrojovému povrchovému prvku a směrem pozorování. $dS_{1}$ $dS_{2}$ $\varepsilon$

Viz také

Lumen - jednotka měření světelného toku

Poznámky

↑ GOST 8.417-2002. Státní systém pro zajištění jednotnosti měření. Jednotky archivovány 10. listopadu 2012 na Wayback Machine .
↑ V SI nejsou cd a cd , stejně jako jiné podobné objekty, zkratky, ale označení. Tento název odráží zavedená pravidla pro zacházení s nimi.
↑ 1 2 Fotometrická základní jednotka – kandela. Brožura SI Příloha 2 Archivována 26. dubna 2012 na Wayback Machine .
↑ GOST 8.332-78. Státní systém pro zajištění jednotnosti měření. Měření světla. Hodnoty relativní spektrální světelné účinnosti monochromatického záření pro denní vidění Archivováno 4. října 2013 na Wayback Machine .
↑ Höfnerova svíčka // Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978. Velká sovětská encyklopedie. — M.: Sovětská encyklopedie. 1969-1978.
↑ Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. - M. : Fizmatlit, 2005. - T. IV. Optika. - S. 156. - 792 s. — ISBN 5-9221-0228-1 .
↑ O možné budoucí revizi Mezinárodní soustavy jednotek, SI. Archivováno 4. března 2012 na Wayback Machine Resolution 1 z 24. zasedání CGPM (2011).
↑ O budoucí revizi Mezinárodní soustavy jednotek, SI . Usnesení 1 25. CGPM (2014) . BIPM . Získáno 9. října 2015. Archivováno z originálu 14. května 2017.
↑ Babichev A.P., Babushkina N.A., Bratkovsky A.M. a další Fyzikální veličiny / Ed. Grigorieva I.S. a Meilikhova E.Z. - Referenční kniha. - M. : Energoatomizdat, 1991. - S. 1200. - 1232 s. — 50 000 výtisků. - ISBN 5-283-04013-5 .

Odkazy

Kandela kód od OKEI

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Velký sovět (1 ed.) Britannica (online)
V bibliografických katalozích	GND : 1025833252

jednotky SI
Základní jednotky	ampér kandela kelvin kilogram Metr krtek druhý
Odvozené jednotky se zvláštními názvy	becquerel watt weber volt Jindřich hertz stupeň Celsia šedá joule sievert válcované přívěšek luxus lumen newton ohm pascal radián Siemens steradián tesla farad
Přijato pro použití s SI	angstrom astronomická jednotka hektar stupeň oblouku oblouková minuta sekunda oblouku dalton (jednotka atomové hmotnosti) bílý litr neper den hodina minuta tón elektronvolt
viz také	předpony SI Převod jednotek Historie metrické soustavy Metrická konvence z roku 1875 Definice 2005–2019 Redefinice 2019

Lehké množství
světelná energie Světelný tok Jas Síla světla Zářivost osvětlení Prostorové osvětlení osvětlení světelná expozice Prostorová expozice světla Objemová hustota světelné energie Integrální jas Objemová hustota světelné energie Objemová hustota intenzity světla Ekvivalentní jas