Candela

Candela (av lat. candela - candle; rysk beteckning: cd ; internationell: cd ) är en enhet för ljusstyrka , en av de sju grundläggande enheterna i International System of Units (SI) . Definieras som "ljusstyrkan i en given riktning för en källa som avger monokromatisk strålning med en frekvens på 540⋅10 12 Hz , vars ljusstyrka i den riktningen är 1/683 W / sr " [1] [2] . Antogs som SI-enhet 1979 XVIGeneralkonferens om vikter och mått .

Det följer av definitionen att värdet på den spektrala ljuseffektiviteten för monokromatisk strålning för en frekvens på 540⋅10 12 Hz är 683 lm / W = 683 cd sr/W exakt .

Den valda frekvensen motsvarar en våglängd på 555.016 nm i luft under standardförhållanden [3] och är nära den maximala känsligheten för det mänskliga ögat , belägen vid en våglängd av 555 nm. Om strålningen har en annan våglängd krävs en högre energiintensitet av ljus för att uppnå samma ljusstyrka.

Detaljerad recension

Alla ljusmängder är reducerade fotometriska kvantiteter . Detta innebär att de bildas från motsvarande energifotometriska kvantitet med hjälp av en funktion som representerar beroendet av den spektrala ljuseffektiviteten för monokromatisk strålning för dagsseende på våglängd. Denna funktion representeras vanligtvis som Kallas ibland även den fotometriska motsvarigheten till strålning. $K_{m}\cdot V(\lambda )$ $V(\lambda )$ $K_{m}$ $K_{m}$

Beräkningen av ljusmängden som motsvarar energimängden görs med hjälp av formeln $X_{v},$ $X_{e},$

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

där är spektraltätheten för en storhet definierad som förhållandet mellan kvantiteten per litet spektralintervall inneslutet mellan och till bredden av detta intervall: $X_{{e,\lambda }}$ $X_{e},$ $dX_{e}(\lambda ),$ $\lambda$ $\lambda +d\lambda ,$

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

Det kan noteras att vi här menar flödet av den del av strålningen vars våglängd är mindre än det aktuella värdet . $X_{e}(\lambda )$ $\lambda$

Funktionen bestäms empiriskt och ges i tabellform [4] . Dess värden beror inte på valet av ljusenheter som används. $V(\lambda )$

Till skillnad från vad som sades om innebörden bestäms helt av valet av huvudljusenheten. För att upprätta ett samband mellan ljus- och energimängder i SI-systemet krävs det därför att bestämma värdet som motsvarar candela-enheten för ljusstyrka som används i SI. Med ett strikt förhållningssätt till definitionen måste det tas med i beräkningen att spektralpunkten 540⋅10 12 Hz, som hänvisas till i definitionen av candela, inte sammanfaller med positionen för funktionens maximum . $V(\lambda )$ $K_{m}$ $K_{m}$ $K_{m}$ $V(\lambda )$

Ljuseffektivitet för strålning med en frekvens på 540⋅10 12 Hz

I det allmänna fallet är ljusets intensitet relaterad till intensiteten av strålning av relationen $I_{v}$ $jag_{e}$

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

där är strålningskraftens spektrala täthet, lika med . $I_{{e,\lambda }}$ ${\frac {dI_{e}(\lambda )}{d\lambda }}$

För monokromatisk strålning med en våglängd förenklar formeln som relaterar ljusintensiteten till strålningsintensiteten , i form av $\lambda$ $I_{v}(\lambda )$ $I_{e}(\lambda )$

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

eller, efter att ha gått från våglängder till frekvenser,

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

Från den sista relationen för ν 0 = 540⋅10 följer 12 Hz

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

Med tanke på definitionen av en candela får vi

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

, eller, vilket är detsamma

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

Produkten är värdet av den spektrala ljuseffektiviteten för monokromatisk strålning för en frekvens på 540⋅10 12 Hz. Som följer av produktionsmetoden är detta värde lika med 683 cd sr / W = 683 lm / W exakt . $K_{m}\cdot V(\nu _{0})$

Maximal ljuseffektivitet K m

För att bestämma bör det beaktas att, som nämnts ovan, frekvensen 540⋅10 12 Hz motsvarar en våglängd på ≈555,016 nm. Därför innebär den sista jämlikheten $K_{m}$

