Candela

Para otros usos de este término, véase Candela (desambiguación).

Candela

Estándar|  Unidades básicas del Sistema Internacional
Magnitud|  Intensidad luminosa
Símbolo|  cd

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La candela (símbolo: cd) es la unidad básica del Sistema Internacional que mide la intensidad luminosa. Se define como la intensidad luminosa en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 5,4×1014 hercios y de la cual la intensidad radiada en esa dirección es 1/683 vatios por estereorradián.[1]​[2]​(verde) funciones de eficiencia luminosa. El fotópico incluye la norma CIE 1931[3]​

Esta cantidad es equivalente a la que, en 1948 en la Conferencia General de Pesas y Medidas, se definió como una sexagésima parte de la luz emitida por un centímetro cuadrado de platino puro en estado sólido a la temperatura de su punto de fusión (2046 K).

## Definición

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La 26ª Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) redefinió la candela en 2018.[4]​[5]​ La nueva definición, que entró en vigor el 20 de mayo de 2019, es:

> La candela [...] se define tomando el valor numérico fijo de la eficacia luminosa de una radiación monocromática de frecuencia 540×1012 Hz,,[a]​ Kcd, que es 683 cuando se expresa en la unidad lm  W-1, que es igual a cd sr W-1, o cd sr kg-1 m-2 s3, donde el kilogramo metro y segundo se definen en términos de h', c y ΔνCs].

## Historia

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Antes de 1948, varios estándares de intensidad luminosa estaban en uso en varios países. Por lo general, se basaban en el brillo de la llama de una "vela estándar" de composición definida, o el brillo de un filamento incandescente de diseño específico. Uno de los más conocidos fue el estándar inglés de la potencia de las velas. Una potencia de vela era la luz producida por una vela pura de espermaceti que pesaba un sexto de libra y ardía a una velocidad de 120 granos por hora. Alemania, Austria y Escandinavia utilizaron la Hefnerkerze, una unidad basada en la salida de una lámpara Hefner.[6]​

Quedó claro que se necesitaba una unidad mejor definida. Jules Violle había propuesto un estándar basado en la luz emitida por 1 cm2 de platino en su punto de fusión (o punto de congelación), llamándolo Violle. La intensidad de la luz se debió al efecto del radiador de Planck (un cuerpo negro) y, por lo tanto, era independiente de la construcción del dispositivo. Esto facilitó que cualquiera pudiera medir el estándar, ya que el platino de alta pureza estaba ampliamente disponible y se preparaba fácilmente.

La Commission Internationale de l'Éclairage (Comisión Internacional de Iluminación) y el CIPM propusieron una "nueva candela" basada en este concepto básico. Sin embargo, el valor de la nueva unidad se eligió para que fuera similar a la anterior unidad candela, dividiendo la Violle por 60. La decisión fue promulgada por el CIPM en 1946:

> El valor de la nueva candela es tal que la luminosidad del radiador lleno a la temperatura de solidificación del platino es de 60 nuevas candelas por centímetro cuadrado.[7]​

Posteriormente, fue ratificado en 1948 por el noveno CGPM[8]​ que adoptó un nuevo nombre para esta unidad, la candela. En 1967, la 13.ª CGPM eliminó el término vela nueva y dio una versión modificada de la definición de candela, especificando la presión atmosférica aplicada al platino congelado:

> La candela es la intensidad luminosa, en la dirección perpendicular, de una superficie de 1 / 000 metro cuadrado de un cuerpo negro a la temperatura del platino congelado bajo una presión de 101 325 newtons por metro cuadrado.[9]​

En 1979, debido a las dificultades para realizar un radiador Planck a altas temperaturas y a las nuevas posibilidades que ofrecía la radiometría, el decimosexto CGPM adoptó una nueva definición de la candela:[10]​[11]​

> La candela es la intensidad luminosa, en una dirección determinada, de una fuente que emite radiación monocromática de frecuencia 540x1012 hertz y que tiene una intensidad radiante en esa dirección de 1/683 vatio por estereorradián.

