Kandela

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox Veličina Kandela (symbol cd) je základní jednotka SI pro svítivost. Definuje se jako svítivost zdroje, který v daném směru vyzařuje monochromatické záření o frekvenci 540×10¹² Hz a jehož zářivá intenzita v tomto směru činí 1/683 wattu na steradián.

Jedná se o fotometrickou jednotku, což znamená, že je přizpůsobena citlivosti lidského oka. Na rozdíl od radiometrických jednotek (jako je watt), které měří celkovou energii záření, kandela kvantifikuje, jak jasný se světelný zdroj jeví pozorovateli. Název pochází z latinského slova candela, což znamená svíčka, a odkazuje na původní definici jednotky, která byla založena na světle vyzařovaném standardní svíčkou.

📜 Historie a vývoj definice

Koncept standardizované jednotky pro měření intenzity světla je starý jako snaha o vědecké porovnávání světelných zdrojů. Historie kandely je cestou od nestabilních a těžko reprodukovatelných standardů k definici založené na neměnných fyzikálních konstantách.

🕯️ Rané standardy

Před zavedením kandely se používalo mnoho různých jednotek, které byly obvykle založeny na plameni specifického složení a velikosti.

Standardní svíčka: Původní jednotka, známá jako "candlepower" (síla svíčky), byla definována ve Spojeném království v zákoně Metropolis Gas Act z roku 1860. Byla založena na světle produkovaném čistou spermacetovou svíčkou vážící jednu šestinu libry a hořící rychlostí 120 grainů za hodinu. Tento standard byl však velmi nespolehlivý.
Hefnerova svíčka (Hefnerkerze): V Německu na konci 19. století navrhl Friedrich von Hefner-Alteneck lampu spalující amylacetát. I když byla reprodukovatelnější než standardní svíčka, její světlo mělo načervenalý odstín a její intenzita závisela na atmosférických podmínkách.

🔬 Vědecké definice před rokem 2019

S rozvojem vědy a techniky rostla potřeba přesnější a univerzálnější definice.

Mezinárodní svíčka (1921): Byl učiněn pokus sjednotit různé národní standardy (anglické, francouzské, německé) do jedné "mezinárodní svíčky". Stále se však jednalo o standardy založené na žárovkách, které podléhaly stárnutí.
Nová svíčka (1946) a Kandela (1948): V roce 1946 navrhla Mezinárodní komise pro osvětlování (CIE) a následně v roce 1948 schválila Generální konference pro míry a váhy (CGPM) novou jednotku, původně nazvanou "nová svíčka" a později přejmenovanou na "kandela". Byla definována jako 1/60 svítivosti 1 cm² povrchu absolutně černého tělesa při teplotě tuhnutí platiny (přibližně 2042 K neboli 1769 °C). Tato definice byla velkým krokem vpřed, protože byla založena na fyzikálním jevu, nikoli na konkrétním artefaktu.
Definice z roku 1979: Realizace platinového standardu byla technicky velmi náročná. Proto byla v roce 1979 přijata nová definice, která kandele dala její moderní podobu před poslední revizí: "Kandela je svítivost zdroje, který v daném směru vyzařuje monochromatické záření o kmitočtu 540×10¹² Hz a jehož zářivá intenzita v tomto směru je 1/683 wattu na steradián."

🌐 Současná definice (od roku 2019)

V rámci redefinice základních jednotek SI v roce 2019 byla definice kandely upravena tak, aby byla explicitně navázána na fyzikální konstantu. Místo definování kandely pomocí jiných jednotek (watt, steradián) byla pevně stanovena hodnota světelné účinnosti monochromatického záření K_cd.

Současná oficiální definice zní:

Kandela, symbol cd, je jednotka svítivosti v SI. Je definována fixací číselné hodnoty světelné účinnosti monochromatického záření o frekvenci 540×10¹² Hz, K_cd, na hodnotu 683, je-li vyjádřena v jednotkách lm·W⁻¹, což je rovno cd·sr·W⁻¹ nebo cd·sr·kg⁻¹·m⁻²·s³, kde kilogram, metr a sekunda jsou definovány pomocí konstant h, c a Δν_Cs.

Tato změna neměla praktický dopad na hodnotu kandely, ale ukotvila ji v systému založeném na fundamentálních konstantách přírody, čímž se stala stabilnější a principiálně přesnější.

⚙️ Fyzikální podstata

Klíčem k pochopení kandely je rozdíl mezi energií světla a tím, jak tuto energii vnímá lidské oko.

