یکای شدت نور چیست؟

در دستگاه بین‌المللی یکاها کاندلا یا شمع (با نماد cd) یکای شدت نور است. منظور از شدت نور، نیروی تابیده از سوی یک سرچشمه نور در جهتی مشخص است که توسط تابع روشنایی (یک مدل استانداردشده از حساسیت چشم انسان به طول موج‌های مختلف که با نام تابع اثرگذاری نور هم شناخته می‌شود) وزن داده می‌شود. یک شمع معمولی هم با تقریب نه‌چندان خوب یک کاندلا شدت نور دارد. اگر گسیل در برخی جهت‌ها به وسیلهٔ یک مانع کدر مسدود شود، گسیل در جهت‌هایی که مسدود نشده‌اند همچنان تقریباً ۱ کاندلا خواهد بود.

کلمهٔ کاندلا در زبان لاتین و بسیاری از زبان‌های نوین به معنای شمع است.

تعریف

مانند دیگر یکاهای اصلی اس‌آی، شمع نیز دارای تعریف عملیاتی است —با استفاده از توضیح فرایند فیزیکی تولید شدت نور یک کاندلا تعریف می‌شود. در سدهٔ شانزدهم در کنفرانس عمومی اندازه‌گیری و توزین (CGPM) در سال ۱۹۷۹ میلادی، شمع به صورت زیر تعریف شد:

یک کاندلا برابر است با شدت نور، در یک راستای خاص از یک چشمهٔ نور تک‌فام با بسامد ۵۴۰ تراهرتز و شدت شعاعی ۱/۶۸۳ وات بر استرادیان در آن راستا.

این تعریف مشخص می‌کند که چگونه می‌توان یک منبع نور ساخت که (طبق تعریف) یک کاندلا گسیل می‌دهد. چنین منبعی را می‌توان برای واسنجی ابزارهای اندازه‌گیری شدت نور به کار برد.

کاندلا هنوز هم گاهی به نام قدیمی‌اش یعنی شمع خوانده می‌شود مثلاً در توان‌شمع یا پا-شمع.

توضیح

بسامدی که از طیف مرئی و نزدیک به سبز در تعریف کاندلا برگزیده شده، دارای طول موجی نزدیک به ۵۵۵ نانومتر است. هنگام تطبیق با شرایط روشن، چشم انسان به این بسامد بیشترین حساسیت را دارد. با توجه به پاسخ فرکانسی چشم انسان، در بسامدهای دیگر شدت تابشی بیشتری نیاز است تا به همین شدت نور برسیم. شدت نور یک طول موج مشخص مانند λ به این صورت محاسبه می‌شود:

I_mathrm{v}(lambda)= 683.002 cdot overline{y}(lambda) cdot I_mathrm{e}(lambda)

که در آن I_v(λ) نماد شدت نور بر حسب کاندلا، I_e(λ) شدت تابش بر حسب W/sr و $textstyle overline{y}(lambda)$ تابع استاندارد نوردهی است. اگر بیش از یک طول موج داشته باشیم (که در واقعیت چنین است)، باید در طول طیف جمع یا انتگرال بگیریم تا به شدت روشنایی کل دست یابیم.

مثال

یک شمع معمولی تقریباً ۱ کاندلا شدت نور دارد. یک لامپ فلورسنت ۲۵ وات کوچک، نزدیک به ۱۷۰۰ لومن ساطع می‌کند؛ اگر نور به صورت مساوی در همهٔ جهت‌ها بتابد، چنین لامپی شدت نوری معادل ۱۳۵ کاندلا خواهد داشت. اگر همهٔ نور آن در یک پرتو ۲۰° متمرکز شود، شدت نور آن تقریباً ۱۸٬۰۰۰ کاندلا خواهد شد.

