Candela

Candela (del lat. candela - vela; designación rusa: cd ; internacional: cd ) es una unidad de intensidad luminosa , una de las siete unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades (SI) . Definida como “la intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente que emite una radiación monocromática con una frecuencia de 540⋅10 12 Hz , cuya intensidad luminosa en esa dirección es 1/683 W / sr ” [1] [2] . Adoptado como unidad SI en 1979 XVIConferencia General de Pesos y Medidas .

De la definición se sigue que el valor de la eficiencia luminosa espectral de la radiación monocromática para una frecuencia de 540⋅10 12 Hz es 683 lm / W = 683 cd sr/W exactamente .

La frecuencia seleccionada corresponde a una longitud de onda de 555,016 nm en el aire en condiciones estándar [3] y se acerca a la máxima sensibilidad del ojo humano , situada en una longitud de onda de 555 nm. Si la radiación tiene una longitud de onda diferente, entonces se requiere una mayor intensidad de energía de la luz para lograr la misma intensidad luminosa.

Reseña detallada

Todas las cantidades de luz son cantidades fotométricas reducidas . Esto significa que se forman a partir de la cantidad fotométrica de energía correspondiente mediante una función que representa la dependencia de la eficiencia luminosa espectral de la radiación monocromática para visión diurna con respecto a la longitud de onda. Esta función generalmente se representa como A veces también llamado el equivalente fotométrico de la radiación. $K_{m}\cdot V(\lambda )$ $V(\lambda)$ $K_{m}$ $K_{m}$

El cálculo de la cantidad de luz correspondiente a la cantidad de energía se realiza mediante la fórmula $X_{v},$ $X_{e},$

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

donde es la densidad espectral de una cantidad definida como la relación de la cantidad por pequeño intervalo espectral encerrado entre y al ancho de este intervalo: $X_{{e,\lambda}}$ $X_{e},$ $dX_{e}(\lambda ),$ $\lambda$ ${\ estilo de visualización \ lambda + d \ lambda,}$

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

Se puede notar que aquí nos referimos al flujo de esa parte de la radiación cuya longitud de onda es menor que el valor actual . $X_{e}(\lambda)$ $\lambda$

La función se determina empíricamente y se da en forma tabular [4] . Sus valores no dependen de la elección de las unidades de luz utilizadas. $V(\lambda)$

A diferencia de lo que se dijo sobre el significado está completamente determinado por la elección de la unidad de luz principal. Por lo tanto, para establecer una relación entre las cantidades de luz y energía en el sistema SI, se requiere determinar el valor correspondiente a la unidad candela de intensidad luminosa adoptada en el SI. Con un enfoque estricto de la definición , se debe tener en cuenta que el punto espectral 540⋅10 12 Hz, al que se hace referencia en la definición de la candela, no coincide con la posición del máximo de la función . $V(\lambda)$ $K_{m}$ $K_{m}$ $K_{m}$ $V(\lambda)$

Eficiencia luminosa de la radiación con una frecuencia de 540⋅10 12 Hz

En el caso general, la intensidad de la luz está relacionada con la intensidad de la radiación por la relación $yo_{v}$ $Es decir}$

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

donde es la densidad espectral de la fuerza de radiación, igual a . $I_{{e,\lambda}}$ ${\frac{dI_{e}(\lambda)}{d\lambda}}$

Para radiación monocromática con longitud de onda , la fórmula que relaciona la intensidad luminosa con la intensidad radiante , se simplifica, tomando la forma $\lambda$ $I_{v}(\lambda)$ $I_{e}(\lambda)$

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

, o, después de pasar de longitudes de onda a frecuencias,

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

De la última relación para ν 0 = 540⋅10 12 Hz sigue

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

Dada la definición de una candela, obtenemos

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

, o lo que es lo mismo

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

El producto es el valor de la eficiencia luminosa espectral de la radiación monocromática para una frecuencia de 540⋅10 12 Hz. Como se desprende del método de producción, este valor es igual a 683 cd sr/W = 683 lm/W exactamente . $K_{m}\cdot V(\nu _{0})$

Máxima eficiencia luminosa K m

Para determinar , se debe tener en cuenta que, como se mencionó anteriormente, la frecuencia 540⋅10 12 Hz corresponde a una longitud de onda de ≈555.016 nm. Por lo tanto, la última igualdad implica $K_{m}$

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

La función normalizada se da en forma tabular con un intervalo de 1 nm, tiene un máximo igual a la unidad a una longitud de onda de 555 nm. La interpolación de sus valores para una longitud de onda de 555,016 nm da un valor de 0,999997 [3] . Usando este valor, obtenemos $V(\lambda)$

