Đơn vị Candela - cd - là gì ?

Tìm hiểu về đơn vị đo candela, một trong những đơn vị cơ bản của hệ đo SI

Ký hiệu: cd (Candela)

Thường gọi là: Candela

Mã UN/CEFACT: CDL

Độ lớn theo SI: cd

Giới thiệu đơn vị đo Candela

Định nghĩa Candela

Candela là một đơn vị cơ bản dùng trong việc đo thông số nguồn sáng, là năng lượng phát ra 1 nguồn sáng trong 1 hướng cụ thể. Candela là một trong 7 đơn vị cơ bản của hệ SI và được kí hiệu là “cd”. 1 candela là cường độ mà một nguồn sáng phát ra 1 lumen đẳng hướng trong một góc khối 1 steradian .

Ngày 16 tháng 11 năm 2018, Hội nghị toàn thể về Cân đo (CGPM) lần thứ 26 các thành viên đã biểu quyết với đa số thông qua cho việc định nghĩa lại các đơn vị đo lường cơ sở SI mà Ủy ban Quốc tế về Cân đo (CIPM) đã đề xuất định nghĩa lại. Định nghĩa mới có hiệu lực kể từ ngày 20 tháng 5 năm 2019. Hội nghị này vẫn giữ nguyên định nghĩa về đơn vị Candela trong hội nghị CGPM lần thứ 16 năm 1979, nghị quyết 3, CR 100 đồng thơi bổ xung yêu cầu ràng buộc về hằng số. Cụ thể như sau:

"Candela là đơn vị đo có độ lớn bằng cường độ chiếu sáng theo một hướng cho trước của một nguồn phát ra bức xạ đơn sắc với tần số 540×10¹² héc và cường độ bức xạ theo hướng đó là 1/683 oát trên một sterađian".

Ràng buộc : cd thỏa mãn:với

• Kcd là hiệu suất khả kiến của bức xạ điện từ đơn sắc tại tần số 540×10¹² 1/s ( hay tần số 540×10¹² Hezt ),
• sr là đơn vị đo góc khối steradian,
• kg là ki-lô-gram, đơn vị đo khối lượng
• m là mét, đơn vị đo đồ dài
• s là giây, đơn vị đo thời gian

Còn theo từ điển britannica, thì :

Candela (cd), đơn vị cường độ sáng trong Hệ đơn vị quốc tế (SI), được định nghĩa là cường độ sáng theo một hướng nhất định của nguồn phát ra bức xạ đơn sắc có tần số 540 × 10¹² hertz và có cường độ bức xạ theo cùng hướng đó 1/683 watt trên mỗi steradian (góc khối đơn vị). Candela đã thay thế nến hoặc đèn tiêu chuẩn như một đơn vị đo cường độ sáng trong các phép tính liên quan đến ánh sáng nhân tạo và đôi khi được gọi là “new candle”.

Phân tích định nghĩa

Để hiểu 1 candela lớn thế nào, hãy quan sát mô hình sau: Trong một quả cầu có đường kính một mét, ta thắp một ngọn nến. Trên mặt cầu khoét một lỗ có diện tích đúng bằng 1 mét vuông.

• HÌnh cầu có đường kính 1 mét, lỗ khoét trên mặt cầu có diện tích 1 mét vuông, do đó góc khối tính từ tâm hình cầu của luồng sáng tỏa ra đúng bằng 1 sr ( một steradian). Cũng xin nhắc lại tổng góc khối của cả mặt cầu là 4π steradian ( tức gần đúng là 12.57 steradian ).
• Ngọn nến minh họa cho nguồn sáng đơn sắc có tần số 540×10¹² héc. Trong thực tế tần số này ứng với bước sóng điện từ 556 nanomet, tức là nhìn bằng mắt thường được và có mầu xanh lá cây.