La definición describe cómo producir una fuente de luz que (por definición) emite una candela, pero no especifica la función de luminosidad para ponderar la radiación en otras frecuencias. Una fuente de este tipo podría utilizarse para calibrar instrumentos diseñados para medir la intensidad luminosa con referencia a una función de luminosidad especificada. Un apéndice del folleto del SI[12]​ aclara que la función de luminosidad no está especificada de forma única, sino que debe seleccionarse para definir completamente la candela.

El término arbitrario (1/683) se eligió para que la nueva definición coincidiera exactamente con la antigua. Aunque la candela se define ahora en términos del segundo (una unidad base del SI) y del vatio (una unidad derivada del SI), la candela sigue siendo una unidad base del sistema SI, por definición.[13]​

La 26.ª CGPM aprobó la definición moderna de la candela en 2018 como parte de la redefinición de las unidades base del SI de 2019, que redefinió las unidades base del SI en términos de constantes físicas fundamentales.

## Luminosidades típicas en candelas (cd)

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Dado que resulta un poco más complejo evaluarlas teóricamente, la valoración de las intensidades medidas en candela son señaladas a través de algunos ejemplos que podemos observar[14]​:

Fuente | Potencia aproximada
en vatios (W) | Luminosidad aproximada
en candelas (cd) | Imagen

|
|
|

Vela, bujía o candela de cera | No notoria | 1 cd |
Led poco luminoso | Decenas de milivatios | Decenas de milicandelas |
SMD-Led de potencia | 1 W | 90 cd x sr |
Lámpara incandescente | 40 W | 40 cd |
Lámpara incandescente | 100 W | 130 cd |
Lámpara fluorescente | 40 W | 200 cd |
Proyector de alta potencia | Decenas de miles de vatios | Millones de candelas |
Luminosidad con fotópica (negro) y escotópica. (verde) Espectro lumínico visible.

## La curva de sensibilidad

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Para ser de utilidad práctica, la candela debe poder indicar la intensidad luminosa de una fuente de luz de cualquier color. Por ejemplo, en la realización de un panel luminoso donde se ubican dispositivos que emiten luces de diversos colores se debe tener una medida que indique cómo son percibidos por el ojo humano.[15]​

Ya que el ojo humano no posee la misma sensibilidad a los diversos colores, puesto que es máxima para el color verde, y siempre más baja para el rojo y violeta, este problema es similar a aquel de la percepción de los sonidos donde se encuentra establecida una curva que define la sensibilidad del oído humano a las diversas frecuencias denominada curva isofónica.

Para la percepción de los colores, ha sido definido un estándar de sensibilidad para un ojo normal en una curva obtenida con una prueba sobre muestras o ejemplos representativos de la población humana. La curva obtenida es generalmente llamada  y ¯ ( λ ) {\displaystyle {\overline {y}}(\lambda )} y tiene un valor de longitud de onda de aproximadamente 555 nm descendiendo hasta cero, ya sea hacia longitudes de onda más cortas, luego del color violeta o, por el contrario, hacia longitudes de onda mayores que la del color rojo.

## Unidades SI fotométricas de la luz

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Cantidades fotométricas SI  Cantidad  | Unidad  | Dimensión
[16]​  | Notas