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

En la práctica, con suficiente precisión para todos los casos, se utiliza un valor redondeado $K_{m}=683~\mathrm {\frac {lm}{W)) .$

Así, la relación entre una cantidad de luz arbitraria y su correspondiente cantidad de energía en el sistema SI se expresa mediante la fórmula general $X_{v}$ $X_{e}$

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

Historia

En 1893 en Alemania , y luego en Austria , Suiza y en los países escandinavos, la “ vela Hefner ” [5] , propuesta en 1884 por F. Hefner-Altenek , fue adoptada como unidad de intensidad luminosa . En este caso, una lámpara de mecha de un diseño especial sirvió como estándar. Utilizaba acetato de amilo como combustible .
En 1896, el Congreso Electrotécnico Internacional adoptó una "vela decimal", igual a 1,12 velas Hefner.
En 1909, la vela decimal fue sustituida por la "vela internacional", equivalente a 1,11 velas Hefner. La vela internacional se reprodujo no con la ayuda de una lámpara de mecha, sino con la ayuda de lámparas incandescentes especiales .
En 1948, se tomó la decisión de adoptar una nueva unidad: la candela. Candela se basó en el uso de un patrón de luz con propiedades cercanas a las de un cuerpo absolutamente negro (emisor de Planck). El emisor de luz en el estándar era un tubo hecho de óxido de torio fundido y rodeado por todos lados por platino , que estaba a una temperatura de solidificación (2046,6 K). Candela se definió como la intensidad de la luz emitida en la dirección de la normal desde 1/60 cm 2 de la superficie radiante del estándar especificado. La candela así introducida era 1.005 veces más pequeña que la vela internacional [6] . Se utilizó como unidad de intensidad luminosa hasta 1979.
En 1979, la XVI Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) adoptó la definición de la candela, vigente hasta 2019.
En 2011, la XXIV CGPM adoptó una resolución [7] , en la que, en particular, se proponía adoptar una nueva definición de la candela en una futura revisión del Sistema Internacional de Unidades. La nueva definición propuesta, que se califica en la resolución como completamente equivalente a la existente, queda formulada de la siguiente manera. “La candela, de símbolo cd, es la unidad de intensidad luminosa en una dirección dada; su valor se determina ajustando el valor numérico de la eficiencia luminosa de la radiación monocromática con una frecuencia de 540⋅10 12 Hz a exactamente 683, si se expresa en la unidad SI m −2 kg −1 s 3 cd sr, o cd sr W − 1 , que es igual a lm W −1 ".
XXV CGPM, celebrada en 2014, decidió continuar trabajando en la preparación de una nueva revisión del SI, incluida una redefinición de la candela, y planeó completar este trabajo para 2018 con el fin de reemplazar el SI existente con una versión actualizada en XXVI CGPM en el mismo año [8] . La nueva definición entró en vigor en 2019.

Ejemplos

La intensidad de luz que emite una vela es aproximadamente igual a una candela, por lo que esta unidad de medida solía llamarse "vela", ahora este nombre está obsoleto y no se utiliza.

Para las lámparas incandescentes domésticas, la intensidad luminosa en candela es aproximadamente igual a su potencia en vatios.

Intensidad de luz de varias fuentes.

Fuente	Potencia, W	Intensidad de luz aproximada, cd
Vela		una
Lámpara incandescente moderna (2010)	100	100
LED ordinario	0.015..0.1	0.005..3
LED súper brillante	una	25…500
LED superbrillante con colimador	una	1500
Lámpara fluorescente moderna (2010)	22	120
sol [9]	3.83⋅10 26	2.8⋅10 27

Cantidades de luz

En la tabla se proporciona información sobre las principales cantidades fotométricas de luz .

