Candela

A Candela ( lat. candela - gyertya szóból; orosz jelzés: cd ; nemzetközi: cd ) a fényerősség mértékegysége , a Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) hét alapegységének egyike . Meghatározása: „az 540⋅10 12 Hz frekvenciájú monokromatikus sugárzást kibocsátó forrás adott irányú fényintenzitása , amelynek fényintenzitása ebben az irányban 1/683 W / sr ” [1] [2] . 1979 -ben SI-egységként fogadták el XVI Általános Súly- és Mértékkonferencia .

A definícióból következik, hogy a monokromatikus sugárzás spektrális fényhatékonyságának értéke 540⋅10 12 Hz frekvenciánál pontosan 683 lm / W = 683 cd sr/W .

A kiválasztott frekvencia megfelel egy 555,016 nm -es hullámhossznak levegőben normál körülmények között [3] , és közel van az emberi szem maximális érzékenységéhez , amely 555 nm-es hullámhosszon helyezkedik el. Ha a sugárzás eltérő hullámhosszú, akkor a fény nagyobb energiaintenzitása szükséges azonos fényerősség eléréséhez.

Részletes ismertető

Minden fénymennyiség csökkentett fotometriai mennyiség . Ez azt jelenti, hogy a megfelelő fotometriai energiamennyiségből képezik azokat egy függvény segítségével, amely a monokromatikus sugárzás spektrális fényhatékonyságának a hullámhossztól való függését reprezentálja nappali látás esetén. Ezt a függvényt általában a következővel ábrázolják Néha a sugárzás fotometriai megfelelőjének is nevezik. $K_{m}\cdot V(\lambda )$ $V(\lambda)$ $K_{m}$ $K_{m}$

Az energiamennyiségnek megfelelő fénymennyiség kiszámítása a képlet segítségével történik $X_{v},$ $X_{e},$

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

ahol egy mennyiség spektrális sűrűsége, amelyet a mennyiségnek a közé és a szélességéhez zárt kis spektrális intervallumonkénti arányaként határoznak meg : $X_{{e,\lambda }}$ $X_{e},$ $dX_{e}(\lambda ),$ $\lambda$ $\lambda +d\lambda ,$

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

Megjegyezhető, hogy itt a sugárzás azon részének fluxusát értjük, amelynek hullámhossza kisebb, mint az aktuális érték . $X_{e}(\lambda )$ $\lambda$

A függvényt empirikusan határozzuk meg, és táblázatos formában adjuk meg [4] . Értékei nem függenek a használt fényegységek megválasztásától. $V(\lambda)$

A jelentésről elmondottakkal ellentétben teljes mértékben a fő fényegység megválasztása határozza meg. Ezért az SI-rendszerben a fény- és energiamennyiségek közötti kapcsolat megállapításához meg kell határozni az SI-ben elfogadott fényerősség kandela-egységének megfelelő értéket. A definíció szigorú megközelítésénél figyelembe kell venni, hogy a kandela definíciójában hivatkozott 540⋅10 12 Hz spektrumpont nem esik egybe a függvény maximumának helyzetével . $V(\lambda)$ $K_{m}$ $K_{m}$ $K_{m}$ $V(\lambda)$

540⋅10 12 Hz frekvenciájú sugárzás fényhatásfoka

Általános esetben a fény intenzitása összefüggésben van a sugárzás intenzitásával $én_{v}$ $Azaz}$

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

ahol a sugárzási erő spektrális sűrűsége egyenlő . $I_{{e,\lambda }}$ ${\frac {dI_{e}(\lambda )}{d\lambda }}$

A hullámhosszú monokromatikus sugárzásnál a fényerősséget a sugárzási intenzitáshoz viszonyító képlet egyszerűsödik, és a következő alakot veszi fel: $\lambda$ $I_{v}(\lambda )$ $I_{e}(\lambda )$

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

vagy a hullámhosszról a frekvenciára való váltás után,

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

Az utolsó összefüggésből ν 0 = 540⋅10 esetén 12 Hz következik

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

Adva a kandela definícióját, azt kapjuk

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

, vagy, ami ugyanaz

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

A szorzat a monokromatikus sugárzás spektrális fényhatékonyságának értéke 540⋅10 12 Hz frekvencián. A gyártási módszerből következően ez az érték pontosan 683 cd sr / W = 683 lm / W . $K_{m}\cdot V(\nu _{0})$

Maximális fényhatásfok K m

A meghatározásához figyelembe kell venni, hogy a fent említettek szerint az 540⋅10 12 Hz frekvencia ≈555,016 nm hullámhossznak felel meg. Ezért az utolsó egyenlőség azt jelenti $K_{m}$

