कैन्डेला

कैंडेला ( या ; प्रतीक: cd) इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (SI) में चमकदार तीव्रता की इकाई है। यह किसी विशेष दिशा में प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित प्रति इकाई ठोस कोण की चमकदार शक्ति को मापता है। चमकदार तीव्रता चमकदार तीव्रता के अनुरूप है, लेकिन स्रोत के स्पेक्ट्रम में प्रकाश के प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के योगदान को जोड़ने के अतरिक्त, प्रत्येक तरंग दैर्ध्य का योगदान मानक चमकदारता समारोह (मानव आंखों की संवेदनशीलता का एक मॉडल) द्वारा भारित होता है तरंग दैर्ध्य एक सामान्य मोमबत्ती लगभग एक केंडलपावर की चमकदार तीव्रता के साथ प्रकाश का उत्सर्जन करती है। यदि कुछ दिशाओं में उत्सर्जन एक अपारदर्शी अवरोध द्वारा अवरुद्ध हो जाता है, तब भी उत्सर्जन उन दिशाओं में लगभग एक कैंडेला होगा जो अस्पष्ट नहीं हैं।

कैंडेला शब्द मोमबत्ती के लिए लैटिन भाषा है। पुराना नाम "मोमबत्ती" अभी भी कभी-कभी उपयोग किया जाता है, जैसे पैर-मोमबत्ती और मोमबत्ती की शक्ति की आधुनिक परिभाषा है। इसे उस बल के रूप में परिभाषित किया गया है जो एक मीटर प्रति सेकंड प्रति सेकंड के त्वरण के साथ एक किलोग्राम का द्रव्यमान प्रदान करने के लिए आवश्यक है।

परिभाषा
वज़न और माप पर 26वें आम सम्मेलन (CGPM) ने 2018 में कैंडेला को फिर से परिभाषित किया। नई परिभाषा, जो 20 मई 2019 को प्रभावी हुई, यह है:

कैंडेला [...] को आवृत्ति 540 × 10 के मोनोक्रोमैटिक विकिरण की चमकदार प्रभावकारिता के निश्चित संख्यात्मक मान को लेकर परिभाषित किया गया है।12 हर्ट्ज, केcd, 683 होना चाहिए जब इकाई lm W में व्यक्त किया जाए-1, जो बराबर है cd sr W−1, या cd sr kg−1 m−2 s3, जहां किलोग्राम, मीटर और सेकंड को प्लैंक स्थिरांक, निर्वात में प्रकाश की गति और सीज़ियम 133 परमाणु की असंतुलित जमीनी अवस्था हाइपरफाइन संक्रमण आवृत्ति के संदर्भ में परिभाषित किया गया है।Cs

स्पष्टीकरण
चुनी गई आवृत्ति लगभग 555 नैनोमीटर के तरंग दैर्ध्य के अनुरूप हरे रंग के निकट दिखाई देने वाले प्रकाश में है। मानव आंख, जब उज्ज्वल स्थितियों के लिए अनुकूलन (आंख), इस आवृत्ति के पास सबसे अधिक संवेदनशील होती है। इन परिस्थितियों में, स्कॉप्टिक दृष्टि पर फोटोपिक दृष्टि हमारी आंखों की दृश्य धारणा पर हावी होती है। अन्य आवृत्तियों पर, मानव आंखों की आवृत्ति प्रतिक्रिया के अनुसार, समान चमकदार तीव्रता प्राप्त करने के लिए अधिक चमकदार तीव्रता की आवश्यकता होती है। एक विशेष तरंग दैर्ध्य λ के प्रकाश के लिए चमकदार तीव्रता द्वारा दिया जाता है
 * $$I_\mathrm{v}(\lambda)= 683.002\ \mathrm{lm/W} \cdot \overline{y}(\lambda) \cdot I_\mathrm{e}(\lambda) ,$$

जहां मैंv(λ) चमकदार तीव्रता है, Ie(λ) दीप्तिमान तीव्रता है और $$\textstyle \overline{y}(\lambda)$$ photopic ल्यूमिनोसिटी फंक्शन है। यदि एक से अधिक तरंग दैर्ध्य मौजूद हैं (जैसा कि आमतौर पर होता है), कुल चमकदार तीव्रता प्राप्त करने के लिए तरंग दैर्ध्य के स्पेक्ट्रम पर एकीकृत होना चाहिए।

उदाहरण

 * एक सामान्य मोमबत्ती लगभग 1 सीडी चमकदार तीव्रता के साथ प्रकाश उत्सर्जित करती है।
 * एक 25 W कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट प्रकाश बल्ब लगभग 1700 लुमेन (यूनिट) से बाहर करता है; यदि वह प्रकाश सभी दिशाओं में समान रूप से विकीर्ण होता है (अर्थात 4$\pi$ steradian), इसकी तीव्रता होगी $$I_\text{V} = \frac{1700\ \text{lm}}{4 \pi\ \text{sr}} \approx 135\ \text{lm}/\text{sr} = 135\ \text{cd}.$$
 * एक 20° बीम (0.095 स्टेरेडियन) में केंद्रित, उसी प्रकाश बल्ब की बीम के भीतर लगभग 18,000 cd की तीव्रता होगी।

