Usuário(a):BahYajé e Y4guarEtã/Testes/LANTEC
CIPM, 1946, RESOLUÇÃO (PV 20, 119-122): DEFINIÇÃO DAS LUMINOSA UNIDADES FOTOMÉTRICAS [1] Candela no NIST : [2]
mesmo em nossa sociedade tecnológica, a unidade de medida da luz – a candela – seja a mais humana do Sistema Internacional de Unidades (SI).
A candela é a unidade básica do SI para fotometria – a ciência de medir a luz conforme percebida pelo sistema visual humano. É tão notável pelo que não faz quanto pelo que faz: não representa toda a quantidade de luz que brilha de um objeto; temos uma unidade diferente chamada lúmen para isso. Não é usado para todo tipo de radiação eletromagnética; ondas de rádio, raios X e outros tipos de luz que nossos olhos não podem detectar são medidos em watts de potência. A candela é especial. Ele mede a luz que podemos ver, vindo diretamente de uma fonte que podemos ver, diretamente em nossos olhos.
História[editar | editar código-fonte]
1946 CIPM: '4. As unidades fotométricas podem ser definidas da seguinte forma:
Nova vela (unidade de intensidade luminosa) - O valor da nova vela é tal que o brilho do radiador cheio à temperatura de solidificação da platina é de 60 novas velas por centímetro quadrado'.
1948 9ª CGPM 'candela' adotada no lugar da (nova) vela.
1967-68 13ª CGPM: 'decide expressar a definição da candela da seguinte forma:
A candela é a intensidade luminosa, na direção perpendicular, de uma superfície de m<^m metro quadrado de um corpo negro à temperatura de platina congelante sob uma pressão de 101 325 newtons por metro quadrado'.
1979 16ª CGPM: 'decide
1. A candela é a intensidade luminosa, em uma determinada direção, de uma fonte que emite radiação monocromática de frequência 540 xlO12 hertz e que tem uma intensidade radiante nessa direção de Watt por esferorradiano. 2. A definição da candela (na época chamada de nova vela)... é revogada.[5]
A visão é talvez o mais poderoso dos sentidos humanos, e ilumina uma das antigas metáforas da humanidade para a compreensão, sabedoria e verdade. Pequena maravilha, então, que mesmo na nossa sociedade tecnológica, a unidade de medida da luz - a vela - é a mais orientada para o ser humano do Sistema Internacional de Unidades (SI).
A candela é a unidade base do SI para a fotometria - a ciência da medição da luz tal como é percebida pelo sistema visual humano. É tão notável pelo que não faz como pelo que faz: não representa toda a quantidade de luz que brilha de um objecto; temos uma unidade diferente chamada o lúmen para isso. Não é usado para todo o tipo de radiação electromagnética; ondas de rádio, raios X e outros tipos de luz que os nossos olhos não conseguem detectar são medidos em watts de potência. A candela é particular. Mede a luz que podemos ver, vinda directamente de uma fonte que podemos ver, directamente para os nossos olhos.
O seu nome é a palavra latina para "vela", e desde as nossas primeiras tentativas de criar uma unidade de medida, sempre voltamos a esta fonte de luz familiar e antiga como uma referência de fácil compreensão para o brilho - a que os cientistas modernos se referem como intensidade. Mas por muito antiga que seja a vela, a nossa necessidade da candela tem sido impulsionada em grande parte pelo comércio moderno. A criação de lâmpadas incandescentes há menos de 150 anos, através dos nossos LEDs contemporâneos e ecrãs de smartphones, exigiu um meio de descrever a intensidade destas fontes de luz artificial para os seres humanos que as utilizam.
O que aprendemos sobre a luz visível levou os cientistas a criar termos específicos, tanto verbais como matemáticos, para descrever ideias de luminosidade. E o que aprendemos sobre o olho humano continua a informar os esforços do NIST para medir o efeito da luz sobre ele. Somos mais sensíveis a algumas cores do que a outras, e esta sensibilidade muda à medida que o dia cai na noite - e à medida que a juventude dá lugar à idade.
Os fabricantes precisam de ter estas ideias em conta, uma vez que concebem praticamente todos os produtos de iluminação no mercado, uma tarefa que se relaciona com a vela - a estranheza do SI, a única unidade que permanece ligada à percepção humana.
Passado[editar | editar código-fonte]
Entre as primeiras realizações definitivas no desenvolvimento da humanidade está o nosso domínio do fogo. A chama foi a nossa primeira fonte de luz artificial. Permaneceu essencialmente a nossa única fonte mesmo em 1875, quando o Gabinete Internacional de Pesos e Medidas (BIPM)
foi criado para ajudar as nações a chegarem a acordo sobre unidades de medida padrão.