Cantidades fotométricas de luz SI

Nombre	Designación de valor	Definición	Notación de unidades SI	Análogo de energía
energia luminosa	$Q_{v}$	$K_{m}\int _{380~{\text{nm))}^{780~{\text{nm))}Q_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )\ ,d\lambda$	yo soy _	energía de radiación
Flujo de luz	$\Phi _{v}$	${\frac{dQ_{v}}{dt}}$	estoy	flujo de radiación
El poder de la luz	$yo_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{d\Omega }}$	discos compactos	Fuerza de radiación (fuerza de energía de la luz)
Densidad volumétrica de la energía luminosa.	$U_{v}$	${\frac{dQ_{v}}{dV}}$	lm s m −3	Densidad de energía de radiación volumétrica
Luminosidad	$M_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{1}}}$	lm m −2	Luminosidad energética
Brillo	$L_{v}$	${\frac {d^{2}\Phi _{v}}{d\Omega \,dS_{1}\,\cos \varepsilon }}$	cd m −2	Brillo de energía
Brillo integral	$\Lambda _{v}$	${\ estilo de visualización \ int _ {0}^ {t} L_ {v} (t') \, dt'}$	cd s m −2	Brillo de energía integral
iluminación	$E_{v}$	${\frac {d\Phi _{v}}{dS_{2}}}$	OK	Irradiación
exposición a la luz	$H_{v}$	${\frac{dQ_{v}}{dS_{2}}}$	lx s	exposición a la energía
Densidad espectral de la energía luminosa.	$Q_{{v,\lambda}}$	${\frac {dQ_{v}}{d\lambda}}$	lm s metro −1	Densidad de energía espectral de la radiación

Aquí , es el área del elemento de superficie fuente, es el área del elemento de superficie receptor y es el ángulo entre la normal al elemento de superficie fuente y la dirección de observación. $dS_{1}$ $dS_{2}$ $\varepsilon$

Véase también

Lumen - una unidad de medida del flujo luminoso

Notas

↑ GOST 8.417-2002. Sistema estatal para asegurar la uniformidad de las mediciones. Unidades Archivado el 10 de noviembre de 2012 en Wayback Machine .
↑ En SI, cd y cd , como otros objetos similares, no son abreviaturas, sino designaciones. Este nombre refleja las reglas establecidas para su manejo.
↑ 1 2 La unidad base fotométrica: la candela. Apéndice 2 del folleto SI Archivado el 26 de abril de 2012 en Wayback Machine .
↑ GOST 8.332-78. Sistema estatal para asegurar la uniformidad de las mediciones. Medidas de luz. Valores relativos de eficiencia luminosa espectral de radiación monocromática para visión diurna Archivado el 4 de octubre de 2013 en Wayback Machine .
↑ La vela de Höfner // Gran enciclopedia soviética : [en 30 volúmenes] / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M. : Enciclopedia soviética, 1969-1978. Gran enciclopedia soviética. — M.: Enciclopedia soviética. 1969-1978.
↑ Sivukhin D.V. Curso general de física. - M. : Fizmatlit, 2005. - T. IV. Óptica. - S. 156. - 792 pág. — ISBN 5-9221-0228-1 .
↑ Sobre la posible futura revisión del Sistema Internacional de Unidades, el SI. Archivado el 4 de marzo de 2012 en Wayback Machine Resolución 1 de la 24ª reunión de la CGPM (2011).
↑ Sobre la futura revisión del Sistema Internacional de Unidades, el SI . Resolución 1 de la 25ª CGPM (2014) . BIPM . Consultado el 9 de octubre de 2015. Archivado desde el original el 14 de mayo de 2017.
↑ Babichev A.P., Babushkina N.A., Bratkovsky A.M. y otros Cantidades físicas / Ed. Grigorieva IS y Meilikhova EZ - Libro de referencia. - M. : Energoatomizdat, 1991. - S. 1200. - 1232 p. — 50.000 copias. - ISBN 5-283-04013-5 .

Enlaces

Código Candela por OKEI

diccionarios y enciclopedias	Gran danés Gran catalán gran noruego gran ruso Gran soviet (1 ed.) Britannica (en línea)
En catálogos bibliográficos	TIERRA : 1025833252

Unidades SI
Unidades básicas	amperio candela Kelvin kilogramo metro Topo segundo
Unidades derivadas con nombres especiales	becquerel vatio Weber voltio Enrique hercios grado Celsius gris joule sievert arrollado colgante lujo lumen newton ohm pascal radián Siemens estereorradián tesla faradio
Aceptado para su uso con SI	angstrom unidad astronómica hectárea grado de arco minuto de arco segundo de arco dalton (unidad de masa atómica) blanco litro neper día hora minuto tonelada electrón-voltio
ver también	prefijos SI Conversión de unidades Historia del sistema métrico Convención métrica 1875 Definiciones 2005–2019 Redefinición 2019

Cantidades de luz
energia luminosa Flujo de luz Brillo El poder de la luz Luminosidad iluminación iluminación espacial iluminación exposición a la luz Exposición a la luz espacial Densidad volumétrica de la energía luminosa. Brillo integral Densidad volumétrica de la energía luminosa. Densidad de volumen de la intensidad de la luz. Brillo equivalente