Candela
A candela (ou; símbolo: cd) é a unidade de intensidade luminosa no Sistema Internacional de Unidades (SI). Ele mede a potência luminosa por unidade de ângulo sólido emitida por uma fonte de luz em uma determinada direção. A intensidade luminosa é análoga à intensidade radiante, mas em vez de simplesmente somar as contribuições de cada comprimento de onda de luz no espectro da fonte, a contribuição de cada comprimento de onda é ponderada pela função de luminosidade, o modelo da sensibilidade do ser humano olho para diferentes comprimentos de onda, padronizados pela CIE e ISO. Uma vela de cera comum emite luz com intensidade luminosa de aproximadamente uma candela. Se a emissão em algumas direções for bloqueada por uma barreira opaca, a emissão ainda será de aproximadamente uma candela nas direções não obscurecidas.
A palavra candela é latim para vela. O antigo nome "vela" ainda é usado algumas vezes, como em foot-candle e a definição moderna de candlepower.
Definição
A 26ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) redefiniu a candela em 2018. A nova definição, que entrou em vigor em 20 de maio de 2019, é:
O candela [...] é definido tomando o valor numérico fixo da eficácia luminosa da radiação monocromática da frequência 540 × 1012Hz, KKcd, para ser 683 quando expresso na unidade lm W- Sim., que é igual a Cd sr. W- Sim.ou cd sr. kg- Sim. m-2 S3, onde o quilograma, metro e segundo são definidos em termos de h, c e ΔνCs.
Explicação
A frequência escolhida está no espectro visível próximo ao verde, correspondendo a um comprimento de onda de cerca de 555 nanômetros. O olho humano, quando adaptado para condições de luminosidade, é mais sensível perto desta frequência. Nestas condições, a visão fotópica domina a percepção visual dos nossos olhos sobre a visão escotópica. Em outras frequências, é necessária mais intensidade radiante para atingir a mesma intensidade luminosa, de acordo com a resposta de frequência do olho humano. A intensidade luminosa para a luz de um determinado comprimento de onda λ é dada por
- Eu...v(λ λ )= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =683.002Eu...m/W)) Sim.? ? (λ λ ))) Eu...e(λ λ ),{displaystyle I_{mathrm {v} }(lambda)=683.002mathrm {lm/W} cdot {overline {y}}(lambda)cdot I_{mathrm {e} }(lambda),}
Onde? Eu...v(λ) é a intensidade luminosa, Eu...e(λ) é a intensidade radiante e Sim.? ? (λ λ ){displaystyle textstyle {overline {y}}(lambda)} é a função de luminosidade fotopica. Se mais de um comprimento de onda está presente (como é geralmente o caso), deve-se integrar sobre o espectro de comprimentos de onda para obter a intensidade luminosa total.
Exemplos
- Uma vela comum emite luz com aproximadamente 1 cd intensidade luminosa.
- Uma lâmpada fluorescente compacta de 25 W coloca para fora em torno de 1700 lumens; se essa luz é irradiada igualmente em todas as direções (ou seja, mais de 4D esmeradianos), terá uma intensidade de Eu...V= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =1700Eu...4D D sr.? ? 135Eu.../sr.= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =135cd.Não. I_{text{V}}={frac {1700 {text{lm}}}{4pi {text{sr}}approx 135 {text{lm}}/{text{sr}}=135 Sim.
- Focado em uma viga de 20° (0,095 esteradianos), a mesma lâmpada teria uma intensidade de cerca de 18.000 cd dentro do feixe.
História
Antes de 1948, vários padrões de intensidade luminosa estavam em uso em vários países. Estes eram tipicamente baseados no brilho da chama de uma "vela padrão" de composição definida, ou o brilho de um filamento incandescente de desenho específico. Um dos mais conhecidos deles era o padrão inglês de velas. Uma vela era a luz produzida por uma vela de puro espermacete pesando um sexto de libra e queimando a uma taxa de 120 grãos por hora. Alemanha, Áustria e Escandinávia usaram o Hefnerkerze, uma unidade baseada na saída de uma lâmpada Hefner.