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

Den normaliserade funktionen ges i tabellform med ett intervall på 1 nm, den har ett maximum som är lika med enhet vid en våglängd av 555 nm. Interpolation av dess värden för en våglängd på 555,016 nm ger ett värde på 0,999997 [3] . Genom att använda detta värde får vi $V(\lambda )$

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

I praktiken, med tillräcklig noggrannhet för alla fall, används ett avrundat värde $K_{m}=683~\mathrm {\frac {lm}{W)) .$

Således uttrycks förhållandet mellan en godtycklig ljusmängd och dess motsvarande energimängd i SI-systemet med den allmänna formeln $X_{v}$ $X_{e}$

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

Historik

År 1893 i Tyskland , och sedan i Österrike , Schweiz och i de skandinaviska länderna, antogs " Hefner-ljuset " [5] , som föreslogs 1884 av F. Hefner-Altenek , som en enhet för ljusstyrka . I det här fallet fungerade en veklampa av en speciell design som standard. Den använde amylacetat som bränsle .
1896 antog International Electrotechnical Congress ett "decimalljus", lika med 1,12 Hefner-ljus.
1909 ersattes decimalljuset av det "internationella ljuset", lika med 1,11 Hefner-ljus. Det internationella ljuset reproducerades inte med hjälp av en vekelampa, utan med hjälp av speciella glödlampor .
1948 fattades beslut om att anta en ny enhet - candela. Candela baserades på användningen av en ljusstandard med egenskaper nära de för en absolut svart kropp (Plancks sändare). Ljussändaren i standarden var ett rör tillverkat av smält toriumoxid och omgivet på alla sidor av platina , som hade en stelningstemperatur (2046,6 K). Candela definierades som intensiteten av ljus som emitterats i riktning mot normalen från 1/60 cm 2 av den utstrålande ytan av den specificerade standarden. Candelan som introducerades på detta sätt var 1.005 gånger mindre än det internationella ljuset [6] . Den användes som en enhet för ljusstyrka fram till 1979.
1979 antog XVI General Conference on Weights and Measures (CGPM) definitionen av candela, giltig till 2019.
2011 antog XXIV CGPM en resolution [7] , där det framför allt föreslogs att anta en ny definition av candela i en framtida översyn av det internationella enhetssystemet. Den föreslagna nya definitionen, som i resolutionen kvalificeras som helt likvärdig med den befintliga, är formulerad enligt följande. ”Candelan, symbol cd, är enheten för ljusstyrka i en given riktning; dess värde bestäms genom att ställa in det numeriska värdet för ljuseffektiviteten för monokromatisk strålning med en frekvens på 540⋅10 12 Hz till exakt 683, om det uttrycks i SI-enheten m −2 kg −1 s 3 cd sr, eller cd sr W − 1 , vilket är lika med lm W −1 ".
XXV CGPM, som hölls 2014, beslutade att fortsätta arbetet med att förbereda en ny revidering av SI, inklusive en omdefiniering av candela, och planerade att slutföra detta arbete senast 2018 för att ersätta den befintliga SI med en uppdaterad version vid XXVI CGPM samma år [8] . Den nya definitionen trädde i kraft 2019.

Exempel

Intensiteten på ljuset som sänds ut av ett ljus är ungefär lika med en candela, så denna måttenhet kallades förr "ljus", nu är detta namn föråldrat och används inte.

För hushållsglödlampor är ljusstyrkan i candela ungefär lika med deras effekt i watt.

Ljusintensitet från olika källor

Källa	Power, W	Ungefärlig ljusintensitet, cd
Ljus		ett
Modern (2010) glödlampa	100	100
Vanlig LED	0,015...0,1	0,005...3
Superstark LED	ett	25…500
Superstark LED med kollimator	ett	1500
Modern (2010) lysrör	22	120
Sön [9]	3,83⋅10 26	2,8⋅10 27

Lätta mängder

Information om de huvudsakliga ljusfotometriska mängderna ges i tabellen.