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Nombre  | Símbolo[17]​  | Nombre  | Símbolo
Energía luminosa | Qv[18]​  | lumen segundo  | lm⋅s  | T⋅J | A veces el lúmen segundo es denominado talbot.
Flujo luminoso, potencia luminosa  | Φv | lumen (= candela esterradian)  | lm (= cd⋅sr)  | J | Energía luminosa por unidad de tiempo
Intensidad luminosa | Iv | candela (= lumen por esterradian)  | cd (= lm/sr)  | J | Flujo luminoso por unidad de ángulo sólido
Luminancia | Lv | candela por metro cuadrado | cd/m2 (= lm/(sr⋅m2))  | L−2⋅J | Flujo luminoso por unidad de ángulo sólido por unidad de área fuente proyectada. La candela por metro cuadrado a veces es denominada nit.
Iluminancia | Ev | lux (= lumen por metro cuadrado)  | lx (= lm/m2)  | L−2⋅J | Flujo luminoso incidente en una superficie
Luminous exitance, emitancia luminosa  | Mv | lumen por metro cuadrado  | lm/m2 | L−2⋅J | Luminous flux emitido por una superficie
Exposición luminosa | Hv | lux segundo  | lx⋅s  | L−2⋅T⋅J | Iluminancia integrada en el tiempo
Densidad de energía luminosa  | ωv | lumen segundo por metro cúbico  | lm⋅s/m3 | L−3⋅T⋅J |
Eficacia luminosa (de radiación)  | K | lumen por watt | lm/W | M−1⋅L−2⋅T3⋅J | Relación entre el flujo luminoso y el flujo radiante
Eficacia luminosa (de una fuente)  | η | lumen por watt | lm/W | M−1⋅L−2⋅T3⋅J | Relación entre el flujo luminoso y el consumo de potencia
Eficiencia luminosa, coeficiente luminoso  | V |  |  | 1 | Eficacia luminosa normalizada con la máxima eficiencia posible

### Relaciones entre intensidad luminosa, flujo luminoso e iluminancia

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Si una fuente emite una intensidad luminosa conocida Iv (en candelas) en un cono bien definido, el flujo luminoso total Φv en lúmenes queda determinado como  Φ v = I v 2 π [ 1 − cos ⁡ ( A / 2 ) ] {\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }=I_{\mathrm {v} }2\pi [1-\cos(A/2)]} donde A es el ángulo de radiación de la lámpara—el ángulo de vértice completo del cono de emisión. Por ejemplo, una lámpara que emite 590 cd con un ángulo de radiación de 40° emite unos 224 lumenes. Véase MR16 para ángulos de emisión de algunas lámparas comunes.

Si la fuente emite luz uniformemente en todas las direcciones, el flujo se puede encontrar multiplicando la intensidad por 4 x π: una fuente uniforme de 1 candela emite 12,6 lúmenes.

A los efectos de medir la iluminación, la candela no es una unidad práctica, ya que solo se aplica a fuentes de luz puntuales idealizadas, cada una aproximada por una fuente pequeña en comparación con la distancia desde la cual se mide su radiación luminosa, suponiendo también que así se haga. en ausencia de otras fuentes de luz. Lo que se mide directamente con un fotómetro es la luz incidente sobre un sensor de área finita, o sea la iluminancia en lm/m2 (lux).Sin embargo, si se diseña iluminación a partir de muchas fuentes de luz puntuales, como bombillas, de intensidades omnidireccionalmente uniformes aproximadas conocidas, siendo aditivas las contribuciones a la iluminancia de la luz incoherente, se estima matemáticamente de la siguiente manera. Si ri es la posición de la fuente i-ésima de intensidad uniforme Ii, y â es el vector unidad perpendicular al área elemental opaca iluminada dA que se mide, y siempre que todas las fuentes de luz se encuentren en el mismo semiespacio dividido por el plano de esta área,  iluminancia en el punto  r  en  d A ,  E v ( r ) = ∑ i | a ^ ⋅ ( r − r i ) | | r − r i | 3 I i . {\displaystyle {\text{iluminancia en el punto }}\mathbf {r} {\text{ en }}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}}.} En el caso de una fuente de luz de un solo punto de intensidad Iv, a una distancia r e incidiendo en forma perpendicular, la expresión se reduce a  E v ( r ) = I v r 2 . {\displaystyle E_{\mathrm {v} }(r)={\frac {I_{\mathrm {v} }}{r^{2}}}.}

## Otros usos del término

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El término candela se usa como sinónimo de fuego en países como Cuba, Puerto Rico, República Dominicana y Venezuela.