Nếu năng lượng bức xạ của ánh sáng tỏa ra qua lỗ khoét là 1/683W (oát - tức là bức xạ ra năng lượng qua lỗ khoét là 1/683 Jun mỗi giây đồng hồ), thì cường độ ánh sáng này chính là 1 candela.

Nói cách khác, 1 candela là cường độ của một nguồn sáng, nó tỏa ra 1/683J năng lượng trong mỗi đơn vị thời gian vào một góc khối 1 teradian. Nếu ngọn nến tỏa đều theo tất cả các hướng của quả cầu, tức là đủ 4π steradian, thì công suất tổng ảnh sáng phát ra sẽ là 1/683*4π=0.0184W. So với các loại đèn điện bây giờ với công suất từ vài W đến vài chục W thì nguồn sáng tiêu chuẩn 1 candela khá là yếu ớt. Candela có nghĩa gốc là ngọn nến, biểu đạt cho ý nghĩa lịch sử của những ngiên cứu đầu tiên về cường độ ánh sáng.

Candela đo cái gì ?

Như đã phân tích định nghĩa, Candela dùng để đo cường độ ánh sáng, nó cho biết mật độ năng lượng tỏa ra từ nguồn sáng trong mỗi góc khối trong mỗi đơn vị thời gian.

Chúng ta đều hiểu đơn vị candela để đo khi đánh giá độ sáng của một nguồn sáng, nhưng lưu ý rằng, nó gắn liền với góc khối, tức là chỉ có ý nghỉa khi ta nhìn thẳng vào nguồn sáng đó mà thôi. Võng mạc của mắt ta sẽ tạo với nguồn sáng một góc khối nhất định. Khác với khi bạn mua một cái bóng đèn, độ sáng của bóng đèn được hiểu là tổng năng lượng ánh sáng phát ra của bóng đèn cho cả căn phòng. Chúng ta vì thế mà hay nhầm lẫn khi dùng từ "độ sáng" là vì vậy. Vẫn cái bóng đèn đó, hãy lắp một cái chóa vào cho nó để nó tập trung nhiều ánh sáng hơn về phía mắt ta thay vì tỏa đều cả căn phòng, khi nhìn thẳng vào bóng đèn có chóa ta cảm giác bóng đèn sáng hơn mặc dù tổng năng lượng của bóng tỏa ra không thay đổi. Độ sáng đèn theo hướng rọi vào mắt ta tăng lên ( đo bằng đơn vị candela sẽ tăng lên). Do đó, người ta cũng dễ nhầm lẫn candela để đo đội chói sáng.

Dấu ấn của chủng loài người trong định nghĩa đơn vị candela

Khác với các hằng số vũ trụ như tốc độ ánh sáng, hằng số plank... candela được định nghĩa gắn liền với một ánh sáng xanh đặc trưng, ánh sáng nhạy nhất bởi mắt người. Nếu ở một hệ mặt trời khác, người ngoài hành tinh sẽ nhạy với ánh sáng màu khác. định nghĩa của chúng ta về đơn vị candela sẽ bộc lộ nó có bản chất loài người chúng ta, về ngôi sao mà chúng ta đang sống.

Nguồn gốc tên gọi candela?

• Từ “Candela” có nguồn gốc từ tiếng Latinh được lựa chọn để đặt tên cho đơn vị đo lường độ sáng trong hệ thống đo lường quốc tế. Tên “Candela” xuất phát từ từ “candēre” tiếng Latinh có nghĩa là  ngọn nến.
• Năm 1948 tại Đại hội Quốc tế về đo lường và Trọng lượng đã quyết định chính thức đặt tên “Candela” là đơn vị đo độ sáng và Candela là một trong 7 đơn vị đo cơ bản trong hệ SI, đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường và mô tả độ sáng của nguồn sáng trong các ứng dụng thực tế và khoa học.
• Đến năm 1979 do những khó khăn về việc thực hiện hóa bộ tản nhiệt Planck ở nhiệt độ cao và những khả năng mới mà phương đo bức xạ mang lại và tại CGPM lần thứ 16 đã thông qua về định nghĩa Candela là đơn vị đo nguồn sáng.