Uma definição de luminância escapou-nos nesse momento - descrevemo-la como candelas por metro quadrado - mas a ideia de luminosidade relativa volta aos primeiros astrónomos. A magnitude aparente
escala que ainda utilizamos para comparar o brilho das estrelas assenta num sistema grego antigo
refinada e codificada em 1856. O que reconheceríamos como fotometria moderna remonta a 1729, quando o cientista francês Pierre Bouguer fez medições que determinavam que a luz do Sol fosse 300 vezes mais intensa do que a da Lua.
Unificando estes esforços históricos estava a ideia de que estas pequenas ou pontuais fontes de luz faziam diferentes impressões de intensidade sobre o olho humano. Contudo, as unidades acordadas de intensidade estavam muito longe.
Diferentes nações acabaram por criar as suas próprias formas de especificar quão brilhante era uma fonte de luz, todas elas baseadas numa forma definida de criar uma chama, e muitas fazendo referência a uma fonte familiar: uma vela. Mas as formas de fazer uma vela podem variar, desde o tamanho do pavio até ao tipo de cera utilizada. O físico francês Jules Violle tentou evitar estas questões em 1879, aquecendo a platina até ao seu ponto de fusão (1770 C, ou 3220 F) e ligando a luminosidade ao brilho do metal. O violle estava à frente do seu tempo; embora a sua ideia fosse difícil de reproduzir na prática, utilizando métodos do século XIX, os cientistas em breve regressariam aos seus elementos, uma vez que a iluminação artificial estava prestes a tornar-se generalizada.
A fotometria progrediu muito mais rapidamente com as invenções da lâmpada incandescente e do manto de gás. Estas invenções foram amplamente adoptadas, e o público precisava de uma medida padrão para compreender a sua intensidade.
Três imagens horizontais que mostram partes de uma lâmpada de filamento de carbono criada em 1887.
Fotografia da lâmpada de Hefner
Quando o trabalho em fotometria foi iniciado no National Bureau of Standards (NBS) por volta de 1903, um grupo de lâmpadas de filamento de carbono calibradas em relação aos padrões de chama Hefner foi estabelecido como o primeiro Padrão Nacional de Referência de intensidade luminosa. Comparações de lâmpadas incandescentes calibradas contra este grupo de padrões de referência e também contra padrões de chama tanto no NBS como nos laboratórios nacionais de origem dos padrões de chama (Hefner na Physikalisch-Technische Reichsanstalt na Alemanha, Carcel na International Electrical Commission em França, e Vernon-Harcourt no National Physical Laboratory em Inglaterra) resultou no estabelecimento das magnitudes relativas da unidade de intensidade luminosa nestes quatro países e culminou na adopção em 1909 da "vela internacional" como a unidade em Inglaterra, França e Estados Unidos, com a vela de Hefner da Alemanha considerada como 0. 9 tão grande como a vela internacional.
O ano de 1909 viu os EUA, a Grã-Bretanha e a França acordarem numa "vela padrão" construída a partir de filamentos de carbono, que a comunidade científica cedo percebeu ter problemas de estabilidade.
o que parece ser uma lâmpada antiquada
Outra imagem, lâmpada de 500 W
Este artefacto é uma lâmpada incandescente de 500 Watt cheia de gás e foi utilizada como padrão de intensidade luminosa nos anos 70.
Eventualmente a ideia de usar um corpo negro - um absorvedor e emissor perfeito de torres de luz como solução. Embora um material tão idealizado não exista na natureza, os cientistas aproximaram-no de perto utilizando platina revestida de óxido de ferro, que actua quase como um corpo negro. Em 1933, a comunidade científica concordou em desenvolver unidades baseadas na intensidade luminosa - essencialmente a potência emitida por uma luz numa determinada direcção - de um corpo negro no ponto de fusão da platina.
No início do século XX, os produtos de iluminação artificial tinham-se tornado suficientemente comuns para que os países industrializados necessitassem de uma unidade de medida padrão para a luz. Embora fosse a tecnologia moderna que impulsionava largamente a sua criação, a própria unidade referia o brilho histórico de uma vela. Tratava-se de uma unidade humana feita para o olho humano.
Um fabricante de velas da Renascença poderia não compreender a redacção, mas reconheceria o brilho de uma vela expresso pela primeira definição da candela de 1948: "a intensidade luminosa, na direcção perpendicular, de uma superfície de 1/600.000 metros quadrados de um corpo preto à temperatura da platina gelada sob uma pressão de 101.325 newtons por metro quadrado". A especificação da pressão é uma adição importante porque afecta a temperatura a que a platina derrete.
