Кандела - Википедия - Candela

Эта статья про единицу силы света. Для использования в других целях см. Кандела (значения).

Кандела
Luminosity.svg
Фотопикс (черный и скотопический[1] (зеленый) функции светимости. Фотопортрет включает стандарт CIE 1931[2] (сплошные), модифицированные данные Джадда – Вос 1978 г.[3] (пунктирная линия) и данные Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle 2005 г.[4] (пунктирный). По горизонтальной оси отложена длина волны в нм.
Общая информация
Система единицБазовая единица СИ
ЕдиницаИнтенсивность света
СимволCD
Конверсии
1 кд в ...... равно ...
   международные свечи   ≈ 1.02 cp  
   Хефнер Керце   ≈ 1.11 HK  

В кандела (/kæпˈdɛлə/ или же /kæпˈdялə/; символ: CD) это базовый блок из интенсивность света в Международная система единиц (SI); то есть световая мощность на единицу телесный угол испускается точечным источником света в определенном направлении. Сила света аналогична интенсивность излучения, но вместо того, чтобы просто складывать вклады каждого длина волны света в спектре источника вклад каждой длины волны равен взвешенный по стандарту функция светимости (модель чувствительности человеческого глаза к разным длинам волн).[4][5] Обычный воск свеча излучает свет с 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 является латинский за свеча. Старое название «свеча» иногда используется до сих пор, как в фут-свеча и современное определение свеча.[6]

Определение

26-я Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) изменило определение канделы в 2018 году.[7] Новое определение, вступившее в силу 20 мая 2019 года, гласит:

Кандела [...] определяется как фиксированное числовое значение световой отдачи монохроматического излучения частотой 540 × 10.12 Гц, KCD, равняется 683 при выражении в лм Вт–1, что равно cd sr W–1, или же cd sr кг–1 м–2 s3, где килограмм, метр и секунда определены через час, c и ΔνCS.

Объяснение

Линейный видимый спектр.svg

Выбранная частота находится в видимый спектр возле зеленый, что соответствует длине волны около 555 нанометров. В человеческий глаз, когда адаптированный для ярких условий наиболее чувствителен около этой частоты. В этих условиях фотопическое зрение преобладает в визуальном восприятии наших глаз над скопическое зрение. На других частотах, в соответствии с частотной характеристикой человеческого глаза, требуется более высокая интенсивность излучения для достижения той же силы света. Сила света для света определенной длины волны λ дан кем-то

куда яv(λ) это интенсивность света, яе(λ) это интенсивность излучения и это фотопикс функция светимости. Если присутствует более одной длины волны (как это обычно бывает), нужно интегрировать по спектр длин волн, чтобы получить общую силу света.

Примеры

  • Обычная свеча излучает свет с силой света примерно 1 кд.
  • Компактная люминесцентная лампа мощностью 25 Вт тушит около 1700 шт.люмен; если этот свет излучается одинаково во всех направлениях (т.е. более 4π стерадианы ), он будет иметь интенсивность .
  • Сфокусированная в луче под углом 20 °, та же самая лампочка будет иметь интенсивность около 18 000 кд внутри луча.

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. Одна свеча - это свет, производимый чистым спермацет свеча весом одну шестую фунта, горящая со скоростью 120зерна в час. Германия, Австрия и Скандинавия использовали Хефнеркерзе, блок, основанный на выходе Лампа Хефнера.[8]

Стало ясно, что нужна более четко определенная единица. Жюль Виоль предложил стандарт на основе света, излучаемого на 1 см2 из платина в точке плавления (или точки замерзания), называя это Violle. Интенсивность света была обусловлена Радиатор Planck (а черное тело ) эффект и, таким образом, не зависел от конструкции устройства. Это облегчило любому измерить эталон, поскольку платина высокой чистоты была широко доступна и легко приготовлена.