Ljusfotometriska storheter SI

namn	Värdebeteckning	Definition	SI-enhetsbeteckning	Energianalog
ljusenergi	$Q_{v}$	$K_{m}\int _{380~{\text{nm))}^{780~{\text{nm))}Q_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )\ ,d\lambda$	lm s _	Strålningsenergi
Ljusflöde	$\Phi _{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dt}}$	lm	strålningsflöde
Ljusets kraft	$I_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{d\Omega }}$	CD	Strålningsstyrka (ljusets energistyrka)
Volumetrisk densitet av ljusenergi	$U_{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dV}}$	lm s m −3	Volumetrisk strålningsenergitäthet
Ljusstyrka	$M_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{1}}}$	lm m −2	Energi ljusstyrka
Ljusstyrka	$L_{v}$	${\frac {d^{2}\Phi _{v}}{d\Omega \,dS_{1}\,\cos \varepsilon }}$	cd m −2	Energi Ljusstyrka
Integrerad ljusstyrka	$\Lambda _{v}$	$\int _{0}^{t}L_{v}(t')\,dt'$	cd s m −2	Inbyggd energiljusstyrka
belysning	$E_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{2}}}$	OK	Bestrålning
ljusexponering	$H_{v}$	${\frac {dQ_{v}}{dS_{2}}}$	lx s	energiexponering
Spektral densitet av ljusenergi	$Q_{{v,\lambda }}$	${\frac {dQ_{v}}{d\lambda }}$	lm s m −1	Spektral energitäthet för strålning

Här är arean för källytelementet, är arean för mottagarytelementet och är vinkeln mellan normalen till källytelementet och observationsriktningen. $dS_{1}$ $dS_{2}$ $\varepsilon$

Se även

Lumen - en måttenhet för ljusflöde

Anteckningar

↑ GOST 8.417-2002. Statligt system för att säkerställa enhetlighet i mätningar. Enheter Arkiverade 10 november 2012 på Wayback Machine .
↑ I SI är cd och cd , liksom andra liknande objekt, inga förkortningar, utan beteckningar. Detta namn återspeglar de etablerade reglerna för hantering av dem.
↑ 1 2 Den fotometriska basenheten — candela. SI Broschyr Bilaga 2 Arkiverad 26 april 2012 på Wayback Machine .
↑ GOST 8.332-78. Statligt system för att säkerställa enhetlighet i mätningar. Ljusmått. Relativa spektrala ljuseffektivitetsvärden för monokromatisk strålning för dagtidsseende Arkiverad 4 oktober 2013 på Wayback Machine .
↑ Höfners ljus // Stora sovjetiska encyklopedin : [i 30 volymer] / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M . : Soviet Encyclopedia, 1969-1978. Stora sovjetiska encyklopedien. — M.: Sovjetiskt uppslagsverk. 1969-1978.
↑ Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. - M. : Fizmatlit, 2005. - T. IV. Optik. - S. 156. - 792 sid. — ISBN 5-9221-0228-1 .
↑ Om den möjliga framtida revideringen av det internationella enhetssystemet, SI. Arkiverad 4 mars 2012 vid Wayback Machine Resolution 1 från det 24:e mötet i CGPM (2011).
↑ Om den framtida revideringen av det internationella enhetssystemet, SI . Resolution 1 av den 25:e CGPM (2014) . BIPM . Hämtad 9 oktober 2015. Arkiverad från originalet 14 maj 2017.
↑ Babichev A.P., Babushkina N.A., Bratkovsky A.M. och andra. Fysiska kvantiteter / Ed. Grigorieva I.S. och Meilikhova E.Z. - Referensbok. - M . : Energoatomizdat, 1991. - S. 1200. - 1232 sid. — 50 000 exemplar. - ISBN 5-283-04013-5 .

Länkar

Candela-kod från OKEI

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Great Soviet (1 upplaga) Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	GND : 1025833252

SI-enheter
Grundenheter	ampere candela kelvin kilogram meter mol andra
Härledda enheter med speciella namn	becquerel watt weber volt Henry hertz grader Celsius grå joule sievert rullad hängsmycke lyx lumen newton ohm pascal radian Siemens steradian tesla farad
Godkänd för användning med SI	ångström astronomisk enhet hektar grad av båge bågminut andra av bågen dalton (atommassaenhet) vit liter neper dag timme minut ton elektron-volt
se även	SI-prefix Enhetskonvertering Det metriska systemets historia Metrisk konvention 1875 Definitioner 2005–2019 Omdefiniering 2019

Lätta mängder
ljusenergi Ljusflöde Ljusstyrka Ljusets kraft Ljusstyrka belysning Rumslig belysning belysning ljusexponering Rumslig ljusexponering Volumetrisk densitet av ljusenergi Integrerad ljusstyrka Volumetrisk densitet av ljusenergi Volymdensitet av ljusintensitet Motsvarande ljusstyrka