Candela

Candela
Photopisch (Schwarz und schottisch[1] (grüne) Leuchtkraftfunktion. Das Photopic umfasst den CIE 1931 Standard[2] (solide), die von Judd -Vos 1978 modifizierten Daten[3] (gestrichelt) und die Daten von Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle 2005[4] (gepunktet). Die horizontale Achse ist Wellenlänge in NM.
Allgemeine Information
Einheitssystem	SI -Basiseinheit
Einheit von	Lichtintensität
Symbol	CD
Konvertierungen
1 CD in ...	... ist gleich ...
Internationale Kerzen	≈1.02 CP
Hefner Kerze	≈1.11 HK

Das Candela (/kænˈdɛlə/ oder /kænˈdichlə/; Symbol: CD) ist der Grundeinheit von Lichtintensität in dem Internationales System der Einheiten (Si); das heißt, leuchtende Kraft pro Einheit solider Winkel emittiert durch eine Punktlichtquelle in eine bestimmte Richtung. Leuchtintensität ist analog zu strahlende Intensität, aber anstatt einfach die Beiträge von jedem zu addieren Wellenlänge Licht im Spektrum der Quelle, der Beitrag jeder Wellenlänge ist gewichtet nach dem Standard Leuchtkraftfunktion (Ein Modell der Empfindlichkeit des menschlichen Auges gegenüber verschiedenen Wellenlängen).^[4][5] Ein gemeinsames Wachs Kerze emittiert Licht mit einer leuchtenden Intensität von ungefähr einem Candela. Wenn die Emission in einige Richtungen durch eine undurchsichtige Barriere blockiert wird, wäre die Emission immer noch ungefähr eine Candela in den nicht verdeckten Richtungen.

Das Wort Candela ist Latein zum Kerze. Der alte Name "Kerze" wird manchmal immer noch verwendet, wie in Fußkandel und die moderne Definition von Kerzenkraft.^[6]

Definition

Der 26. Generalkonferenz über Gewichte und Maßnahmen (CGPM) definierte die Candela im Jahr 2018 neu.^[7][8] Die neue Definition, die am 20. Mai 2019 wirksam wurde, lautet:

Die Candela [...] wird definiert, indem der feste numerische Wert der leuchtenden Wirksamkeit der monochromatischen Strahlung der Frequenz 540 × 10 eingenommen wird¹²Hz, K_CD, um 683 zu sein, wenn es in der Einheit LM W ausgedrückt wird^–1, was gleich ist CD sr w^–1, oder CD SR KG^–1 m^–2 s³, wo das Kilogramm, das Meter und die zweite in Bezug auf definiert sind h, c und Δν_CS.

Erläuterung

Die gewählte Frequenz ist in der sichtbares Spektrum nahe grün, entsprechend einer Wellenlänge von etwa 555 Nanometern. Das menschliches Auge, Wenn angepasst Bei hellen Bedingungen ist in der Nähe dieser Frequenz am empfindlichsten. Unter diesen Umständen, photopische Sicht dominiert die visuelle Wahrnehmung unserer Augen über dem Scotopic Vision. Bei anderen Frequenzen ist mehr strahlende Intensität erforderlich, um die gleiche leuchtende Intensität gemäß dem Frequenzgang des menschlichen Auges zu erreichen. Die leuchtende Intensität aus dem Licht einer bestimmten Wellenlänge λ wird gegeben von

$oder lambda),}$

wo I_v(λ) ist der Lichtintensität, I_e(λ) ist der strahlende Intensität und ${\ displaystyle \ textstyle {\ overline {y}} (\ lambda)}$ ist der photopisch Leuchtkraftfunktion. Wenn mehr als eine Wellenlänge vorhanden ist (wie normalerweise der Fall), muss man sich über die integrieren Spektrum von Wellenlängen, um die gesamte leuchtende Intensität zu erhalten.