В Commission Internationale de l'Éclairage (Международная комиссия по освещению) и CIPM предложили «новую свечу», основанную на этой базовой концепции. Однако значение новой единицы было выбрано так, чтобы сделать ее похожей на мощность свечи более ранней единицы, путем деления Violle на 60. Решение было обнародовано CIPM в 1946 году:

Ценность новая свеча такова, что яркость полного радиатора при температуре застывания платины составляет 60 новых свечей на квадратный сантиметр.[9]

Затем он был ратифицирован в 1948 году 9-й ГКГВ, которая приняла новое название для этого подразделения, кандела. В 1967 году 13-я сессия CGPM удалила термин «новая свеча» и представила исправленную версию определения канделы, указав атмосферное давление, применяемое к замерзающей платине:

Кандела - это сила света в перпендикулярном направлении поверхности 1 / 600 000 квадратный метр черного тела при температуре замерзания платины под давлением 101 325 ньютонов на квадратный метр.[10]

В 1979 году из-за трудностей в реализации радиатора Planck для высоких температур и новых возможностей, предлагаемых радиометрия 16-я сессия CGPM приняла новое определение канделы:[11][12]

Кандела - это сила света в заданном направлении источника, излучающего монохроматическое излучение с частотой 540×1012 герц и это интенсивность излучения в этом направлении 1/683 ватт на стерадиан.

Определение описывает, как создать источник света, который (по определению) излучает одну канделу, но не определяет функцию яркости для взвешивания излучения на других частотах. Такой источник затем можно было бы использовать для калибровки приборов, предназначенных для измерения силы света, относительно заданной функции светимости. Приложение к брошюре SI[13] проясняет, что функция яркости не определяется однозначно, но должна быть выбрана для полного определения канделы.

Произвольный (1/683) термин был выбран так, чтобы новое определение точно соответствовало старому определению. Хотя кандела теперь определяется в терминах второй (базовая единица СИ) и ватт (производная единица СИ), кандела по определению остается базовой единицей системы СИ.[14]

26-я сессия CGPM утвердила современное определение канделы в 2018 году как часть 2019 новое определение базовых единиц СИ, который переопределил базовые единицы СИ с точки зрения фундаментальных физических констант.

Фотометрические световые единицы SI

SI фотометрические величины
КоличествоЕдиница измеренияИзмерениеПримечания
ИмяСимвол[nb 1]ИмяСимволСимвол[nb 2]
Световая энергияQv[№ 3]люмен второйlm ⋅sТ JСекунду просвета иногда называют талбот.
Световой поток, сила светаΦv[№ 3]просвет (= кандела стерадианы )lm (= cd⋅sr)JСветовая энергия в единицу времени
Интенсивность светаяvкандела (= люмен на стерадиан)CD (= лм / ср)JСветовой поток на единицу телесный угол
ЯркостьLvкандела на квадратный метркд / м2 (= лм / (ср⋅м2))L−2JСветовой поток на единицу телесного угла на единицу прогнозируемый исходная область. Канделу на квадратный метр иногда называют гнида.
ОсвещенностьEvлюкс (= люмен на квадратный метр)лк (= лм / м2)L−2JСветовой поток инцидент на поверхности
Световая отдача, световой потокMvлюмен на квадратный метрлм / м2L−2JСветовой поток испускается с поверхности
Световая экспозицияЧАСvлюкс второйлксL−2Т JИнтегрированная по времени освещенность
Плотность световой энергииωvлюмен-секунда на кубический метрлм⋅с / м3L−3Т J
Световая отдача (излучения)Kлюмен на ваттлм /WM−1L−2Т3JОтношение светового потока к лучистый поток
Световая отдача (источника)η[№ 3]люмен на ваттлм /WM−1L−2Т3JОтношение светового потока к потребляемой мощности
Световая отдача, световой коэффициентV1Световая отдача, нормализованная по максимально возможной световой отдаче
Смотрите также: SI  · Фотометрия  · Радиометрия
  1. ^ Организации по стандартизации рекомендуют обозначать фотометрические величины индексом "v" (от "визуального"), чтобы избежать путаницы с радиометрическими или фотон количества. Например: Стандартные буквенные символы США для светотехники USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
  2. ^ Символы в этом столбце обозначают размеры; "L", "Т" и "J"обозначают длину, время и силу света соответственно, а не символы для единицы литр, тесла и джоуль.
  3. ^ а б c Иногда встречаются альтернативные символы: W для световой энергии, п или же F для светового потока, и ρ для световой отдачи источника.