## Véase también

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* Lumen
* Lux
* Candela estándar
* Luz
* Luminancia
* Vela (medida) (también llamada en español bujía)
* Vatio

## Notas

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1. ↑ Esta frecuencia corresponde a una longitud de onda de 555 nm en el aire, que es la luz verde amarillenta aproximadamente en el pico de la respuesta visual humana. El color puede aproximarse en una pantalla sRGB con el valor de color CSS `rgb(120,255,0)` o hexadecimal `#78ff00`     .

## Referencias

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1. ↑ «Base unit definitions: Candela». The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. Consultado el 27 de septiembre de 2010.
2. ↑ «CIE Scotopic luminosity curve (1951)».
3. ↑ «CIE (1931) 2-deg color matching functions».
4. ↑ archive.org/web/20190919050548/https://www.bipm.org/utils/en/pdf/CGPM/Convocation-2018.pdf#page=25 «Convocatoria de la Conferencia General de Pesas y Medidas (26ª reunión)». Versailles: Bureau International des Poids et Mesures. 13 de noviembre de 2018. Archivado desde el original el 19 de septiembre de 2019. Consultado el 10 de febrero de 2019.
5. ↑ BIPM (22 de marzo de 2021). «Mise en pratique para la definición de la candela en el SI». BIPM.
6. ↑ «Hefner unit, or Hefner candle». Sizes.com. 30 de mayo de 2007. Consultado el 25 de febrero de 2009.
7. ↑ Barry N. Taylor (1992). The Metric System: El Sistema Internacional de Unidades (SI). Departamento de Comercio de EE.UU. p. 18\. ISBN 0-941375-74-9.  (NIST Special Publication 330, 1991 ed.)
8. ↑ Actas del 9º CGPM, 1948, página 54 (francés)
9. ↑ Resolución 5 del CGPM, CR, 104 (1967), y Metrologia, 4, 43-44 (1968).
10. ↑ 16º CGPM Resolución 3, CR, 100 (1979), y Metrologia, 16, 56 (1980).
11. ↑ «Definiciones de unidades base: Candela». La NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. Consultado el 27 de septiembre de 2010.
12. ↑ pdf «Mise en pratique para la definición de la candela y las unidades derivadas asociadas para las magnitudes fotométricas y radiométricas en el Sistema Internacional de Unidades (SI)». Folleto del SI Apéndice 2. Bureau International des Poids et Mesures. Julio de 2015. Consultado el 7 de diciembre de 2017.
13. ↑ «La unidad base fotométrica - la candela». Folleto del SI. Bureau International des Poids et Mesures. 7 de septiembre de 2007.
14. ↑ C. V. Raman, H. J. L. Tien, and L. S. Radha (Editors) Physics of Light and Optics. (2006) Lightwave Publishing 506 pag. ISBN: 978-0979461900
15. ↑ Peter M. Smits. The Science of Photovoltaics: Solar Energy from the Atom to the Grid (2016) Imperial College Press 360 pag. ISBN: 978-1786340971
16. ↑ Los símbolos en esta columna "L", "T" y "J" indican magnitudes que expresan longitud, tiempo e intensidad luminosa respectivamente, no los símbolos de las unidades litro, tesla y joule.
17. ↑ Las Organizaciones de Estándares recomiendan que las cantidades fotométricas se expresen con un subíndice "v" (de "visual") para evitar confusiones con las cantidades radiométricas o de fotón. Por ejemplo: USA Standard Letter Symbols for Illuminating Engineering USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
18. ↑ Simbolos alternativas a veces utilizados: W para la energía luminosa, P o F para el flujo luminoso, y ρ por eficacia luminosa de una fuente.

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