Beispiele

• Eine gemeinsame Kerze emittiert Licht mit ungefähr 1 Cd -Leuchtintensität.
• Eine 25 -W -kompakte Fluoreszenz -Glühbirne legt ungefähr 1700 herausLumen; Wenn dieses Licht gleich in alle Richtungen ausstrahlt wird (d. H. Über 4π Steradier), es wird eine Intensität von haben $oder }/{\ text {sr}} = 135 \ {\ text {cd}}.}$
• Die gleiche Glühbirne würde sich auf einen 20 ° -Beam (0,095 Steradier) konzentrieren und eine Intensität von etwa 18.000 Cd im Strahl haben.

Geschichte

Vor 1948 wurden in einer Reihe von Ländern verschiedene Standards für die Leuchtintensität verwendet. Diese basierten typischerweise auf der Helligkeit der Flamme aus einer "Standardkerze" der definierten Komposition oder der Helligkeit eines Glühlunscheidungsfilaments mit spezifischem Design. Eines der bekanntesten davon war der englische Standard der Kerzenkraft. Eine Kerzenkraft war das Licht, das von einem Reinen erzeugt wurde Walrat Kerze wiegt ein Sechster eines Pfunds und brennt mit einer Geschwindigkeit von 120Körner pro Stunde. Deutschland, Österreich und Skandinavien nutzten die Hefnerkerze, eine Einheit basierend auf der Ausgabe von a Hefner -Lampe.^[9]

Es wurde klar, dass eine besser definierte Einheit benötigt wurde. Jules -Violle hatte einen Standard vorgeschlagen, der auf dem von 1 cm emittierten Licht basiert² von Platin An seinem Schmelzpunkt (oder Gefrierpunkt) nennen Sie dies die Vialle. Die Lichtintensität war auf die zurückzuführen Planck Kühler (a Schwarzer Körper) Effekt und war daher unabhängig von der Konstruktion des Geräts. Dies machte es jedem leicht, den Standard zu messen, da Platinum mit hoher Purity weit verbreitet war und leicht vorbereitet war.

Das Kommission Internationale de l'Éclairage (Internationale Kommission für Beleuchtung) und das CIPM schlugen eine "neue Kerze" vor, die auf diesem grundlegenden Konzept basiert. Der Wert der neuen Einheit wurde jedoch ausgewählt, um sie der früheren Kerzenkraft der Einheit zu ähneln, indem die Violle durch 60 geteilt wurde. Die Entscheidung wurde 1946 vom CIPM veröffentlicht:

Der Wert der Neue Kerze ist so, dass die Helligkeit des vollen Kühlers bei der Temperatur der Verfestigung von Platin 60 neue Kerzen pro beträgt Quadratzentimeter.^[10]

Es wurde dann 1948 durch das 9. CGPM ratifiziert^[11] die einen neuen Namen für diese Einheit annahm, die Candela. 1967 entfernte der 13. CGPM den Begriff "neue Kerze" und gab eine geänderte Version der Candela -Definition, wobei der atmosphärische Druck auf den gefrierenden Platin angibt:

Die Candela ist die leuchtende Intensität in senkrechter Richtung einer Oberfläche von 1/600 000 Quadratmeter eines schwarzen Körper 101 325Newtons pro Quadratmeter.^[12]

1979 aufgrund der Schwierigkeiten bei der Verwirklichung eines Planck -Kühlers bei hohen Temperaturen und der neuen Möglichkeiten, die von angeboten werden RadiometrieDas 16. CGPM verabschiedete eine neue Definition der Candela:^[13][14]

Die Candela ist die leuchtende Intensität in einer bestimmten Richtung einer Quelle, die eine monochromatische Frequenzstrahlung abgibt 540×10¹² Hertz Und das hat eine strahlende Intensität in diese Richtung von 1/683 Watt pro Steradier.