Presente[editar | editar código-fonte]
Refinamentos à definição da candela vieram com avanços na radiometria (a medição da radiação óptica) e para acomodar métodos mais fáceis de criar luz que não dependessem de um "artefacto" de platina, mas continuaram a fazer referência à quantidade de luz que uma vela tradicional iria gerar. Em 1979, a Conferência Geral sobre Pesos e Medidas (CGPM) adoptou uma nova definição: "A candela (cd) é a intensidade luminosa, numa dada direcção, de uma fonte que emite radiação monocromática de frequência 540 × 1012 hertz e que tem uma intensidade radiante nessa direcção de 1/683 watt por esterradiano". Por mais técnica que esta linguagem possa ser, continua a ser uma tentativa de corresponder a nossa compreensão moderna do olho humano com o que ainda percepcionamos como sendo o brilho de uma vela.
A definição de 1979 restringiu a formulação anterior num aspecto notável: Especificava uma frequência particular de luz, não todo o espectro visível. Esta mudança reconhece uma particularidade da visão humana. Embora possamos ver cores do vermelho ao violeta, os nossos olhos - pelo menos durante o dia - são mais sensíveis à luz amarelo-esverdeada.
A frequência 540 × 1012 hertz é uma tonalidade de verde.
No entanto, a maioria das lâmpadas não são verdes. Para luz de outra cor, ou um amplo espectro de cores, como a luz de uma lâmpada branca LED, a Comissão Internacional de Iluminação
(CIE) criou um método de contabilização da maior sensibilidade do olho a certos matizes. Próximo da ideia de colocar os pesos numa escala
o método concede mais influência a essas cores que os olhos registam mais fortemente. Tendo em conta a influência respectiva de cada cor, obtém-se a intensidade luminosa global da fonte de luz.
Falando de intensidade, há também duas referências distintas a ela na definição: intensidade luminosa e intensidade radiante. Esta distinção relaciona-se também com a percepção humana. Enquanto "intensidade radiante" é a intensidade da luz sem ajustes para a visão humana, a intensidade luminosa é uma unidade "fotométrica" que compensa a sensibilidade visual humana.
Para transmitir a ideia de luz irradiando para o espaço tridimensional, os cientistas empregam a ideia de um ângulo sólido. Onde um ângulo plano bidimensional esculpe um pedaço de círculo parecendo uma fatia de torta, um ângulo sólido tridimensional é uma secção de uma esfera com a forma de um cone. Este ângulo tridimensional que se estende do centro para a superfície é medido em esterradianos, a unidade de ângulo sólido. Se se tivesse uma esfera cujo raio fosse de um metro, a base de uma secção de um esterradiano seria um círculo marcando uma área de um metro quadrado da sua superfície. (Independentemente do seu tamanho, o ângulo sólido de uma esfera é 4π esterradianos).
Usando ângulos sólidos como parte da definição de candela especifica a luz que brilha numa determinada direcção. Quando se compra uma lâmpada, o seu brilho não é dado em candelas, mas em lúmenes, o que nos diz quanta luz nos dá em total luminosidade em todas as direcções. (Isto faz sentido porque quer descobrir o quão bem ela ilumina todo o seu quarto). A candela, por outro lado, é uma medida de quão brilhantemente a fonte de luz irá aparecer aos seus olhos se olhar directamente para ela.
Esta compreensão da visão humana levou à criação de uma das sete constantes definidoras para as unidades de base do SI. Esta constante, Kcd, é igual a 683 lúmens por watt-um valor que torna a candela moderna aproximadamente equivalente à candela previamente definida. Grosseiramente falando, 1/683 watt por esterradiano é a quantidade de energia necessária para gerar o brilho de uma vela. (Este valor de 1/683 watt por esterradiano não está ligado a nenhum efeito físico fundamental particular separado da percepção humana, tal como não estava ligado aos 1/600.000 metros quadrados de um corpo preto da definição anterior. Em ambos os casos, os cientistas estavam literalmente a olhar para ele).
Toda esta atenção ao sentido humano é surpreendente quando o Kcd é comparado com as outras constantes fundamentais. Muitas das outras - como a velocidade da luz no vácuo ou a carga de um electrão - são propriedades do universo. O Kcd é universal na medida em que é verde em todo o cosmos, mas para um alienígena - ou uma criatura do nosso planeta com sensibilidade visual diferente - a sua selecção como constante definitiva pareceria altamente arbitrária. É simplesmente conveniente para a percepção humana.
três imagens de um dispositivo que se parece com uma máquina fotográfica antiga
A redefinição da candela em 1979 permitiu a realização da unidade utilizando detectores calibrados de radiação óptica. A NIST implementou esta técnica no início dos anos 90 com este artefacto, um fotodetector de díodos de silício que incluía um filtro que correspondia espectralmente à resposta visual humana aceite. Esta foi a primeira utilização de um dispositivo detector a realizar a candela para os Estados Unidos, e foi uma mudança fundamental e histórica em relação a todas as medições anteriores da candela que, desde o seu início, se tinha baseado em vários tipos de lâmpadas.
