光度单位坎德拉的概念、定义及历史变迁

百检网 2022-11-09

发光强度单位坎德拉是国际单位制中的七个基本单位之一,它是描述光源在某一方向上发出可见光强弱的程度。人类很早就开始了对光的观测和研究。例如,在比较两个天体的亮度或照度时,1729年P.布给发明的目视光度计可将恒星分成若干星等。在照明工程中,早期的光度测量以蜡烛作为参照标准。1760年,J.H.朗伯首创了光度学的基本体系,成为光度学的奠基人。1860年,英国**规定了发光强度的单位,即采用一支蜡烛的发光强度作为单位量,英文名称为candel,中文译名为烛光。1881年,国际电工技术委员会批准烛光为发光强度单位的国际标准。人类此时夜间都采用蜡烛照明。确切批准的烛光定义是:1磅鲸脑油制成6支蜡烛,蜡烛以每小时120格令(约等于7.776g)的速度燃烧时,在火焰的水平方向的发光强度为1烛光。

1879年10月22日,举世闻名的美国电学家和发明家,被誉为“世界发明大王”的爱迪生点燃了**盏真正具有广泛实用价值的电灯。为了延长灯丝的寿命,他又重新试验,大约试用了6000多种纤维材料,才找到了新的发光体——日本竹丝,可持续发光1000多小时,达到了耐用的目的。从某方面说,这一发明是爱迪生一生中达到登峰造*的成就。接着,他又创造了一种供电系统,使远处的灯具能从中心发电站配电,这是一项重大的工艺成就。

此后不久,与爱迪生同镇的沙耶也设计了一种灯泡,要与爱迪生比赛灯泡点亮的寿命。沙耶制作的灯泡功率为4W,自1901年点亮以来,至今已110周年,灯泡一直亮着,创造了吉尼斯世界纪录,堪称百年光度历史的奇迹。美国加州“百年灯泡委员会”邀请世界各国的科学家前去观看这个奇异的百年灯泡。

电灯的出现是照明世界的头等大事,人类从20世纪开始进入夜间光明的新时代。为了适应新形势,美、英、法等国于1909年决定用一组45支碳丝白炽灯代替蜡烛作为保持发光强度的国际标准,取名为国际烛光。确定这个定义后不久,就发生了**次世界大战。在经历了两次世界大战后,1948年1月1日,国际上才开始推行**个统一的发光强度单位,其定义为:在铂凝固点温度下,黑体发生的光亮度为60新烛光每平方厘米。

新烛光比原来的烛光所复现的单位约小1.9%,单位名称由原来的英文candel改为拉丁文candela。为了避免混淆,我国采用音译名称“坎德拉”。

采用上述定义的原因是,要选择一个既稳定又能准确复现的高温。根据物理学的研究可知,高纯金属相变点的温度非常稳定,铂凝固点温度为2042K。由黑体辐射的理论可知,黑体的发射能力很强,只要采用温度达到2042K的人工黑体,就能复现坎德拉单位。

1967年,第十三届计量大会对坎德拉的上述定义进行了修改,修改后的定义如下:“坎德拉是在101325Pa压力下,处于铂凝固点温度的黑体的1/600000m2表面在垂直方向上的发光强度。”

修正后的定义中包含了表面所受的压力,因为金属凝固点温度与表面压力有关,修正后的定义比原来更加严格。这个定义在1979年又进行了修改,1979年第十六届计量大会通过了下列定义:“

坎德拉为一光源在给定方向的发光强度,该光源发出频率为5401012Hz的单色辐射,且在此方向上的辐射为1/683W每球面度。”

上述定义隐含了Km=683流明/瓦,频率为540×1012Hz的辐射波长(即555nm),这是人眼视觉的峰值波长。新定义与原定义保持了坎德拉的量值不变。新定义的意义在于它建立了坎德拉与光功率单位瓦特之间的联系,与人眼的主观因素无直接关系。但是,发光强度仍是一个与人的心理因素有关的物理量。为了说明两者之间的关系,下面对人的视觉机制进行概略的介绍。

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