Ficou claro que era necessária uma unidade mais bem definida. Jules Violle havia proposto um padrão baseado na luz emitida por 1 cm2 de platina em seu ponto de fusão (ou ponto de congelamento), chamando isso de Violle. A intensidade da luz era devida ao efeito do radiador de Planck (um corpo negro) e, portanto, era independente da construção do dispositivo. Isso facilitou a medição do padrão, pois a platina de alta pureza estava amplamente disponível e era facilmente preparada.
A Commission Internationale de l'Éclairage (Comissão Internacional de Iluminação) e o CIPM propuseram uma "nova vela" com base neste conceito básico. No entanto, o valor da nova unidade foi escolhido para torná-lo semelhante à unidade anterior poder de vela, dividindo o Violle por 60. A decisão foi promulgada pelo CIPM em 1946:
O valor do nova vela é tal que o brilho do radiador completo à temperatura de solidificação do platina é 60 novas velas por centímetro quadrado.
Foi então homologado em 1948 pela 9ª CGPM que adotou um novo nome para esta unidade, a candela. Em 1967 a 13ª CGPM retirou o termo "vela nova" e deu uma versão corrigida da definição de candela, especificando a pressão atmosférica aplicada à platina congelada:
O candela é a intensidade luminosa, na direção perpendicular, de uma superfície de 1 / 600 000 metro quadrado de um corpo preto à temperatura de congelar platina sob uma pressão de 101newtons por metro quadrado.
Em 1979, devido às dificuldades em realizar um radiador de Planck em altas temperaturas e as novas possibilidades oferecidas pela radiometria, a 16ª CGPM adotou uma nova definição de candela:
O candela é a intensidade luminosa, em uma determinada direção, de uma fonte que emite radiação monocromática de frequência 540×10.12Hertz e que tem uma intensidade radiante nessa direção de 1/683watt per steradian.
A definição descreve como produzir uma fonte de luz que (por definição) emite uma candela, mas não especifica a função de luminosidade para ponderar a radiação em outras frequências. Essa fonte poderia então ser usada para calibrar instrumentos projetados para medir a intensidade luminosa com referência a uma função de luminosidade especificada. Um apêndice da brochura SI deixa claro que a função de luminosidade não é especificada exclusivamente, mas deve ser selecionada para definir totalmente a candela.
O termo arbitrário (1/683) foi escolhido para que a nova definição corresponda precisamente à definição antiga. Embora a candela seja agora definida em termos de segundo (uma unidade básica do SI) e watt (uma unidade derivada do SI), a candela continua sendo uma unidade básica do sistema SI, por definição.
A 26ª CGPM aprovou a definição moderna da candela em 2018 como parte da redefinição de 2019 das unidades de base do SI, que redefiniu as unidades de base do SI em termos de constantes físicas fundamentais.
Unidades de luz fotométricas SI
| Quantidade | Unidade | Dimensões | Notas | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nome | Símbolo | Nome | Símbolo | Símbolo | ||||
| Energia luminosa | Qv | lumen segundo | Lm⋅s | T JJ | O segundo lúmen é às vezes chamado de Eu sei.. | |||
| Fluxo luminoso, poder luminoso | Φv | lumen (= candela steradian) | (= cd⋅sr) | JJ | Energia luminosa por unidade de tempo | |||
| Intensidade luminosa | Eu...v | candela (= lumen per steradian) | (= lm/sr) | JJ | Fluxo luminoso por unidade de ângulo sólido | |||
| Luminância | Lv | candela por metro quadrado | Cd/m2 (em inglês)2) | L-2JJ | Fluxo luminoso por unidade de ângulo sólido por unidade projetado área de origem. O candela por metro quadrado é às vezes chamado de Nit. | |||
| Iluminação | Ev | lux (= lúmen por metro quadrado) | Ix (= lm/m)2) | L-2JJ | Fluxo luminoso incidente em uma superfície | |||
| Saída luminosa, emissão luminosa | Mv | lumen por metro quadrado | Im.2 | L-2JJ | Fluxo luminoso emitido de uma superfície | |||
| Exposição luminosa | H. H. H.v | lux segundo | Ix ⋅s | L-2T JJ | Iluminação integrada a tempo | |||
| Densidade luminosa da energia | ωv | lumen segundo por metro cúbico | Lm⋅s/m3 | L-3T JJ | ||||
| Eficácia luminosa (de radiação) | KK | lumen por watt | Lm/W | M- Sim.L-2T3JJ | Relação de fluxo luminoso ao fluxo radiante | |||
| Eficácia luminosa (de uma fonte) | ? | lumen por watt | Lm/W | M- Sim.L-2T3JJ | Relação do fluxo luminoso ao consumo de energia | |||
| Eficiência luminosa, coeficiente luminoso | V | 1 | Eficácia luminosa normalizada pela máxima eficácia possível | |||||
| Ver também: SI· Fotometria· Radiometria | ||||||||
- ^ As organizações padrão recomendam que as quantidades fotométricas sejam denotadas com um subscrito "v" (para "visual") para evitar confusão com quantidades radiométricas ou fótons. Por exemplo: Símbolos da carta padrão dos EUA para a engenharia de iluminação USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
- ^ Os símbolos nesta coluna denotam dimensões; "L",T"e"JJ" são para comprimento, tempo e intensidade luminosa, respectivamente, não os símbolos para as unidades litro, tesla e joule.
