Nawigacja

Kandela

Kandela - co nowego?

Autor : Aleksandra Gadomska
Opublikowane przez : Sebastian Margalski

Powyższy cytat z Biblijnej Księgi Rodzaju rozpoczął proces rozdziału mroku od jasności. Nastanie światłości stało się również początkiem dla nowej dziedziny pomiarowej - fotometrii.  

Podobne do cytowanych słowa mogłyby również regularnie padać z ust pracowników laboratorium fotometrii tuż przed rozpoczęciem pomiarów. Mrok jest tam bowiem stanem wysoce pożądanym, a każde źródło światła, poza światłem generowanym przez obiekt pomiaru, jest niepożądanym zakłóceniem. Gdy tylko pomiar się rozpoczyna, badane źródło światła rozjaśnia ciemność, a laboratoria fotometrii są „metrologicznym domem” naszego grudniowego bohatera – kandeli

W laboratorium fotometrii pomiarom podlegają właściwości światła emitowanego z nieefektywnych energetycznie, ale niezastąpionych jako wzorce, różnego rodzaju żarówek. Ponieważ pomiarowi podlega wyłącznie światło emitowane przez obiekt pomiaru, każde inne światło jest w laboratorium gościem nielubianym i niechcianym. Z tego też powodu ściany i sufit, a czasem i podłogi pokrywa „przyjazna fotometrii”, pochłaniająca światło czerń.  

Pomimo ciemności panującej w pomieszczeniach, pracownicy laboratorium fotometrii zupełnie nie przypominają ciemnolubnych, szalonych naukowców. Nie przechadzają się wokół swoich przyrządów pomiarowych wydając okrzyk „to żyje”, gdy tylko zapali się światło. Zamiast tego sumiennie i staranie wykonują precyzyjne pomiary, realizując szereg skomplikowanych procedur pomiarowych, aby jak najdokładniej zmierzyć kandelę.  

Podobnie, jak w przypadku każdej innej z siedmiu podstawowych jednostek SI, istnieje oficjalna definicja kandeli, która brzmi następująco:  

kandela — światłość źródła emitującego w określonym kierunku promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 540×1012 herców i o natężeniu promieniowania w tym kierunku równym 1/683 wata na steradian.

Jednak, aby naukowcy mogli w dalszym ciągu rozwijać fotometrię, poprawiać techniki pomiarowe i uzyskiwać coraz dokładniejsze wyniki pomiarów, 20 maja 2019 roku definicja kandeli otrzyma następujące brzmienie: 

Kandela, oznaczenie cd, jest to jednostka SI światłości w określonym kierunku. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej skuteczności świetlnej monochromatycznego promieniowania o częstotliwości 540×1012 Hz, Kcd, wynoszącej 683, wyrażonej w jednostce lm W-1, która jest równa cd sr W-1 lub cd sr kg-1 m-2 s3, gdzie kilogram, metr i sekunda są zdefiniowane za pomocą h, c i ∆νCs .

Obie przytoczone definicje, w pierwszym (i drugim) odczuciu wyglądają zupełnie inaczej, jednak koncepcja fizyczna za nimi stojąca pozostaje taka sama. Zmiana będzie taka, iż od przyszłego roku podstawą definicji będzie stała skuteczność świetlna, a jej wartość, w połączeniu z innymi stałymi definiującymi, będzie określać, jak "intensywna" jest jedna kandela. 

Nie jest to przypadek, iż nazwa jednostki – kandela – pochodzi od łacińskiego słowa candela oznaczającego świecę. Podczas 9. Międzynarodowej Konferencji Miar kandela została zdefiniowana, jako międzynarodowa jednostka światłości kierunkowej. Przed tą datą na świecie istniały różne wzorce i jednostki światłości kierunkowej. Na przykład w Niemczech i w Austrii używano jednostki Hefnerkerze. Hefnerkerze (HK) otrzymywano ze specjalnego rodzaju świecy (patrz zdjęcie) a 1 HK to około 0,9 dzisiejszej kandeli.  

Kandela jest jedyną podstawową jednostką SI związaną z postrzeganiem zmysłowym człowieka. Światło (promieniowanie o różnych długościach fali odpowiadających różnym barwom) może zostać zmierzone np. w zakresie mocy (w watach) padającej na powierzchnię. Oko ludzkie nie postrzega jednak wszystkich kolorów jednakowo. Światłość mierzona jest z uwzględnieniem tej niejednorodności, poprzez zastosowanie modelu czułości oka ludzkiego, na różne długości fal promieniowania. 

Oko ludzkie jest najbardziej czułe na światło żółto-zielone, zbliżone do szczytowej częstotliwości światła słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi, jest natomiast mniej wrażliwe na światło czerwone i niebieskie. Względne odczucie jaskrawości różnych kolorów, np. świątecznych lampek, zmienia się również w zależności od poziomu jasności otaczającego nas oświetlenia. W ostatniej dekadzie, w związku z gwałtownym rozwojem efektywnych energetycznie źródeł światła, kandela oraz jednostka od niej pochodna, lumen (będąca miarą strumienia świetlnego), znacznie zyskały na popularności, ze względu na potrzebę obiektywnego porównywania przez konsumentów ilości światła pochodzącego z różnych źródeł. 

Dotyczy to również naszych świątecznych światełek choinkowych. Kolorowe żarówki są znacznie mniej wydajne niż te w przezroczystych oprawkach, jako że warstwa barwnika stosowana do pokrycia kolorowych oprawek pochłania większość światła. Światełka LED, wykorzystujące różne rodzaje półprzewodników do stworzenia światła barwnego, są źródłami o znacznie lepszej proporcji emitowanego światła w stosunku do pochłoniętej energii elektrycznej niż tradycyjne źródła żarowe. Światłość i kandela pozwala nam obiektywnie porównać wrażenia wizualne każdego typu światełek. Najbardziej popularne oświetlenie choinkowe, jakie większość z nas powiesi na tegorocznej choince to LEDy, które wyparły niezwykle popularne i znacznie mniej efektywne energetycznie żarówki. Na pewno wypada podziękować kandeli za dbanie o ochronę środowiska, choć niektórzy zapewne tęsknie spoglądają na przyjemne żółte, ciepłe światło dawnych źródeł żarowych. 

W czasie zbliżających się świąt Bożego Narodzenia tęsknotę za ciepłym, żarowym światłem w sposób szczególny można ukoić zapalając świeczkę, a wpatrywanie się w płomień świecy od wieków uspokaja i poprawia nasze samopoczucie. 

do góry