इतिहास
1948 से पहले, कई देशों में चमकदार तीव्रता के लिए विभिन्न मानक उपयोग में थे। ये आम तौर पर परिभाषित संरचना के मानक मोमबत्ती से लौ की चमक, या विशिष्ट डिजाइन के गरमागरम फिलामेंट की चमक पर आधारित होते थे। इनमें से सबसे प्रसिद्ध मोमबत्ती की शक्ति का अंग्रेजी मानक था। एक मोमबत्ती की शक्ति एक शुद्ध शुक्राणु या ह्वेल मछली के सिर का तेल मोमबत्ती द्वारा उत्पादित प्रकाश था जिसका वजन एक पाउंड का छठा हिस्सा था और प्रति घंटे 120 अनाज (यूनिट) की दर से जल रहा था। जर्मनी, ऑस्ट्रिया और स्कैंडिनेविया ने हेफनर लैंप के आउटपुट पर आधारित इकाई हेफनरकर्ज़ का उपयोग किया। यह स्पष्ट हो गया कि एक बेहतर परिभाषित इकाई की आवश्यकता थी। जूल्स वायोल ने 1 सेमी द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के आधार पर एक मानक प्रस्तावित किया थाप्लैटिनम का 2 उसके गलनांक (या हिमांक) पर, इसे वायोल कहते हैं। प्रकाश की तीव्रता प्लैंक रेडिएटर (एक काला शरीर) प्रभाव के कारण थी, और इस प्रकार डिवाइस के निर्माण से स्वतंत्र थी। इससे किसी के लिए भी मानक को मापना आसान हो गया, क्योंकि उच्च शुद्धता वाला प्लेटिनम व्यापक रूप से उपलब्ध था और आसानी से तैयार हो जाता था।

आयोग इंटरनेशनेल डी एल'एक्लेरेज (रोशनी पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग) और सीआईपीएम ने इस मूल अवधारणा के आधार पर एक नई मोमबत्ती का प्रस्ताव दिया। हालाँकि, नई इकाई के मूल्य को वायोल को 60 से विभाजित करके इसे पहले की इकाई मोमबत्ती की शक्ति के समान बनाने के लिए चुना गया था। निर्णय 1946 में CIPM द्वारा प्रख्यापित किया गया था: 'नई मोमबत्ती' का मान ऐसा है कि प्लेटिनम के जमने के तापमान पर पूर्ण रेडिएटर की चमक प्रति वर्ग सेंटीमीटर 60 नई मोमबत्तियां होती है। 

इसके बाद 1948 में 9वें सीजीपीएम द्वारा इसकी पुष्टि की गई जिसने इस इकाई के लिए एक नया नाम, कैंडेला अपनाया। 1967 में 13वें सीजीपीएम ने न्यू कैंडल शब्द को हटा दिया और कैंडेला परिभाषा का एक संशोधित संस्करण दिया, जिसमें फ्रीजिंग प्लेटिनम पर लागू वायुमंडलीय दबाव को निर्दिष्ट किया गया था: कैंडेला किसी सतह की लम्बवत् दिशा में ज्योतिर्मय तीव्रता है 1&thinsp;/&thinsp;600&thinsp;000 के दबाव में प्लेटिनम को जमने के तापमान पर एक कृष्णिका का वर्ग मीटर 101&thinsp;325न्यूटन प्रति वर्ग मीटर। 

1979 में, उच्च तापमान पर प्लैंक रेडिएटर को साकार करने में कठिनाइयों और रेडियोमेट्री द्वारा प्रस्तावित नई संभावनाओं के कारण, 16वें सीजीपीएम ने कैंडेला की एक नई परिभाषा अपनाई:  कैंडेला एक दी गई दिशा में, एक स्रोत की चमकदार तीव्रता है, जो आवृत्ति के मोनोक्रोमैटिक विकिरण का उत्सर्जन करता है $1.02$ और जिसकी उस दिशा में एक उज्ज्वल तीव्रता है $1.11$वाट प्रति स्टेरेडियन। 

परिभाषा वर्णन करती है कि एक प्रकाश स्रोत कैसे उत्पन्न किया जाए जो (परिभाषा के अनुसार) एक कैंडेला का उत्सर्जन करता है, लेकिन अन्य आवृत्तियों पर भारित विकिरण के लिए चमक समारोह निर्दिष्ट नहीं करता है। इस तरह के एक स्रोत का उपयोग निर्दिष्ट चमक समारोह के संदर्भ में चमकदार तीव्रता को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों को कैलिब्रेट करने के लिए किया जा सकता है। एसआई ब्रोशर के लिए एक परिशिष्ट यह स्पष्ट करता है कि चमक समारोह विशिष्ट रूप से निर्दिष्ट नहीं है, लेकिन कैंडेला को पूरी तरह से परिभाषित करने के लिए चुना जाना चाहिए।