Phân biệt giữa Candela và Lumems?

Candela là mức đo độ sáng của nguồn sáng ở một góc và hướng cụ thể.

Lumens cho ta biết tổng công suất ánh sáng theo mọi hướng.

Mối quan hệ phổ biến giữa Candela và Lumens đều là đơn vị đo ánh sáng. Cả hai thuật ngữ đo lường độ sáng chúng chỉ ra độ sáng của nguồn sáng và sự khác biệt giữa hai thuật ngữ là Lumen tính đến chùm sáng từ mọi hướng, ngược lại Candela chỉ tính được của một hướng cụ thể.

Để định lượng ta có thể nhẩm như sau:

• 1 candela là độ sáng tương đương với công suất 1 lumen tập trung rọi vào một góc khối 1 steradian (1cd = 1lm/sr )
• nguồn sáng 1 candela tỏa đều ra các hướng thì tổng công suất sáng của nguồn sáng sẽ là 4π lumen, hay gần đúng 12.6 lumens

Phạm vi sử dụng của đơn vị Candela?

Trong cuộc sống của con người ngày nay ánh sáng là thứ không thể thiếu trong mọi lĩnh vực trong cuộc sống và Candela được ứng dụng phổ biến vào các:

Đo độ sáng của đèn và nguồn chiếu sáng

Con người sử dụng Candela để đo độ sáng của nguồn sáng như là bóng đèn, đèn LED, đèn huỳnh quang và các thiết bị chiếu sáng khác. Giúp con người đánh giá cụ thể khả năng chiếu sáng của các thiệt bị chiếu sáng và đảm bảo rằng chúng đáp ứng được các yêu cầu chiếu sáng cụ thể ở mọi nơi. Nên nhớ ta sử dụng khi mắt ta nhìn thẳng vào đèn chiếu sáng đó. Các nguồn sáng có tính định hướng như đèn hải đăng, đèn pha ô tô sẽ sử dụng đơn vị candela để đo độ sáng.

Màn hình và hiển thị

Trong sản xuất màn hình và các thiết bị hiển thị điện tử, Candela được sử dụng để đo lường độ sáng để đảm bảo rằng các thiết bị có độ sáng đồng đều và đáp ứng đủ các tiêu chuẩn và chất lượng. Màn hình là thứ mắt ta nhìn trực tiếp vào nên độ sáng của các điểm sáng cũng sẽ được đo theo đơn vị candela.

Trước đây, các màn hình CRT là ống ca-tốt âm, có dạng cong như mặt cầu. Người ta coi tâm mặt cầu là nguồn sáng điểm nên đo băng đơn vị candela rất thuận tiện trong tính toán.

Ngày nay, các màn hình thường là dạng phẳng, là tập hợp bởi tất nhiều điểm sáng, nên người ta sẽ dùng đơn vị nit để đo. Mỗi nit là một candela trên mỗi mét vuông diện tích. Màn hình hiện đại có thể có độ sáng lên đến hàng trăm nit.

 

Thiết bị an toàn

Đơn vị Candela được sử dụng để đo lường độ sáng của các thiết bị báo hiệu và đèn hiệu trong các ứng dụng an toàn như thoát hiểm và bảo đảm an toàn trong môi trường làm việc.

Dụng cụ đo Candela

Ngày nay việc đo lường cường độ ánh sáng rất quan trọng với một số công việc. Nguồn sáng là thứ không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày, mỗi nguồn sáng xung quanh chúng ta đều có cường độ riêng nó biểu thị cho mức độ ánh sáng phát ra mạnh hay yếu. Do đó việc xác định nguồn sáng phù hợp rất quan trọng. Việc sử dụng ánh sáng phù hợp giúp bảo vệ mắt và giúp tiết kiệm điện cho gia đình và xã hội.