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

A normalizált függvény táblázatos formában van megadva 1 nm intervallummal, maximuma 555 nm hullámhosszon egyenlő az egységgel. Értékeinek interpolációja 555,016 nm hullámhosszra 0,999997 értéket ad [3] . Ezt az értéket felhasználva azt kapjuk $V(\lambda)$

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

A gyakorlatban minden esetben megfelelő pontossággal kerekített értéket használnak $K_{m}=683~\mathrm {\frac {lm}{W)) .$

Így az SI rendszerben egy tetszőleges fénymennyiség és a megfelelő energiamennyiség közötti összefüggést az általános képlet fejezi ki $X_{v}$ $X_{e}$

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

Történelem

1893-ban Németországban , majd Ausztriában , Svájcban és a skandináv országokban a F. Hefner-Altenek által 1884-ben javasolt „ Hefner-gyertyát ” [5] alkalmazták a fényerősség mértékegységeként . Ebben az esetben egy speciális kialakítású kanóclámpa szolgált standardként. Amil-acetátot használt üzemanyagként .
1896-ban a Nemzetközi Elektrotechnikai Kongresszus egy "tizedes gyertyát" fogadott el, amely 1,12 Hefner-gyertyának felel meg.
1909-ben a decimális gyertyát felváltották a "nemzetközi gyertyával", amely 1,11 Hefner-gyertyának felel meg. A nemzetközi gyertyát nem kanóclámpa segítségével reprodukálták, hanem speciális izzólámpák segítségével .
1948-ban döntés született egy új egység – a kandela – elfogadásáról. A Candela egy fénystandard használatán alapult, amelynek tulajdonságai közel állnak az abszolút fekete testéhez (Planck-féle emitter). A szabvány fénykibocsátója egy olvasztott tórium -oxidból készült , minden oldalról platinával körülvett cső volt, amely megszilárdulási hőmérsékleten (2046,6 K) volt. A kandelát a normál irányába kibocsátott fény intenzitásaként határoztuk meg a meghatározott szabvány sugárzó felületének 1/60 cm 2 -éről. Az így bevezetett kandela 1005-ször kisebb volt, mint a nemzetközi gyertya [6] . 1979-ig a fényerő mértékegységeként használták.
1979-ben a XVI. Általános Súly- és Mértékkonferencia (CGPM) elfogadta a kandela 2019-ig érvényes definícióját.
2011-ben a XXIV. CGPM határozatot [7] fogadott el , amelyben különösen azt javasolta, hogy a Nemzetközi Mértékegységrendszer jövőbeli felülvizsgálata során a kandela új definícióját fogadják el. A határozatban a meglévővel teljesen egyenértékűnek minősített javasolt új definíció a következőképpen fogalmazódik meg. „A kandela, a cd szimbólum, a fényerősség mértékegysége egy adott irányban; értékét úgy határozzuk meg, hogy az 540⋅10 12 Hz frekvenciájú monokromatikus sugárzás fényhatékonyságának számértékét pontosan 683-ra állítjuk, ha m −2 kg −1 s 3 cd sr, vagy cd SI mértékegységben van kifejezve. sr W − 1 , ami egyenlő lm W −1 ".
A 2014-ben megtartott XXV CGPM úgy döntött, hogy folytatja az SI új felülvizsgálatának előkészítését, beleértve a kandela újradefiniálását, és 2018-ra tervezte ezt a munkát annak érdekében, hogy a meglévő SI-t XXVI. CGPM ugyanabban az évben [8] . Az új meghatározás 2019-ben lépett hatályba.

Példák

A gyertya által kibocsátott fény intenzitása megközelítőleg egy kandelával egyenlő, ezért ezt a mértékegységet korábban "gyertyának" hívták, mára ez a név elavult és nem használatos.

A háztartási izzólámpáknál a kandelában mért fényerősség megközelítőleg megegyezik a wattban kifejezett teljesítményükkel.

Különféle fényforrások fényintenzitása

Forrás	Power, W	Hozzávetőleges fényerősség, cd
Gyertya		egy
Modern (2010) izzólámpa	100	100
Közönséges LED	0,015...0,1	0,005..3
Szuper fényes LED	egy	25…500
Szuper fényes LED kollimátorral	egy	1500
Modern (2010) fénycső	22	120
V [9]	3,83⋅10 26	2,8⋅10 27

Fénymennyiségek

A fő fényfotometriai mennyiségekre vonatkozó információkat a táblázat tartalmazza.

