Кандела: единица силы света¶

Кандела (русское обозначение: кд; международное: cd) — единица силы света в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц. Кандела определяет силу света в заданном направлении как отношение светового потока к телесному углу, в котором он распространяется. Название происходит от латинского слова candela — «свеча».

¶Определение

Современное определение канделы принято на 16-й Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) в 1979 году и действует с 1980 года. Согласно этому определению, одна кандела — это сила света в заданном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·10¹² Гц (соответствует зелёному цвету с длиной волны около 555 нм), причём энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 ватта на стерадиан.

Таким образом, кандела привязана к фотометрическому эквиваленту излучения — максимальной чувствительности человеческого глаза к зелёному свету при дневном (фотопическом) зрении. Коэффициент 1/683 Вт/ср является историческим наследием: он обеспечивает преемственность с более ранними эталонами, основанными на излучении абсолютно чёрного тела при температуре затвердевания платины (2042 К).

¶История

До введения канделы в качестве международной единицы в разных странах использовались различные эталоны силы света. Во Франции в XIX веке применялась единица «карсель» (от лампы Карселя), в Германии — «гефнер-керце» (от лампы Гефнера), в Великобритании — «свеча» (candle), определявшаяся через пламя специальной свечи.

В 1881 году на первом Международном конгрессе электриков в Париже была предложена единица «violle» — сила света, излучаемая 1 см² поверхности расплавленной платины при температуре затвердевания. Однако практическое применение этой единицы было затруднено.

В 1909 году США, Франция и Великобритания договорились о «международной свече», основанной на группе угольных ламп накаливания, хранившихся в национальных метрологических лабораториях. В 1948 году 9-я ГКМВ приняла новую единицу — канделу, определив её через излучение абсолютно чёрного тела при температуре затвердевания платины: 1/60 силы света, излучаемой в перпендикулярном направлении с 1 см² поверхности такого тела. Это определение действовало до 1979 года, когда было заменено современным, основанным на фиксированном значении фотометрического эквивалента.

¶Соотношения и производные величины

Кандела связана с другими фотометрическими величинами. Световой поток (люмен, лм) — это сила света, умноженная на телесный угол в стерадианах. Освещённость (люкс, лк) — световой поток, падающий на единицу площади. Яркость (нит, нт) — сила света, излучаемая с единицы площади поверхности.

Для точечного изотропного источника сила света в 1 кд создаёт полный световой поток 4π ≈ 12,57 лм. Освещённость поверхности, находящейся на расстоянии 1 метр от источника силой 1 кд, составляет 1 люкс.

¶Практические ориентиры

Для наглядного представления величины канделы можно привести типичные значения:

• Обычная свеча — примерно 1 кд;
• Лампа накаливания мощностью 100 Вт — около 100–130 кд;
• Светодиодный фонарь — от 10 до 1000 кд;
• Автомобильная фара дальнего света — несколько тысяч кандел;
• Прожектор маяка — до нескольких миллионов кандел.

¶Воспроизведение эталона

В современных метрологических лабораториях кандела воспроизводится не через монохроматическое излучение (что технически сложно), а через фотометрические эталоны — специальные лампы накаливания с известной цветовой температурой, откалиброванные по абсолютному радиометру. Первичный эталон основан на измерении оптической мощности в ваттах и пересчёте в фотометрические единицы с использованием стандартизованной кривой спектральной чувствительности глаза V(λ), принятой Международной комиссией по освещению (МКО).

В России государственный первичный эталон единицы силы света ГЭТ 14-2014 хранится во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений (ВНИИОФИ) в Москве.