मनमाने ढंग से (1/683) शब्द चुना गया था ताकि नई परिभाषा पुरानी परिभाषा से सटीक रूप से मेल खाए। हालांकि कैंडेला को अब दूसरी (एक एसआई आधार इकाई) और वाट (एक व्युत्पन्न एसआई इकाई) के संदर्भ में परिभाषित किया गया है, परिभाषा के अनुसार, कैंडेला एसआई प्रणाली की एक आधार इकाई बनी हुई है। 26वें सीजीपीएम ने 2018 में एसआई आधार इकाइयों की 2019 पुनर्परिभाषा के हिस्से के रूप में कैंडेला की आधुनिक परिभाषा को मंजूरी दी, जिसने मौलिक भौतिक स्थिरांक के संदर्भ में एसआई आधार इकाइयों को फिर से परिभाषित किया।

चमकदार तीव्रता, चमकदार प्रवाह, और रोशनी के बीच संबंध
यदि कोई स्रोत ज्ञात चमकदार तीव्रता I का उत्सर्जन करता हैv (कैंडलस में) एक अच्छी तरह से परिभाषित शंकु में, कुल चमकदार प्रवाह Φv लुमेन (यूनिट) में दिया जाता है
 * Φv= मैंv 2π [1 − कॉस(ए/2)],

जहां ए दीपक का विकिरण कोण है-उत्सर्जन शंकु का पूर्ण शीर्ष कोण। उदाहरण के लिए, एक लैंप जो 40° के विकिरण कोण के साथ 590 cd उत्सर्जित करता है, लगभग 224 लुमेन उत्सर्जित करता है। कुछ सामान्य लैम्पों के उत्सर्जन कोणों के लिए MR16 देखें।

यदि स्रोत सभी दिशाओं में समान रूप से प्रकाश का उत्सर्जन करता है, तो तीव्रता को 4 से गुणा करके फ्लक्स पाया जा सकता हैπ: एक समान 1 कैंडेला स्रोत 12.6 लुमेन उत्सर्जित करता है।

रोशनी को मापने के उद्देश्य के लिए, कैंडेला एक व्यावहारिक इकाई नहीं है, क्योंकि यह केवल आदर्शित बिंदु प्रकाश स्रोतों पर लागू होता है, प्रत्येक उस दूरी की तुलना में छोटे स्रोत से अनुमानित होता है जिससे इसकी चमकदार विकिरण को मापा जाता है, यह भी मानते हुए कि ऐसा किया जाता है अन्य प्रकाश स्रोतों के अभाव में। प्रकाश मीटर द्वारा सीधे मापी जाने वाली वस्तु परिमित क्षेत्र के सेंसर पर आपतित प्रकाश है, अर्थात lm/m में रोशनी2 (लक्स)। हालांकि, अगर कई बिंदु प्रकाश स्रोतों से रोशनी डिजाइन करना, जैसे कि प्रकाश बल्ब, ज्ञात लगभग सर्वदिशात्मक रूप से एकसमान तीव्रता, असंगत प्रकाश से रोशनी में योगदान योगात्मक होने के कारण, यह गणितीय रूप से निम्नानुसार अनुमानित है। यदि आरi समान तीव्रता I के iवें स्रोत की स्थिति हैi, और 'â' मापे जा रहे इल्युमिनेटेड एलिमेंटल अपारदर्शी क्षेत्र dA के लिए यूनिट वेक्टर सामान्य (ज्यामिति) है, और बशर्ते कि सभी प्रकाश स्रोत इस क्षेत्र के तल द्वारा विभाजित समान आधे स्थान में हों,


 * $$ \text{illuminance at point } \mathbf{r}\text{ on } dA\text{, } E_\mathrm v(\mathbf{r}) = \sum _{i}{ \frac{|\mathbf{\hat{a}}\cdot(\mathbf{r}-\mathbf{r}_i)|}{|\mathbf{r}-\mathbf{r}_i|^3} I_i }.$$

तीव्रता I के एकल बिंदु प्रकाश स्रोत के मामले मेंv, r दूरी पर और सामान्य रूप से घटना, यह कम हो जाता है
 * $$ E_ \mathrm v(r) = \frac{I_\mathrm v}{r^2}.$$

एसआई गुणक
अन्य एसआई इकाइयों की तरह, कैंडेला को भी एक मीट्रिक उपसर्ग जोड़कर संशोधित किया जा सकता है जो इसे 10 की शक्ति से गुणा करता है, उदाहरण के लिए मिलीकंडेला (एमसीडी) 10 के लिए−3 कैंडेला।