👁️ Fotometrie a lidské oko

Fotometrie je obor optiky, který se zabývá měřením světla z hlediska jeho vnímané jasnosti pro člověka. Na rozdíl od radiometrie, která měří absolutní výkon záření (v wattech), fotometrie zohledňuje citlivost lidského oka.

Lidské oko není stejně citlivé na všechny barvy (vlnové délky) světla. Nejcitlivější je na zelenožluté světlo o vlnové délce přibližně 555 nm, což odpovídá frekvenci 540×10¹² Hz použité v definici kandely. Pro modré nebo červené světlo je citlivost oka výrazně nižší. Tento vztah popisuje tzv. křivka světelné účinnosti (nebo také křivka spektrální citlivosti oka).

Definice kandely si záměrně vybírá frekvenci, kde je oko nejcitlivější, a stanovuje zde převodní faktor mezi radiometrickým výkonem (watt) a fotometrickou vnímanou jasností (vyjádřenou pomocí lumenů, které jsou od kandely odvozeny). Hodnota 683 lm/W znamená, že 1 watt čistého zeleného světla o této frekvenci vytvoří světelný tok 683 lumenů. Pro jakoukoli jinou barvu bude tento faktor nižší.

🔗 Vztah k ostatním jednotkám

Kandela je základní jednotkou, od které se odvozují další důležité fotometrické jednotky:

Lumen (lm): Jednotka světelného toku. Měří celkové množství viditelného světla, které zdroj vyzáří do všech směrů. Pokud má zdroj svítivost 1 cd a vyzařuje rovnoměrně do prostorového úhlu jednoho steradiánu, je jeho světelný tok právě 1 lumen. Vztah je: 1 lm = 1 cd ⋅ 1 sr.
Lux (lx): Jednotka osvětlení (iluminance). Měří, kolik světla dopadá na určitou plochu. Osvětlení 1 lux nastane, když světelný tok 1 lumenu dopadne na plochu jednoho metru čtverečního. Vztah je: 1 lx = 1 lm / 1 m².
Steradián (sr): Jednotka prostorového úhlu. Je klíčová pro pochopení kandely. Zatímco lumen popisuje celkový "výkon" světla, kandela popisuje jeho "hustotu" nebo "intenzitu" v jednom konkrétním směru.

💡 Pro laiky

Představte si obyčejnou svíčku. Její plamen svítí přibližně silou jedné kandely. To je historický základ této jednotky.

Klíčový rozdíl mezi kandelou a jinými jednotkami světla (jako lumen) lze vysvětlit pomocí analogie s vodou:

**Lumen (celkové množství):** Představte si zahradní hadici. Celkové množství vody, které z ní za sekundu vyteče, je jako světelný tok v lumenech. Nezáleží na tom, jakým směrem voda stříká.
**Kandela (intenzita v jednom směru):** Nyní na hadici nasaďte trysku. Množství vody je stále stejné (stejný počet lumenů), ale v jednom úzkém proudu je proud vody mnohem silnější. Síla tohoto jednoho proudu je jako svítivost v kandelách.

Proto laserové ukazovátko může mít velmi nízký světelný tok (málo lumenů), ale extrémně vysokou svítivost (mnoho tisíc kandel), protože veškeré světlo soustředí do nepatrného úhlu. Naopak, matná žárovka v koupelně má mnoho lumenů, ale nízkou svítivost v každém jednotlivém směru, protože světlo rozptyluje všude kolem.

Další důležitý aspekt je barva. Kandela zohledňuje, že lidské oko je nejcitlivější na zelenou barvu. Proto se nám zelené světlo o stejném fyzikálním výkonu (ve wattech) bude zdát mnohem jasnější než například tmavě červené nebo modré světlo.

📊 Příklady svítivosti

Následující hodnoty jsou přibližné a slouží pro představu o velikosti jednotky:

Parafínová svíčka: ~1 cd
100W klasická žárovka: ~120 cd
10W LED žárovka (všesměrová): ~100–150 cd
Displej chytrého telefonu: ~400–1000 cd/m² (jednotka jasu, nikoli svítivosti)
Přední světlomet automobilu (dálkové světlo): 50 000 – 120 000 cd
Letištní přistávací světla: až 200 000 cd
Maják: 1 000 000 cd a více
Slunce: ~2,8 × 10²⁷ cd

📚 Související články

Šablona:Aktualizováno