Crédito: NIST
A partir de 20 de Maio de 2019, a definição da candela mudou para uma redacção muito mais complicada do que a definição de 1979. O valor real da candela não mudará sensivelmente, embora porque está ligada às outras unidades SI, que em alguns casos foram redefinidas por elas próprias, haverá uma diferença imperceptível. A linguagem da definição da candela é agora principalmente dirigida a especialistas técnicos:
"A candela é definida tomando o valor numérico fixo da eficácia luminosa da radiação monocromática de frequência 540×1012 Hz, Kcd, para ser 683 quando expresso na unidade lm⋅W-1, que é igual a cd⋅sr⋅W-1, ou cd⋅sr⋅kg-1⋅m-2⋅s3, onde o quilograma, metro e segundo são definidos em termos de h, c e ΔνCs".
A candela está agora estreitamente ligada às outras unidades e constantes do novo SI. Uma fonte de luz de uma candela, no entanto, ainda parecerá ao olho humano ser tão brilhante como uma vela de cera de outrora.
Futuro
Como laboratório de medição da nação, NIST tem outra tarefa pela frente: reduzir a incerteza ao medir a intensidade luminosa. Em comparação com outras unidades, esta incerteza parece bastante grande: Podemos medir o segundo a uma precisão de um bilionésimo de um bilionésimo de segundo, mas a candela nem sequer a dentro de uma parte em mil (0,1%). A redução desta incerteza não irá alterar a definição da candela, mas é importante porque a indústria da iluminação precisa de saber como as suas alterações de design se traduzem em melhores fontes de luz.
Um esforço do NIST visa melhorar a nossa capacidade de medir como cada comprimento de onda visível contribui para a intensidade global de uma fonte de luz. Até recentemente, medir a resposta de um fotômetro envolvia dividir a luz com um prisma, passando depois cada cor através do fotómetro. Este método permite aos cientistas obter respostas de fatias do espectro que são cerca de 2 x 1012 hertz de largura (2 nanómetros), mas a incerteza - a banalidade da ciência da medição - aumenta com a largura das fatias. O estreitamento destas fatias do espectro exigirá uma nova abordagem.
O NIST passou os últimos anos a criar uma fonte de luz laser pulsada que pode ser sintonizada em comprimentos de onda muito particulares, de modo a que as cores individuais sejam definidas de forma mais estreita - apenas cerca de 0,1 x 1012 hertz (0,1 nm) de largura. O esforço permitirá aos cientistas da visão criar fotómetros que imitem mais de perto a resposta do olho.
O esforço é importante não só porque a tecnologia de iluminação continua a avançar. Para esta unidade centrada no ser humano, os cientistas estão a tentar explicar as diferenças na percepção humana.
Tomemos a altura do dia, por exemplo. A nossa sensibilidade espectral muda uma vez que o sol se põe. Enquanto somos mais sensíveis à luz amarelo-esverdeada durante o dia, quando conduzimos um carro à noite, somos mais sensíveis ao azul. Os cientistas de visão no NIST e noutros locais estão a tentar encontrar formas de contabilizar esta diferença, para que os nossos sinais de trânsito, indicadores do painel de instrumentos e os faróis dos carros em sentido contrário encaixem bem na nossa visão noturna.
As mudanças acontecem não só ao longo de um dia, mas também ao longo de uma vida inteira. Os nossos olhos são diferentes à medida que envelhecemos. Os cientistas ainda estão a tentar controlar estas discrepâncias.
Estes esforços provavelmente não irão alterar a definição da candela, mas podem muito bem afetar a forma como as fontes de luz são concebidas e as escolhas que os fabricantes fazem no futuro.[2]
Referências
- ↑ INMETRO, Instituto Nacional de Meteorologia Normalizacao e Qualidade Industrial (2007). Sistema internacional de unidades - SI 8 ed. Brasília: INMETRO. p. 66. ISBN 978-85-87090-85-0
- ↑ a b robin.materese@nist.gov (16 de maio de 2019). «Candela». NIST (em inglês). Consultado em 17 de janeiro de 2022
- ↑ Hefner candle, Hefner unit, Hefnerkerze in Donald Fenna (ed)A Dictionary of Weights, Measures, and Units, Oxford University Press 2002, ISBN 019-860522-6, p. 124
- ↑ «Optics | Department of Physics and Astronomy». www.unl.edu. Consultado em 17 de janeiro de 2022
- ↑ Fenna, Donald (2002). A dictionary of weights, measures, and units. Col: Oxford paperback reference. Oxford ; New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-860522-5