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A candela (do latim, literalmente vela) é a unidade de medida básica do Sistema Internacional de Unidades para a intensidade luminosa. Ela é definida a partir da potência irradiada por uma fonte luminosa em uma particular direção. Seu símbolo é cd.

Exemplo de ângulo sólido cuja candela é utilizada como base. Ângulo sólido é a mesma coisa que ângulo esférico? Foi por aqui que enveredei pela coisa.

Quando cheguei em Calota esférica não fiz a Wikipédia:Verificável não é verificado, apenas melhorei a forma {Dif|64797340}}. Ao realizar a verificação percebi que a referência está morta.

Definição

Curva de luminosidade: em preto sob condições de alta luminosidade (fotópica) e em verde sob condições de baixa luminosidade (escotópica)

Como muitas outras unidades do SI, a candela é definida por um processo físico que pode ser realizado experimentalmente e reproduzido com certa facilidade. Desde 1979 é definida oficialmente como:

A candela é a intensidade luminosa, numa dada direção, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de frequência 540 x 10¹² hertz e que tem uma intensidade radiante nessa direção de 1⁄683 watt por esferorradiano

Essa definição é baseada na correlação entre o fluxo de radiação emitido pela fonte e o fluxo luminoso que gera uma resposta do observador, nesse caso o próprio olho humano. A definição de observador é de responsabilidade da Comissão Internacional de Iluminação (Comission Internationale de L'ecleraige - CIE) e representa o olho e as suas respostas ao estímulo luminoso de maneira estatística.

Formalmente a intensidade luminosa (I_v) de um fonte qualquer pode ser expressa através da integral em relação ao comprimento de onda (λ), tal que para uma fonte policromática:

$I_{v}(\lambda )=K\int _{\lambda }I_{e}(\lambda )\cdot {\overline {y}}(\lambda )d\lambda$

onde K é o fator de conversão que possui o valor de 683,002 lm.W^-1, I_e(λ) é a intensidade radiante (W.sr^-1), e y(λ) é a função de luminosidade.

A função de luminosidade descreve a sensibilidade do olho humano aos diferentes comprimentos de onda da luz visível, foi estabelecida pela CIE e é usada principalmente para converter energia radiante em energia luminosa. A função é normalizada e tem um pico unitário adimensional para um comprimento de onda de 555 nm, que corresponde à cor verde, equivalente à uma frequência de 540 x 10¹² Hz. Por ser a frequência mais perceptível ao olho humano foi escolhida para servir de parâmetro para a obtenção da candela.

História

As primeiras tentativas de quantizar a intensidade luminosa se deram naturalmente considerando o fluxo luminoso de uma simples vela, mas assim como diversas outras grandezas físicas, as definições de luminosidade variavam enormemente de país para país. Foi somente em 1909 que Estados Unidos, França e Reino Unido resolveram adotar como unidade padrão a vela internacional, utilizando dessa vez lâmpadas de filamento no lugar de velas (ainda assim não havia consenso, países como Alemanha e Áustria decidiram manter seu padrão, que utilizava como base as lâmpadas de Hefner, um tipo de lâmpada a óleo).

Entretanto esse novo padrão ainda era demasiadamente prático e carecia de uma definição teórica mais aprofundada. Foi então que a partir dos resultados da pesquisa de Max Planck acerca da radiação de corpo negro que se definiu em 1948, na 9ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM, sigla francesa para Conférence Générale des Poids et Mesures), a nova vela. Ainda em 1967 na 13ª CGPM mudou-se o nome de nova vela para o atual candela e também definiu-se o símbolo cd. No documento oficial constava:

A candela é a intensidade luminosa, na direção perpendicular, de uma superfície de um corpo negro de área igual a 1⁄600000 metros quadrados à temperatura de fusão da platina sob uma pressão de 101 325 newtons por metro quadrado

Estava entre os responsáveis por essa nova unidade a CIE, além do Comitê Internacional de Pesos e Medidas e do Escritório Internacional de Pesos e Medidas.

Esta redefinição ocorreu pois a definição anterior, retificada pela 9ª CGPM (1948), apresentava algumas imperfeições, fazendo com que recebesse várias críticas por parte da comunidade científica.

Em 1979, durante a realização 16ª CGPM, faz-se algumas considerações levando em conta a atual definição e uso da unidade de intensidade luminosa no meio científico. Dentre estas considerações, podemos citar:

• As dificuldades de criar um corpo negro primário padrão em laboratório com altas temperaturas
• As muitas divergências que estavam ocorrendo nos resultados para a definição de uma unidade padrão de intensidade luminosa.
• O desenvolvimento rápido da radiometria, atingindo precisões equivalentes às medidas usadas na fotometria, e que essas medidas muitas vezes eram utilizadas em laboratórios para se determinar o valor da candela sem a necessidade da utilização de um corpo negro,
• A adoção de uma relação entre as grandezas luminosas da fotometria e as grandezas da radiometria pelo Comitê Internacional de Pesos e Medidas em 1977, que envolvia um valor para a eficiência luminosa espectral da radiação monocromática de frequência 540 • 10¹² hertz, que equivalia a 683 lúmens por watt.

Se os aspectos teóricos da nova candela pareciam bem consolidados a parte experimental deixava a desejar. A nova definição baseada no trabalho de Planck exigia temperaturas altíssimas para reproduzir as medições e essa dificuldade, somada aos novos avanços da radiometria, resultou em uma nova mudança. Em 1979 na 16ª CGPM foi apresentada a definição atual da candela.

Exemplos

Nessa seção alguns exemplos de fontes luminosas comuns no dia-a-dia e sua luminosidade em candela. Como ponto de referência é útil lembrar que uma vela comum produz aproximadamente 1 cd.

Fonte	Luminosidade
LED	30 mcd
LED de alto brilho	9,5 cd
Lâmpada incandescente (40W)	33 cd
Lâmpada fluorescente (65W)	382 cd
Lâmpada halógena (20kW)	45 000 cd

Ligações externas

• «The photometric base unit – the candela» (PDF) (em inglês) 
• «Site oficial da Comissão Internacional de Iluminação» (em inglês) 
• «Página da Wiki em inglês sobre a função de luminosidade» (em inglês) 

CIPM, 1946, RESOLUÇÃO (PV 20, 119-122): DEFINIÇÃO DAS LUMINOSA UNIDADES FOTOMÉTRICAS Candela no NIST :

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

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.

Uma forma de vela, sendo a luminosidade de uma lâmpada Hefner queimando acetato de amila com uma chama de 40 mm de altura aproximadamente 0,920 cd.

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 ${\frac {1}{683}}$ Watt por esferorradiano. 2. A definição da candela (na época chamada de nova vela)... é revogada.

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

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

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.

O gráfico colorido mostra o espectro da luz com uma chamada à luz visível e as cores.

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.