In der Definition wird beschrieben, wie eine Lichtquelle erzeugt wird, die (per Definition) eine Candela abgibt, aber die Leuchtkraftfunktion für die Gewichtung von Strahlung bei anderen Frequenzen nicht angibt. Eine solche Quelle könnte dann verwendet werden, um Instrumente zu kalibrieren, um die Leuchtintensität unter Bezugnahme auf eine bestimmte Leuchtkraftfunktion zu messen. Ein Anhang zur SI -Broschüre^[15] macht deutlich, dass die Leuchtkraftfunktion nicht einzigartig angegeben ist, sondern ausgewählt werden muss, um die Candela vollständig zu definieren.

Der willkürliche (1/683) Begriff wurde ausgewählt, so dass die neue Definition genau mit der alten Definition übereinstimmt. Obwohl die Candela jetzt in Bezug auf die definiert ist zweite (Eine SI -Basiseinheit) und das Watt (eine abgeleitete Si -Einheit), die Candela bleibt per Definition eine Basiseinheit des SI -Systems.^[16]

Der 26. CGPM genehmigte die moderne Definition der Candela im Jahr 2018 als Teil der 2019 Neudefinition von SI -Basiseinheiten, die die SI -Basiseinheiten in Bezug auf grundlegende physikalische Konstanten neu definiert.

SI Photometrische Lichteinheiten

Beziehungen zwischen leuchtender Intensität, leuchtender Fluss und Beleuchtung

Wenn eine Quelle eine bekannte leuchtende Intensität emittiert I_v (in Candelas) in einem gut definierten Kegel die Gesamtsumme Lichtstrom Φ_v in Lumen wird gegeben von

Φ_v= I_v 2π [1 - cos (A/2)],

wo A ist der Strahlungswinkel der Lampe - der volle Scheitelpunktwinkel des Emissionskegels. Beispielsweise emittiert eine Lampe, die 590 Cd mit einem Strahlungswinkel von 40 ° ausgeht, etwa 224 Lumen. Sehen MR16 für Emissionswinkel einiger üblicher Lampen.

Wenn die Quelle Licht gleichmäßig in alle Richtungen ausgibt, kann der Fluss durch Multiplizieren der Intensität mit 4 gefunden werdenπ: Eine einheitliche 1 Candela -Quelle emittiert 12,6 Lumen.

Zum Zweck der Messung der Beleuchtung ist die Candela keine praktische Einheit, da sie nur für idealisierte Punktlichtquellen gilt, die jeweils durch eine kleine Quelle angenähert werden, im Vergleich zu der Entfernung, aus der seine leuchtende Strahlung gemessen wird In Abwesenheit anderer Lichtquellen. Was wird direkt durch a gemessen Lichtmeter ist einfällt auf einem Sensor mit endlicher Fläche, d.h. Beleuchtung in LM/m² (Lux). Wenn jedoch die Beleuchtung aus vielen Punkten Lichtquellen wie Glühbirnen von bekannten ungefähren omnidirektional-ungleichmäßigen Intensitäten entworfen wird, die Beiträge zur Beleuchtung von inkohärentes Licht Da es additiv ist, wird es mathematisch wie folgt geschätzt. Wenn r_i ist die Position der i-Die Quelle der einheitlichen Intensität I_i, und â ist der Einheitsvektor normal zum beleuchteten elementaren undurchsichtigen Bereich da gemessen und vorausgesetzt, alle Lichtquellen liegen im selben Halbraum geteilt durch die Ebene dieses Bereichs,

$oder _ {i} {{\ frac {| \ mathbf {\ Hat {a}} \ cdot (\ mathbf {r} -\ mathbf {r} _ {i}) | {| \ mathbf {r} -\ mathbf {r} _ {i} |^{3}}} i_ {i}}.}$

Im Falle einer einzigen Punktlichtquelle der Intensität I_vin einiger Entfernung r und normalerweise reduziert sich dies auf

$oder$

Verweise