광도
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
광도는 빛의 세기를 나타내는 국제 단위계(SI) 기본 단위로, 칸델라(cd)를 사용한다. 1 칸델라는 진동수 540×1012 헤르츠의 단색광을 방출하는 광원이 특정 방향으로 스테라디안 당 1/683 와트의 에너지를 발산할 때의 밝기로 정의된다. 이는 인간의 시각 특성을 반영하며, 빛의 파장에 따라 다르게 인지되는 밝기를 정량적으로 나타낸다. 광도는 광속을 입체각으로 나눈 값으로, 다른 측광 단위들과 밀접한 관련을 맺고 있다.
더 읽어볼만한 페이지
- SI 단위계 - 미터법
미터법은 프랑스에서 창안되어 전 세계적으로 널리 사용되는 십진법 기반의 측정 단위계로, 지구 자오선을 기준으로 한 미터를 길이의 기본 단위로 채택하여 시작되었으며, 현재는 국제단위계로 표준화되어 다양한 분야에서 활용된다. - SI 단위계 - 와트
와트는 1초에 1줄의 일을 하는 비율로, 1 암페어의 전류가 1 볼트의 전위차를 통해 흐를 때의 전력과 같으며, 제임스 와트의 이름에서 유래되었고, 다양한 접두어와 함께 전기 기기의 소비 전력 등 여러 분야에서 사용되는 일률 또는 전력의 국제단위계 단위이다. - 물리량 - 전위
전위는 전기장 내 단위 전하의 위치 에너지로, 정전기학에서는 기준점에 따라 정의되며 전위차만이 의미를 갖고, 전기장의 음의 기울기로 표현되고, 전기 공학에서는 회로 해석에 활용된다. - 물리량 - 전기장
전기장은 공간의 각 지점에서 단위 전하가 받는 힘으로 정의되는 벡터장으로, 전하 또는 시간에 따라 변하는 자기장에 의해 발생하며, 전기력선으로 표현되고 맥스웰 방정식으로 기술되는 전자기장의 한 요소이다. - 물리학에 관한 - 전력
전력은 전압과 전류의 곱으로 계산되며, 발전소에서 생산되어 송전 및 배전을 통해 소비자에게 공급되고, 에너지 저장 기술을 통해 안정적으로 공급될 수 있으며, 산업, 상업, 가정 등 다양한 분야에서 소비된다. - 물리학에 관한 - N형 반도체
N형 반도체는 전자를 주된 전하 운반체로 사용하는 반도체이다.
광도 |
---|
2. 정의
1 칸델라는 진동수 540×1012 헤르츠인 단색광[10]을 방출하는 광원이 어떤 주어진 방향으로 매 스테라디안 당 1/683 와트의 비율로 에너지를 발산할 때의 밝기로 정의된다.[11]
측광은 인간의 눈이 인식하는 가시광선의 측정을 다룬다. 인간의 눈은 가시 스펙트럼의 빛만 볼 수 있으며, 스펙트럼 내에서 서로 다른 파장의 빛에 대해 서로 다른 감도를 갖는다. 밝은 환경에 적응했을 때(명소시), 눈은 555 nm의 황록색 빛에 가장 민감하다. 다른 파장에서 동일한 복사 강도를 가진 빛은 더 낮은 발광 강도를 갖는다. 인간의 눈의 빛에 대한 반응을 나타내는 곡선은 국제 조명 위원회(CIE)에서 설정하고 국제 표준화 기구(ISO)와 협력하여 표준화된 표준 함수 y|y영어(λ) 또는 V|V영어(λ)이다.[1]
인공 광원의 발광 강도는 일반적으로 고니오포토미터와 광도계 또는 분광 방사계로 측정된다.[2]
양 | 단위 | 차원 | 참고 사항 | ||
---|---|---|---|---|---|
이름 | 기호 | 이름 | 기호 | ||
광 에너지 | Q|Q영어 | 루멘 초 | lm⋅s | T⋅J | 루멘 초는 때때로 "탈보트"라고도 한다. |
광속, 광력 | Φ|Φ영어 | 루멘 (= 칸델라 스테라디안) | lm (= cd⋅sr) | J | 단위 시간당 광 에너지 |
