Candela (cd)
Candela (cd) je základní jednotka SI pro svítivost, která definuje velikost viditelného světla vyzařovaného v daném směru, jak ji vnímá lidské oko. Její definic...
6 min čtení
SI Units
Lighting Design
+3
Kandelová síla
Definice a historický kontext
Kandelová síla byla kdysi hlavní jednotkou pro měření svítivosti—množství světla, které zdroj vyzařuje určitým směrem. Vznikla v 19. století, kdy jedinou praktickou metodou porovnání jasů lamp, plynových světel či raných elektrických žárovek bylo posoudit je podle výkonu „standardní svíčky“.
Výraz „standardní svíčka“ však znamenal v různých zemích různé věci:
- V Británii šlo o anglickou svíčku z čistého spermaceti s definovanou hmotností a rychlostí hoření.
- V Německu se používala Hefnerkerze (Hefnerova svíčka) na bázi lamp s amylacetátem.
- Ve Francii byla standardem Carcelova lampa spalující řepkový olej při dané rychlosti.
Tato variabilita znamenala, že „kandelová síla“ nikdy nebyla skutečně univerzální nebo vědecky spolehlivou jednotkou. S rozvojem vědy a průmyslu a globalizací vznikla potřeba mezinárodně dohodnutého, reprodukovatelného standardu, což vedlo v roce 1948 k přijetí kandely jako jednotky SI pro svítivost—původně definované pomocí černého tělesa a později upřesněné na současnou, fyzikální definici.
Technická ekvivalence: Kandelová síla a kandela
Kandela (cd) je nyní oficiální jednotkou SI pro svítivost. Její definice je:
Svítivost zdroje, který vyzařuje monochromatické záření o frekvenci 540 × 10¹² hertzů a jehož zářivá intenzita v daném směru je 1/683 watt na steradián.
Převod:
1 kandelová síla ≈ 0,981 kandely.
| Jednotka | Základ definice | Hodnota v SI |
|---|---|---|
| Kandelová síla | Standardní svíčka (proměnlivá) | ~0,981 kandely |
| Kandela | Fyzikální konstanta (SI) | 1 kandela |
Tento převod je zásadní pro interpretaci historických dat a zajištění souladu se současnými standardy osvětlení.
Co měří svítivost?
Svítivost popisuje množství viditelného světla, které zdroj vyzařuje v konkrétním směru na jednotkový prostorový úhel (steradián), měřeno v kandelách. Nejde o celkový světelný tok (ten se měří v lumenech), nýbrž o směrový „jas“ vnímaný lidským okem—zásadní veličinu při aplikacích jako je letectví, automobilový průmysl či architektonické osvětlení.
Vzorec:
Svítivost (I) = dΦ / dΩ
Kde:
- dΦ = diferenciální světelný tok (lumeny)
- dΩ = diferenciální prostorový úhel (steradiány)
1 kandela = 1 lumen na steradián.
Historické aplikace a omezení kandelové síly
Použití
- Majáky: Hodnoty kandelové síly (např. „1 000 000 kandelových sil“) udávaly, jak daleko je možné světlo na moři spatřit.
- Automobilové světlomety: První světlomety byly regulovány a uváděny v kandelových silách.
- Letecká signalizace: Raná letištní a přibližovací světla často specifikovala intenzitu v kandelových silách.
- Veřejné a pouliční osvětlení: Pouliční lampy a reflektory byly popisovány pomocí kandelové síly.
Omezení měření
Měření kandelové síly byla od přírody nepřesná:
- Výkon „standardních“ svíček kolísal podle typu paliva, délky knotu i prostředí.
- Žádné dva národní standardy nebyly zcela totožné, což způsobovalo zmatek v mezinárodním obchodě i bezpečnostních standardech.
- Měřící techniky s použitím fotometrů srovnávaly testované zdroje se svíčkami, ale byly náchylné na lidské chyby i fyzické nedostatky.
Tyto problémy vedly k významným chybám a nekonzistentním výsledkům, což vědeckou obec motivovalo k přijetí kandely.
Kandela: Moderní jednotka SI
Kandela je přesně definovaná a reprodukovatelná, založená na základních vlastnostech světla a citlivosti lidského oka:
- Definice: Svítivost v daném směru zdroje, který vyzařuje monochromatické záření o frekvenci 540 × 10¹² hertzů se zářivou intenzitou 1/683 watt na steradián.
- Výhody: Konzistence, mezinárodní shoda, vhodnost pro pokročilé fotometrické přístroje.
