Kandela

Kandela ( yksikön tunnus cd ) 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. 1 kandela vastaa suurin piirtein tavallisen kynttilän (lat. candela) valovoimaa.

Yksikön määritelmä

Kandelan nykyinen määritelmä vahvistettiin 16. kansainvälisessä mitta- ja painokonferenssissa (16th Conférence Générale des Poids et Mesures, lyhennetään CGPM ) vuonna 1979. Suositteleva komitea (Comité International des Poids et Mesures, lyhennetään CIPM ) on 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.

Yksikön historiaa

Valovoimakkuuden määrittäminen käyttäen 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 alkoin jähmettyä (sulamispiste), määritettiin aukosta tulevan valosäteilyn valovoimaksi 60 kandelaa neliösentiltä. Tämä vastaakin melkein kuuman kynntilän liekin lähettämän valosäteilyn määrää.

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.

Silmän herkkyysalueen huomioiminen

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 ). 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.

Myös silmän hämärämäköä on tutkittu vastaavalla tavalla ja sille on kehitetty vastaava käyrä V '(λ).

Korvatut yksiköt

Ensimmäiset yritykset kansainvälisesti standarsoida valovoiman yksikkö johtui 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 sydämmen toimintaa.

Erilaisia yksiköitä olivat ennen 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.

SI-kertoimet

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

Lähteitä

• 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.

• Suomen Standardoimisliitto: SI-opas (myös painettuna, ISBN 952-5420-93-0) (PDF) SFS-oppaat. 04.11.2002. Suomen Standardoimisliitto. Viitattu 18.2.2013.

• 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)

• Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): Guide for the Use of the International System of Units (SI) (pdf) (nro 811) NIST Special Publication. 2008. Washington D.C.: National Institue Of Standards And Technology. Viitattu 19.2.2013. (englanniksi)

• Sizes: Kandela

Katso myös

• Luksi
• Luminanssi

Aiheesta muualla

• Kansainvälinen valaistuskomissio (englanniksi)
• Colour and Vision Database (University College London) (englanniksi)
• Kandela (englanniksi)