Kandela

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Kandela (yksikön tunnus cd[1]) on SI-järjestelmän mukainen mittayksikkö perussuureelle valovoima, jota nimitetään myös valon intensiteetiksi ja valon voimakkuudeksi. Yksi kandela on pistemäisen valonlähteen valovoima, joka lähettää tiettyyn suuntaan monokromaattista sähkömagneettista säteilyä taajuudella 5,40·1014 Hz (hertsi) säteilyintensiteetillä 1/683 watin steradiaania kohden.[2] 1 kandela vastaa suurin piirtein tavallisen kynttilän (lat. candela) valovoimaa.

Yksikön määritelmä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kandelan nykyinen määritelmä vahvistettiin 16. kansainvälisessä mitta- ja painokonferenssissa (16th Conférence Générale des Poids et Mesures, lyhennetään CGPM[3]) vuonna 1979. Suositteleva komitea (Comité International des Poids et Mesures, lyhennetään CIPM[4]) oli hyväksynyt sen pari vuotta aiemmin vuonna 1977. Siirtyminen käyttämään yksittäistä aallonpituutta (noin 555 nm) johtui mittatarkkuuden kasvamisesta edellisen määrittelyajankohtaan nähden. Edellinen määrittely käytti mustan kappaleen säteilyä, jossa mitattiin laajaa spektriä. Tämä aiheutti tuloksissa mittatarkkuuden rajat ylittävän virheen esiintymisen korkeissa lämpötiloissa. Siksi laboratoriot olivat jo siirtyneet käyttämään yksittäisiä aallonpituuksia.[5]

Yksikön historiaa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Valovoimakkuuden määrittäminen liekkiä käyttäen oli 1800-luvulla eri maissa erilaista. Vuonna 1948 tällaiset määritelmät yhtenäistettiin (9. CGPM) hyväksymällä määritys "uudelle kynttilälle" (new candle (englanniksi)). Samassa kandela (candela (englanniksi)) valittiin uudeksi valovoiman kansainväliseksi yksiköksi ja sen yksikön tunnukseksi otettiin cd. Pohjaksi otettiin mustan kappaleen lähettämä säteily. eli niin sanottu Plankin säteily. Siinä lämpötilassa, jossa platinametalli alkoi jähmettyä (sulamispiste), määritettiin aukosta tulevan valosäteilyn valovoimaksi 60 kandelaa neliösentiltä. Tämä vastaakin melkein kuuman kynttilän liekin lähettämän valosäteilyn määrää.[6][7]

Vuonna 1967 (13. CGPM) kandelan määritelmää tarkennettiin olosuhteiden osalta. 1 kandela vastasi valovoimaa, joka syntyi mustan kappaleen pinnalta, jonka pinta-ala oli 1/600 000 neliömetriä, lämpötila oli platinan sulamispiste ja paine oli 101 325 pascalia.[8][9]

Silmän herkkyysalueen huomioiminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Näön valoherkkyys V(λ) päivänvalossa eri aallonpituuksille CIE:n määrittämänä (1931)

Yksiköt valovoimalle ja valovirralle ovat tarpeen, koska fysikaalinen säteilyintensiteetti (yksikkö watti/steradiaani) ja säteilyteho (yksikkö watti) eivät kuvaa ihmisen havaitsemaa valon voimakkuutta vaan ihmisen silmän herkkyys säteilylle riippuu sen aallonpituudesta (vrt. äänenvoimakkuus, jossa kuulemisessa on havaittu sama ilmiö). Koehenkilöillä tehtyjen mittausten perusteella on muodostettu ns. V(λ)-käyrä, joka kuvaa ihmissilmän herkkyyttä V valolle aallonpituuden λ funktiona (katso kuvaaja). Kuvaajan huippu on suurin piirtein valon aallonpituuden 555 nm kohdalla, joka vastaa SI-yksikkömääritelmässä olevaa sähkömagneettisen säteilyn taajuutta 5,40·1014 Hz. V(λ)-kuvaajan määrittelystä vastaa Kansainvälinen valaistuskomissio (International Commission on Illumination, lyhennys CIE[10]). Kun energian absorboitumiseen perustuvassa mittauksessa huomioidaan V(λ), saadaan hyvä vaste ihmissilmän näkemälle kirkkaudelle. Tämä kuvaaja riittää kandelan määrittämiseen, koska mittaukset tehdään käyttäen säteilyintensiteettiä, joka on helppo määrittää. Kun säteilyintensiteetin tulos suodatetaan V(λ)-kuvaajalla, niin valovoima on määritelty.[11]