Связь между силой света, световым потоком и освещенностью

Если источник излучает известную силу света яv (в канделах) в четко определенном конусе, общая световой поток Φv в люмен дан кем-то

Φv = яv 2π [1 - cos (А/2)],

куда А это угол излучения лампы - полный угол при вершине конуса излучения. Например, лампа, излучающая 590 кд при угле излучения 40 °, излучает около 224 люмен. Видеть MR16 для углов свечения некоторых распространенных ламп.[15][16]

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

Для целей измерения освещенности кандела не является практичной единицей, поскольку она применяется только к идеализированным точечным источникам света, каждый из которых аппроксимируется источником, малым по сравнению с расстоянием, на котором измеряется его световое излучение, также при условии, что это сделано. при отсутствии других источников света. Что напрямую измеряется люксметр - это падающий свет на датчик конечной площади, т.е. освещенность в лм / м2 (люкс). Однако, если проектировать освещение от многих точечных источников света, таких как электрические лампочки, с известной приблизительной равномерной во всех направлениях интенсивностью, вклады в освещенность от некогерентный свет будучи аддитивным, он математически оценивается следующим образом. Если ря позиция я-й источник равномерной интенсивности яя, и â это единичный вектор нормальный к освещенной элементарной непрозрачной области dA измеряется и при условии, что все источники света находятся в одном и том же полупространстве, разделенном плоскостью этой области,

В случае одноточечного источника света интенсивности яv, На расстоянии р и обычно случается, это сводится к

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Кривая светимости CIE Scotopic (1951)
  2. ^ CIE (1931) 2-градусные функции согласования цветов
  3. ^ Кривая 2-градусной фотопической светимости, модифицированная Джаддом – Восом (CIE) (1978)
  4. ^ а б Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle (2005) 2-градусная функция световой отдачи V * (l) В архиве 27 сентября 2007 г. Wayback Machine
  5. ^ Wyzecki, G .; Стайлз, У. (1982). Цветоведение: концепции и методы, количественные данные и формулы (2-е изд.). Wiley-Interscience. ISBN  0-471-02106-7.
  6. ^ "Candlepower - Определение". Словарь Merriam-Webster. Получено 15 февраля 2015.
  7. ^ «Созыв Генеральной конференции по мерам и весам (26-е заседание)» (pdf). Версаль: Международное бюро Poids et Mesures. 13 ноября 2018.
  8. ^ «Блок Хефнера, или свеча Хефнера». Sizes.com. 30 мая 2007 г.. Получено 25 февраля 2009.
  9. ^ Барри Н. Тейлор (1992). Метрическая система: Международная система единиц (СИ). Министерство торговли США. п. 18. ISBN  0-941375-74-9. (Специальная публикация NIST 330, изд. 1991 г.)
  10. ^ Резолюция 13-й ГКБВ № 5, CR, 104 (1967) и Метрология, 4, 43–44 (1968).
  11. ^ Резолюция 3 16-й ГКБВ, CR, 100 (1979) и Метрология, 16, 56 (1980).
  12. ^ «Определения базовой единицы: кандела». В NIST Справка о константах, единицах и неопределенности. Получено 27 сентября 2010.
  13. ^ "Mise en pratique для определения канделы и связанных производных единиц фотометрических и радиометрических величин в Международной системе единиц (СИ) " (PDF). Брошюра SI Приложение 2. Bureau International des Poids et Mesures. Июль 2015 г.. Получено 7 декабря 2017.
  14. ^ «Фотометрическая базовая единица - кандела» (PDF). Брошюра SI. Bureau International des Poids et Mesures. 7 сентября 2007 г.
  15. ^ Теория
  16. ^ Онлайн конвертер