광도 | I|I영어 | 칸델라 (= 루멘/스테라디안) | cd (= lm/sr) | J | 단위 입체각당 광속 |
휘도 | L|L영어 | 칸델라 매 제곱미터 | cd/m2 (= lm/(sr⋅m2)) | L2⋅J | 단위 투사 소스 면적당 단위 입체각당 광속. 칸델라 매 제곱미터는 때때로 "니트"라고도 한다. |
조도 | E|E영어 | 럭스 (= 루멘 매 제곱미터) | lx (= lm/m2) | L2⋅J | 표면에 입사하는 광속 |
광속 발산도, 광 방출도 | M|M영어 | 루멘 매 제곱미터 | lm/m2 | L2⋅J | 표면에서 방출되는 광속 |
광 노출 | H|H영어 | 럭스 초 | lx⋅s | L2⋅T⋅J | 시간 적분 조도 |
광 에너지 밀도 | ω|ω영어 | 루멘 초 매 세제곱미터 | lm⋅s/m3 | L3⋅T⋅J | |
광 효율 (방사의) | K|K영어 | 루멘 매 와트 | lm/W | M-1⋅L-2⋅T3⋅J | 광속과 복사속의 비율 |
광 효율 (소스의) | η | 루멘 매 와트 | lm/W | M-1⋅L-2⋅T3⋅J | 광속과 소비 전력의 비율 |
광도율, 광 계수 | V|V영어 | 1 | 최대 가능한 효율로 정규화된 광 효율 |
진동수 540 × 1012 헤르츠에서 단위 입체각(스테라디안)당 1W의 전자기 에너지를 발산하는 광원의 광도는 683 칸델라가 된다.
광도는 사람이 느끼는 빛의 "밝기"를 정량적으로 정의한 것이다. 따라서 광도의 정의에는 사람의 시각 특성이 반영되어 있다.
측광은 인간의 눈이 인식하는 가시광선의 측정을 다룬다. 인간의 눈은 가시 스펙트럼의 빛만 볼 수 있으며, 스펙트럼 내에서 서로 다른 파장의 빛에 대해 서로 다른 감도를 갖는다. 밝은 환경에 적응했을 때(명소시) 눈은 555 nm의 황록색 빛에 가장 민감하다. 다른 파장에서 동일한 복사 강도를 가진 빛은 더 낮은 발광 강도를 갖는다. 인간의 눈의 빛에 대한 반응을 나타내는 곡선은 국제 조명 위원회(CIE)에서 설정하고 국제 표준화 기구(ISO)와 협력하여 표준화된 정의된 표준 함수 또는 이다.[1]
진동수 540 × 1012 헤르츠에서 단위 입체각(스테라디안)당 1W의 전자기 에너지를 발산하는 광원의 광도는 683 칸델라가 된다.[1]
측광은 인간의 눈이 인식하는 가시광선의 측정을 다룬다. 인간의 눈은 가시 스펙트럼의 빛만 볼 수 있으며, 스펙트럼 내에서 서로 다른 파장의 빛에 대해 서로 다른 감도를 갖는다. 밝은 환경에 적응했을 때(명소시) 눈은 555 nm의 황록색 빛에 가장 민감하다. 다른 파장에서 동일한 복사 강도를 가진 빛은 더 낮은 발광 강도를 갖는다. 인간의 눈의 빛에 대한 반응을 나타내는 곡선은 국제 조명 위원회(CIE)에서 설정하고 국제 표준화 기구(ISO)와 협력하여 표준화된 정의된 표준 함수 또는 이다.[1]
다른 SI 기본 단위와 마찬가지로, 칸델라는 조작적 정의를 갖는다. 즉, 1 칸델라의 광도를 생성하는 물리적 과정의 설명에 의해 정의된다. 정의에 따르면, 540 THz의 주파수를 갖는 단색 녹색광을 방출하고, 특정 방향으로 1/683 와트/스테라디안의 복사 강도를 갖는 광원을 구성하면, 해당 광원은 지정된 방향으로 1 칸델라를 방출한다.[3]
정의에 사용된 빛의 주파수는 555 nm의 진공 파장에 해당하며, 이는 눈의 빛에 대한 반응의 정점에 가깝다. 광원이 모든 방향으로 균일하게 방출된다면, 총 복사속은 약 가 될 것이다. 왜냐하면 구에는 4π 스테라디안이 있기 때문이다. 전형적인 현대 양초는 약 1 칸델라의 광도를 생성하는 동시에 약 80 W의 열을 방출한다.