- Použití: Všechny moderní osvětlovací standardy (letectví, automobilový průmysl, architektura, bezpečnost) specifikují svítivost v kandelách.
| Vlastnost | Kandela (cd) | Kandelová síla |
|---|---|---|
| Základ | Fyzikální konstanta | Fyzikální svíčka |
| Reprodukovatelnost | Vysoká | Nízká |
| Mezinárodní standard | Ano (SI) | Ne |
| Regulační shoda | Vyžadována | Nepřijímá se |
| Rozsah použití | Univerzální | Historické/zastaralé |
Související fotometrické jednotky: Kontext a srovnání
| Jednotka | Symbol | Co měří | Typické použití |
|---|---|---|---|
| Kandela | cd | Svítivost (směrová) | Reflektory, majáky, letectví |
| Lumen | lm | Světelný tok (celkový světelný výkon) | Jas žárovek, výkon svítidel |
| Foot-candle | fc | Osvětlení (imperiální) | Architektonické osvětlení v USA |
| Lux | lx | Osvětlení (metrické) | Mezinárodní návrh osvětlení |
| Watt | W | Spotřeba energie | Elektrotechnické plánování, efektivita |
| Jas | cd/m² | Jas povrchu (vjemový) | Displeje, značení, vizuální ergonomie |
Praktické příklady: Kandelová síla vs. kandela
Svítilna:
- Historicky: „20 000 kandelových sil“
- Moderně: 19 620 kandela (20 000 × 0,981)
Automobilový světlomet:
- Historicky: „50 000 kandelových sil“
- Moderně: 49 050 kandela
Maják:
- Historicky: „1 000 000 kandelových sil“
- Moderně: 981 000 kandela
Těmito převody se řiďte při interpretaci historických či marketingových údajů.
Případy užití: Dříve a dnes
Historicky (kandelová síla):
- Majáky, pouliční osvětlení, rané automobilové/letecké signály, divadelní/studiová světla.
Moderně (kandela):
- Veškeré regulované osvětlení: LED, automobilové světlomety, letecké majáky (ICAO), architektonické osvětlení, bezpečnostní a nouzové osvětlení.
Příklad letectví ICAO:
ICAO Annex 14 stanovuje minimální hodnoty svítivosti v kandelách pro dráhová a přibližovací světla (např. 10 000 cd pro vysoce intenzivní okrajová světla dráhy), což zajišťuje viditelnost a bezpečnost pilotů za všech podmínek.
Proč je kandelová síla zastaralá
- Proměnlivost: Závislost na fyzických svíčkách způsobovala nekonzistenci měření.
- Mezinárodní standardizace: Kandela, založená na fyzikálních konstantách, poskytuje univerzální přesnost.
- Technologický pokrok: Moderní fotometrie používá přesné, kalibrované přístroje.
- Právní a regulační rámec: Všechny hlavní standardy (ISO, CIE, ICAO) vyžadují kandelu.
Historické odkazy: Kde se kandelová síla stále objevuje
- Historické dokumenty: Manuály, výkresy a literatura z 19. a počátku 20. století.
- Marketingové materiály: Některé svítilny a reflektory používají „kandelovou sílu“ pro srozumitelnost.
- Diskuze sběratelů/hobistů: Vybavení na staré osvětlení je často popsáno v kandelových silách.
Pozor: Pro technickou práci a splnění předpisů vždy převádějte na kandely.
Letecké a ICAO standardy pro svítivost
Svítivost je zásadní pro bezpečnost v letectví, zejména za snížené viditelnosti. ICAO Annex 14 stanovuje minimální požadavky na svítivost v kandelách pro veškeré letištní osvětlení:
| Typ světla | Minimální intenzita (cd) | Použití |
|---|---|---|
| Okrajové světlo dráhy (vysoká intenzita) | 10 000 | Velká letiště, CAT II/III |
| Okrajové světlo dráhy (nízká intenzita) | 25–200 | Malá letiště |
| Přibližovací středová světla | 1 000–2 000 | Přesné přibližovací dráhy |
| Středová světla pojezdové dráhy | 25 | Navigace po letišti |
| Překážkové světlo (nízká intenzita) | 32 | Označení překážek |
| Překážkové světlo (vysoká intenzita) | 2 000–100 000 | Vysoké věže, větrné turbíny |
Všechny hodnoty jsou v kandelách, dle standardů ICAO a CIE.
Souhrnná tabulka: hlavní rozdíly
| Pojem | Moderní/zastaralý | Co měří | Jednotka | Typické použití |
|---|---|---|---|---|
| Kandelová síla | Zastaralý | Svítivost | Svíčka | Historické, starší specifikace |
| Kandela | Moderní (SI) | Svítivost | Kandela | Veškeré regulované osvětlení |
| Lumen | Moderní (SI) | Celkový světelný tok | Lumen | Výkon žárovek/svítidel |
| Lux | Moderní (SI) | Osvětlení | Lux | Osvětlení ploch |
Odkazy
- Mezinárodní komise pro osvětlení (CIE)
- Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO)
- Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO) Annex 14
- CGPM (Generální konference pro míry a váhy) SI Brožura
- Historické dokumenty o standardních svíčkách a fotometrii
Kandelová síla je důležitý historický pojem pro pochopení vývoje měření osvětlení, ale pro všechny moderní, vědecké i regulační účely by měla být používána pouze kandela.