- ↑ a b c Símbolos alternativos às vezes vistos: W para energia luminosa, P ou F para fluxo luminoso, e ? para a eficácia luminosa de uma fonte.
Relações entre intensidade luminosa, fluxo luminoso e iluminância
Se uma fonte emite uma intensidade luminosa conhecida Iv (em candelas) em um cone bem definido, o fluxo luminoso total Φ v em lúmens é dado por
- Φv= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = Eu...v 2D [1 − cos(A/2)],
onde A é o ângulo de radiação da lâmpada—o ângulo do vértice completo do cone de emissão. Por exemplo, uma lâmpada que emite 590 cd com um ângulo de radiação de 40° emite cerca de 224 lúmens. Veja MR16 para ângulos de emissão de algumas lâmpadas comuns.
Se a fonte emite luz uniformemente em todas as direções, o fluxo pode ser encontrado multiplicando a intensidade por 4π: a a fonte uniforme de 1 candela emite 12,6 lúmens.
Para fins de medição de iluminação, a candela não é uma unidade prática, pois se aplica apenas a fontes de luz pontuais idealizadas, cada uma aproximada por uma fonte pequena em relação à distância a partir da qual sua radiação luminosa é medida, assumindo também que é feito na ausência de outras fontes de luz. O que é medido diretamente por um fotômetro é a luz incidente em um sensor de área finita, ou seja, iluminância em lm/m2 (lux). No entanto, se projetar a iluminação de muitas fontes de luz pontuais, como lâmpadas, de intensidades omnidirecionalmente uniformes aproximadas conhecidas, sendo as contribuições para a iluminância de luz incoerente aditivas, é estimado matematicamente como segue. Se ri é a posição da iésima fonte de intensidade uniforme Ii , e â é o vetor unitário normal à área opaca elementar iluminada dA sendo medida, e desde que todas as fontes de luz estejam na mesma meio espaço dividido pelo plano desta área,
- Iluminação no pontoRsobreDA,Ev(R)= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Gerenciamento Gerenciamento Eu...|um^ ^ )) (R- Sim. - Sim. REu...)||R- Sim. - Sim. REu...|3Eu...Eu....{displaystyle {text{illuminance at point }}mathbf {r} text Um texto }}E_{mathrm {v} }(mathbf {r})=sum _{i}{{frac {|mathbf {hat {a}} cdot (mathbf {r} -mathbf {r} _{i})|}{|mathbf {r} - Sim. _{i}|^{3}}}I_{i}}.}
No caso de uma fonte de luz de ponto único de intensidade Iv, a uma distância r e normalmente incidente, isso se reduz a
- Ev(R)= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Eu...vR2.E_{mathrm {v} }(r)={frac {I_{mathrm {v} }}{r^{2}}}}
Múltiplos SI
Como outras unidades SI, a candela também pode ser modificada adicionando um prefixo métrico que a multiplica por uma potência de 10, por exemplo millicandela (mcd) para 10−3 candela.