candela (cd)

Definition, realisering och ljusstyrkemätning inom det internationella enhetssystemet

Ljusstyrka är en grundläggande storhet inom fotometri och belysningsteknik och beskriver hur starkt en ljuskälla uppfattas av det mänskliga ögat i en given riktning. Till skillnad från flera andra fysikaliska storheter är candela inte enbart kopplad till objektivt mätbara energiflöden, utan tar även hänsyn till människans synförmåga.

SI-enheten för ljusstyrka är candela. Den moderna definitionen av candela är knuten till fundamentala fysikaliska storheter, men innehåller samtidigt ett explicit perceptuellt element. För att förstå detta är det, liksom för övriga SI-basenheter, nödvändigt att skilja mellan definition, realisering och praktisk användning.

Candelans definition i SI-systemet

Candela är definierad inom det internationella enhetssystemet (SI) enligt följande:

Candela är SI-enheten för ljusstyrka i en given riktning. Den definieras genom att den ljusstyrka som avges i en given riktning av en källa som sänder ut monokromatisk strålning med frekvens 540 × 10¹² hertz och har en strålningsintensitet i denna riktning av 1/683 watt per steradian, är 1 candela.

Den valda frekvensen, 540 THz, motsvarar grönt ljus, nära det våglängdsområde där det mänskliga ögat är som mest känsligt vid dagsljus.

Definitionen kopplar därmed samman:

• strålningsintensitet (watt per steradian),
• frekvens,
• en fast numerisk konstant (1/683),
• samt människans synrespons.

Historisk bakgrund

Tidiga definitioner av candela baserades på faktiska ljuskällor, exempelvis stearinljus eller glödande metalltrådar. Dessa definitioner var praktiskt användbara men svåra att reproducera exakt.

Under 1900-talet övergick man successivt till definitioner baserade på fysikaliskt väldefinierad strålning. Den nuvarande definitionen är helt frikopplad från specifika ljuskällor och bygger i stället på strålningsfysik och standardiserad synfysiologi.

Definition, realisering och användning

Även för ljusstyrka är det viktigt att skilja mellan tre nivåer:

Definitionen anger vad candela är i principiell mening och anger hur ljusstyrka relateras till strålningsintensitet.
Realiseringen avser de metoder genom vilka candela förverkligas i praktiska mätningar.
Användningen avser hur ljusstyrka används inom belysning, bildteknik, optik och vardagliga tillämpningar.

Fotometri och relationen till radiometri

Candela tillhör fotometrin, som skiljer sig från radiometrin genom att den väger elektromagnetisk strålning efter det mänskliga ögats känslighet.

Radiometriska storheter, såsom strålningsintensitet i watt per steradian, beskriver den fysiska energin i strålningen. Fotometriska storheter, såsom candela, erhålls genom att radiometriska storheter multipliceras med den spektrala ljuskänslighetsfunktionen V(λ), som beskriver ögats respons vid olika våglängder.

Candela är därmed en fysikalisk enhet med ett explicit biologiskt inslag.

Realisering av candela

Realiseringen av candela sker genom noggrant kontrollerade ljuskällor och optiska mätsystem. I praktiken används:

• stabila monokromatiska ljuskällor,
• bredspektrumkällor i kombination med spektral mätning,
• kalibrerade fotodetektorer vars respons är spårbar till radiometriska standarder.

Genom att mäta den strålningsintensitet som emitteras i en given riktning och väga denna med synfunktionens värde kan ljusstyrkan i candela bestämmas.

Candela och andra fotometriska enheter

Candela är basenheten för flera härledda fotometriska enheter, bland annat:

• lumen (ljusflöde)
• lux (belysningsstyrka)

Lumen definieras som candela multiplicerat med rymdvinkel, medan lux definieras som lumen per kvadratmeter. Dessa enheter används i praktisk belysningsteknik och arbetsmiljöbedömning.

Praktisk användning av candela

I praktiken används candela för att:

• beskriva ljuskällors riktade ljusstyrka
• specificera lampors och armaturers prestanda
• bedöma synkomfort och bländning

Till skillnad från lumen, som beskriver totalt ljusflöde, anger candela hur starkt ljuset uppfattas i en viss riktning.

Sammanfattning

Candela är en unik SI-basenhet genom att den explicit tar hänsyn till människans synförmåga. Genom att definiera ljusstyrka i termer av strålningsintensitet vid en specifik frekvens och väga denna med ögats känslighet har SI-systemet förenat objektiv fysik med mänsklig perception.

Denna definition gör candela till ett oumbärligt verktyg inom belysningsteknik, optik och visuell ergonomi, samtidigt som den är fullt integrerad i det sammanhängande och konstantbaserade SI-systemet.