Myös silmän hämäränäköä on tutkittu vastaavalla tavalla ja sille on kehitetty vastaava käyrä V '(λ).[11]

Korvatut yksiköt[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ensimmäiset yritykset standardisoida valovoiman yksikkö kansainvälisesti johtuivat käytettyjen kynttilöiden epätasaisesta laadusta. Samassa pakkauksessa olevien kynttilöiden valovoima saattoi vaihdella 15 %. Kehitys vei siihen, että pohjaksi ehdotettiin erilaisia puhdistettuja polttoaineita steariinin sijasta ja sääntöjä siitä, miten polttotapahtuma normitettaisiin lähelle kynttilän sydämen toimintaa.[10]

Käytettyjä yksiköitä olivat vuosina 1787−1889 muun muassa candle ja Harcourt (Britaniassa), Munich candle, Vereinskerze ja Hefner (Saksa) sekä Violle, bougie de l'étoile ja carcel (Ranska). Tämän jälkeen syntyi yksikkö decimal candle vuosina 1889 ja 1896, international candle vuonna 1909 ja new candle vuonna 1946, kuten edellä on kuvattu.[10]

SI-kertoimet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kerroin Nimi Tunnus Kerroin Nimi Tunnus
100 kandela cd      
101 dekakandela dacd 10–1 desikandela dcd
102 hehtokandela hcd 10–2 senttikandela ccd
103 kilokandela kcd 10–3 millikandela mcd
106 megakandela Mcd 10–6 mikrokandela µcd
109 gigakandela Gcd 10–9 nanokandela ncd
1012 terakandela Tcd 10–12 pikokandela pcd
1015 petakandela Pcd 10–15 femtokandela fcd
1018 eksakandela Ecd 10–18 attokandela acd
1021 tsettakandela Zcd 10–21 tseptokandela zcd
1024 jottakandela Ycd 10–24 joktokandela ycd

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteitä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Simons, Lennart: Fysiikka korkeakouluja varten. Porvoo: WSOY, 1963.
  • Eskola, Sisko Maria & Ketolainen, Pasi & Stenman, Folke: Fotoni - Fysiikka luonnontieteenä. lukion fysiikan oppikirja. Helsinki: Otava, 2004. ISBN 951-1-19640-5.
  • Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI) (pdf) (nro 330) NIST Special Publication. 2008. Washington D.C.: National Institue Of Standards And Technology. Viitattu 15.2.2013. (englanniksi)

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Suomen Standardoimisliitto: SI-opas (myös painettuna, ISBN 952-5420-93-0) (PDF) (Sivu 3.) SFS-oppaat. 04.11.2002. Suomen Standardoimisliitto. Viitattu 18.2.2013.
  2. Unit of luminous intensity (candela) Kansainvälinen mittojen ja painojen toimisto BIPM. en Viitattu = 12.7.2011
  3. Sizes: CGPM
  4. Sizes: CIPM
  5. Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.68
  6. Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.22
  7. Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.52
  8. 13. kansainvälisen mitta- ja painokonferenssin päätös n:o 6 vuosilta 1967-1968 Viitattu 12.7.2011. en
  9. Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.63
  10. a b c Sizes: Candle
  11. a b Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.85

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]