Fényfotometriai mennyiségek SI

Név	Értékmegjelölés	Meghatározás	SI mértékegység jelölés	Energia analóg
fényenergia	$Q_{v}$	$K_{m}\int _{380~{\text{nm))}^{780~{\text{nm))}Q_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )\ ,d\lambda$	lm s_ _	Sugárzási energia
Fény áramlás	$\Phi _{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dt}}$	lm	sugárzási fluxus
A fény ereje	$én_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{d\Omega }}$	CD	Sugárzás erőssége (a fény energiaereje)
A fényenergia térfogatsűrűsége	$U_{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dV}}$	lm s m −3	A térfogati sugárzás energiasűrűsége
Fényesség	$M_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{1}}}$	lm m −2	Energia fényesség
Fényerősség	$L_{v}$	${\frac {d^{2}\Phi _{v}}{d\Omega \,dS_{1}\,\cos \varepsilon }}$	cd m −2	Energia Fényesség
Integrált fényerő	$\Lambda _{v}$	$\int _{0}^{t}L_{v}(t')\,dt'$	cd s m −2	Integrált energia fényerő
megvilágítás	$E_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{2}}}$	rendben	Sugárzás
fény expozíció	$H_{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dS_{2}}}$	lx s	energia expozíció
A fényenergia spektrális sűrűsége	$Q_{{v,\lambda }}$	${\frac {dQ_{v}}{d\lambda }}$	lm s m −1	A sugárzás spektrális energiasűrűsége

Itt a forrásfelületi elem területe, a vevőfelületi elem területe, valamint a forrásfelületi elem normális és a megfigyelési irány közötti szög. $dS_{1}$ $dS_{2}$ $\varepsilon$

Lásd még

Lumen - a fényáram mértékegysége

Jegyzetek

↑ GOST 8.417-2002. A mérések egységességét biztosító állami rendszer. 2012. november 10-én archivált egységek a Wayback Machine -nél .
↑ Az SI-ben a cd és a cd , mint más hasonló objektumok, nem rövidítések, hanem megnevezések. Ez a név tükrözi a kezelésükre vonatkozó megállapított szabályokat.
↑ 1 2 A fotometriai alapegység – a kandela. SI Brosúra 2. függelék Archiválva : 2012. április 26. a Wayback Machine -nél .
↑ GOST 8.332-78. A mérések egységességét biztosító állami rendszer. Fénymérések. A monokromatikus sugárzás relatív spektrális fényhatékonysági értékei nappali látáshoz Archiválva : 2013. október 4. a Wayback Machine -nél .
↑ Höfner gyertyája // Nagy Szovjet Enciklopédia : [30 kötetben] / ch. szerk. A. M. Prohorov . - 3. kiadás - M . : Szovjet Enciklopédia, 1969-1978. Nagy szovjet enciklopédia. — M.: Szovjet Enciklopédia. 1969-1978.
↑ Sivukhin D.V. A fizika általános kurzusa. - M. : Fizmatlit, 2005. - T. IV. Optika. - S. 156. - 792 p. — ISBN 5-9221-0228-1 .
↑ A Nemzetközi Mértékegységrendszer lehetséges jövőbeni felülvizsgálatáról, az SI. Archiválva : 2012. március 4. a Wayback Machine 1. határozatában, a CGPM 24. ülésén (2011).
↑ A Nemzetközi Mértékegységrendszer jövőbeli felülvizsgálatáról az SI . 25. CGPM (2014) 1. határozata . BIPM . Letöltve: 2015. október 9. Az eredetiből archiválva : 2017. május 14..
↑ Babichev A.P., Babushkina N.A., Bratkovsky A.M. és mások. Fizikai mennyiségek / Szerk. Grigorieva I.S. és Meilikhova E.Z. - Útmutató. - M . : Energoatomizdat, 1991. - S. 1200. - 1232 p. — 50.000 példány. - ISBN 5-283-04013-5 .

Linkek

Az OKEI Candela kódja

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán Nagy norvég Nagy orosz Nagy Szovjet (1 kiadás) Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 1025833252

SI mértékegységek
Alapegységek	amper kandela kelvin kilogramm méter anyajegy második
Származtatott egységek speciális elnevezéssel	becquerel watt weber volt Henrik hertz Celsius fok szürke joule sievert gurult medál luxus lumen newton ohm pascal radián Siemens steradián tesla farad
SI- vel használható	angström csillagászati egység hektár ív foka ívperc ív második dalton (atomi tömegegység) fehér liter neper nap óra perc tonna elektron-volt
Lásd még	SI előtagok Mértékegység átváltás A metrikus rendszer története Metrikus egyezmény 1875 Meghatározások 2005–2019 Újradefiníció 2019

Fény mennyiségek
fényenergia Fény áramlás Fényerősség A fény ereje Fényesség megvilágítás Térbeli megvilágítás megvilágítás fény expozíció Térbeli fényexpozíció A fényenergia térfogatsűrűsége Integrált fényerő A fényenergia térfogatsűrűsége A fényintenzitás térfogatsűrűsége Egyenértékű fényerő