Ta có thể đo Candela bằng nhiều loại dụng cụ khác nhau và dụng cụ chuyên dụng gọi là Luminance Meter hoặc Photometer. Dưới đây là một số dụng cụ đo Candela phổ biến.

Máy đo độ sáng - Luminance Meter(Candela Meter)

Chức năng: Đo lường cường độ sáng của một nguồn sáng tại một điểm cụ thể và một hướng cụ thể

Luminance Meter có cấu tạo từ hai thành phần chính là nguồn sáng và cảm biến ánh sáng. Nguồn sáng ở đây có thể là đèn LED, ánh sáng tự nhiên. Còn cảm biến ánh sáng bao gồm một bề mặt nhạy sáng gọi là diode cảm biến và mạch điện kết nối để đo và xử lý tín hiệu ánh sáng.

Nguyên lý hoạt động của máy: Khi ánh sáng đc chiếu vào diode cảm biến, nó tương tác với vật chất bên trong diode và tạo ra dòng điện. Cường độ dòng điện này phụ thuộc vào mức độ chiếu sáng của nguồn sáng, sau đó diode cảm biến đọc được dòng điện và chuyển đổi thành đơn vị đo ánh sáng phù hợp như là Lux và Candela.

Mỗi thiết bị đo được cấu tạo khác nhau và chức năng khác nhau do đó cách đo sử dụng cũng có chút khác biệt. Tuy nhiên cơ bản các loại máy đều có thao tác đo cơ bản như sau:

+Bước 1: Lắp pin vào máy để máy hoạt động được. Bật nút nguồn(ON).
+Bước 2: Điều chỉnh công tắc và thanh đo phù hợp.
+Bước 3: Mở lắp bảo về đầu dò, đặt nằm ngang để ánh sáng theo phương thẳng đứng.
+Bước 4: Kết quả đo hiển thị lên màn hình.

Máy đo quang phổ(Spectroradiometer)

Chức năng đo lường phổ ánh sáng và các thông số quang học khác có thể chuyển đổi sang các đơn vị như Candela. Máy đo quang phổ được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, kiểm tra chất lượng ánh sáng và đo lường màu sắc và cường độ sáng.

Nguyên lý hoạt động của máy: Ánh sáng sau khi được thu thập qua một cổng hoặc khe nhỏ được đi qua dispersive element(phần tử phân tách) phần này chia ánh sáng thành các bước sóng khác nhau dựa trên góc phân tách hoặc phản xạ của ánh sáng. Các bước sóng này sau đó đưa vào một cảm biến quang điện(photodetecor) như CCD(Charge-Coupled Device) hoặc CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semicondutor), dữ liệu sau khi được phân tích máy đo quang phổ sẽ tạo ra một biểu đồ hoặc đồ thị hiển thị cường độ ánh sáng theo độ dài sóng.

SR-500N Một máy đo quang phổ có thể hiển thị độ sáng

Độ lớn bé theo đơn vị Candela trong thực tiễn

Độ lớn bé của Candela phản ánh sự mạnh mẽ hay yếu của nguồn sáng đó trong một hướng cụ thể. Độ lớn bé của Candela ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh trong chiếu sáng và ứng dụng.

Cường độ sáng trong một hướng cụ thể:

Nếu thông số độ sáng theo candela lớn nghĩa là cường độ sáng của 1 hướng mạnh mẽ điều này rất cần thiết cho các ứng dụng cần ánh sáng mạnh tập trung như là đèn đường hoặc đèn rọi sân khấu có thể lên đến 15000cd.
Ngược lại khi độ sáng candela bé điều này phù hợp cho trong các ứng dụng yêu cầu ánh sáng nhẹ nhàng như đèn trang trí trần nhà...
Đèn pha xe hơi có quang thông cỡ tiêu chuẩn 1300 lumens mỗi bóng,  và với tác dụng của chóa nó rọi vào phía trước trong góc khối nhỏ, nên khi nhìn trực tiếp có thể đạt độ sáng 4000cd.