شدت نور ال‌ئی‌دی‌ها بر حسب میلی‌کاندلا یا هزارم کاندلا (mcd) سنجیده می‌شود. ال‌ئی‌دی‌های به کار رفته در نشانگرهای اطلاعاتی معمولاً در بازهٔ ۵۰ میلی‌کاندلا هستند؛ ال‌ئی‌دی‌ها فراروشن^[۸] می‌توانند به ۱۵٬۰۰۰ میلی‌کاندلا یا بیشتر نیز دست یابند.

یکاهای نورسنجی اس‌آی

یکاهای نورسنجی اس‌آی

کمیت	نماد^{[نکته ۱]}	یکای اس‌آی	نماد	بُعد	توضیحات
انرژی نورانی	Q_v ^{[نکته ۲]}	لومن ثانیه	lm⋅s	T⋅J ^{[نکته ۳]}	در انگلیسی گاهی به یکاها تالبوت می‌گویند
شار نوری	Φ_v ^{[نکته ۲]}	لومن (= cd⋅sr)	lm	J	توان نوری هم می‌گویند
شدت نور	I_v	کاندلا (= lm/sr)	cd	J	یکی از یکاهای اصلی اس‌آی، شار نوری در هر زاویهٔ فضایی واحد
درخشندگی	L_v	کاندلا بر متر مربع	cd/m²	L^−۲⋅J	به این یکا «نیت» هم می‌گویند
شدت روشنایی	E_v	لوکس (= lm/m²)	lx	L^−۲⋅J	برای نور تابیده‌شده بر یک سطح استفاده می‌شود
گسیل نوری	M_v	لوکس (= lm/m²)	lx	L^−۲⋅J	برای نور تابیده‌شده از یک سطح استفاده می‌شود
نوردهی	H_v	لوکس ثانیه	lx⋅s	L^−۲⋅T⋅J
چگالی انرژی نورانی	ω_v	لومن ثانیه بر متر^۳	lm⋅s⋅m^−۳	L^−۳⋅T⋅J
اثرگذاری نوری	η ^{[نکته ۲]}	لومن بر وات	lm/W	M^−۱⋅L^−۲⋅T³⋅J	نسبت شار نوری به شار تابشی
بازده نوری	V			۱	ضریب نوری نیز گفته می‌شود
جستارهای وابسته: اس‌آی · نورسنجی · رادیومتری

موسسه استاندارد توصیه می‌کند کمیت‌های نورسنجی با یک “v” (مخفف “visual” یعنی دیداری) مشخص شوند تا از اشتباه‌شدن با کمیت‌های رادیومتری یا فوتون جلوگیری شود.
گاهی نمادهای جایگزین هم بکار می‌رود: W برای انرژی نورانی، P یا F برای شار نوری، و ρ یا K اثرگذاری نوری.

“J” نماد توصیه‌شده برای روشنایی در دستگاه بین‌المللی یکاها است.

ارتباط بین شدت نور و شار نوری

اگر یک منبع نور، در یک مخروط معین، شدت نوری معادل I_v (بر حسب کاندلا) تولید کند، شار نوری کل Φ_v بر حسب لومن چنین محاسبه می‌شود:

Φ_v = I_v ⋅ ۲π ⋅ (۱ – cos(A/2))

که در آن A زاویهٔ تابش لامپ است (زاویهٔ راس مخروط). برای مثال لامپی که ۵۹۰ کاندلا گسیل می‌دهد و زاویهٔ تابش آن ۴۰° است، تقریباً ۲۲۳ لومن تابش دارد. برای دانستن زاویه‌های تابش لامپ‌های رایج بازتابنده چندوجهی را ببینید.

اگر چشمهٔ نور، نور را به صورت یکنواخت در همهٔ جهات گسیل دهد، شار نوری را می‌توان با ضرب‌کردن شدت نور در ۴π بدست آورد: یک چشمهٔ نور ۱ شمعی یکنواخت، ۱۲٫۶ لومن گسیل می‌دهد.