Tiết kiệm năng lượng:

Vấn đề tiết kiệm năng lượng lúc nào cũng được tuyên truyền và phổ biến rộng rãi trên các phương tiện truyền thông. Cùng một công suất tiêu thụ điện nhưng chuyển đổi thành ánh sáng nhiều thì hiệu suất tiết kiệm điện cao. Ví dụ:

• Độ sáng của bóng đèn sợi đốt 40w  cỡ 35cd.
• Ngọn nến bình thường cỡ 0,8cd.
• Đèn LED 100w Rạng Đông có thể có độ sáng 1300cd.

Rõ ràng, khả năng chuyển đổi năng lượng của đèn LED tốt hơn nhiều so với đèn sợi đốt

Bảng quy đổi đơn vị candela

1.Bảng quy đổi đơn vị mang tính lịch sử.

Đơn vị candela có tính lịch sử cao, rất nhiều đơn vị giống candela được ra đời và đã được sử dụng bởi các quốc gia.

Candela	Đơn vị khác
1 Candela	0.99157164105107 Bougie decimal
1 Candela	0.90909090909091 Candela Đức
1 Candela	0,98135426889107 nến [quốc tế]
1 Candela	1 new candela
1 Candela	1 candela
1 Candela	1.0193679918451 Old candela
1 Candela	0.10204081632653 Đơn vị carcel
1 Candela	0.98039215686275 Decimal candle
1 Candela	1.0869565217391 Đơn vị Hefner
1 Candela	0,049578582052553 Violon

2.Bội và ước của đơn vị Candela

Trong hệ thống đơn vị đo hiện đại SI, candela có các bội và ước cơ số 10 như sau:

Candela	Đơn vị khác
1 Candela	1.00x10⁻⁹ Gigacandela
1 Candela	0.001 Kilocandela
1 Candela	1.00x10⁻⁶ Megacandela
1 Candela	1000000 Microcandela
1 Candela	1000 Millicandela
1 Candela	1000000000 Nanocandela
1 Candela	0.1 Pentane Candle
1 Candela	1.00x10⁻¹⁵ Petacandela
1 Candela	1000000000000 Picocandela
1 Candela	1.00x10⁻¹² Teracandela

3.Bảng quy đổi candela sang các đơn vị đo độ sáng khác

Đơn vị độ sáng candela có thể quy đổi sang các đơn vị cũng để đo độ sáng khác như sau:

Candela	Đơn vị khác	Giải nghĩa
1 Candela	1 Lumen/steradian	1 Candela là độ sáng của một nguồn sáng điểm có quang thông 1 lumen tập trung vào 1 góc khối 1 steradian
Độ sáng Candela	Độ sáng Lumen/4π	Khi một nguồn sáng tỏa đều ra mọi hướng, lấy tổng quang thông theo lumen chia cho 4π sẽ được độ sáng theo đơn vụ candela
1 candela	1 nit . m²	Một tấm nền sáng như màn hình Led chẳng hạn có độ sáng đo theo nit, lấy độ sáng này nhân với diện tích nền sáng sẽ được độ sáng theo candela của tấm nền sáng

Đơn vi candela trong thơ ca

Các nhà khoa học và kỹ thuật cũng không hề thờ ơ khô khan, có hẳn những bài thơ về đơn vị này, như sau:

Trên đây, chúng tôi đã trình bày các khái niệm độ sáng theo đơn vị candela, cách thức đổi đơn vị này, phạm vi sử dụng của đơn vị. Là một đơn vị si, candela có nhiều ứng dụng nữa vượt ngoài khuôn khổ của bài viết này. Mong các bạn sẽ đóng góp thêm cho Công Cụ Tốt ngày càng hoàn thiện hơn.