칸델라의 정의 이전에는 다양한 국가에서 광도에 대한 다양한 단위가 사용되었다. 이러한 단위는 일반적으로 정의된 조성을 가진 "표준 양초"의 불꽃 밝기 또는 특정 디자인의 백열 필라멘트의 밝기를 기반으로 했다. 이러한 표준 중 가장 잘 알려진 것 중 하나는 영국 표준인 촉광이었다. 1 촉광은 1/6 파운드의 무게로 시간당 120 곡물의 속도로 타는 순수한 고래 기름 양초에서 생성되는 빛이었다. 독일, 오스트리아 및 스칸디나비아는 헤프너 램프의 출력을 기반으로 하는 단위인 헤프너케르제를 사용했다.[4] 1881년, 쥘 빌은 광도의 단위로 ''빌''을 제안했으며, 이는 특정 램프의 특성에 의존하지 않는 최초의 광도 단위로 주목할 만했다. 이 모든 단위는 칸델라의 정의로 대체되었다.
단면 S|S영어가 점 광원 주위에 걸쳐 있는 입체각을 ω|ω영어로 한다. 단면 S|S영어를 관통하는 광속이 Φ|Φ영어일 때, 미소 입체각 dω|dω영어로 지정되는 방향으로의 광도는
:I|I영어 = dΦ|Φ영어/dω|dω영어
로 정의된다.
정의로부터
:Φ|Φ영어 = ∫ I|I영어 dω|dω영어
을 얻을 수 있다. 미소 입체각을 천정각 θ|θ영어와 방위각 φ|φ영어로 나타내면
:Φ|Φ영어 = ∫ I|I영어(θ|θ영어,φ|φ영어) sinθ|θ영어 dθ|θ영어 dφ|φ영어
로 나타낼 수 있다.
광속이 방사속의 파장별 가중치에 의해 정의되는 것에 대응하여, 광도는 방사 강도의 파장별 가중치로 나타낼 수 있다. 즉, 파장 λ|λ영어에서의 분광 방사 강도를 I|I영어로 하고, 광도는
:I|I영어 = ∫∞ K|K영어(λ|λ영어) I|I영어 dλ|λ영어
로 나타낸다. 가중치를 부여하는 파장별 함수 K|K영어는 분광 시감 효율(시감도)라고 불린다. 최대 시감 효율 K|K영어에 대한 비율 V|V영어 = K|K영어/K|K영어로 상대 시감도를 정하면, 광도는
:I|I영어 = K|K영어 ∫∞ V|V영어(λ|λ영어) I|I영어 dλ|λ영어
로 나타낸다.
인간의 감각을 나타내는 시감도는 사람에 따라 다르며, 같은 사람이라도 컨디션 등에 따라 변한다. 그래서 1979년 제16회 국제도량형총회(CGPM)에서 최대 시감도에 대한 표준 상대 시감도(표준 분광 시감 효율)가 정해졌다. 인간의 망막에는 밝을 때 작용하는 시세포와 어두울 때 작용하는 시세포가 있기 때문에, 표준 상대 시감도에는 명소시 표준 상대 시감도와 암소시 표준 상대 시감도가 있다. 특히 언급 없이 표준 상대 시감도라고 쓰여 있는 경우는 명소시 표준 상대 시감도를 가리킨다.
3. 설명
단면 ''S''가 점 광원 주위에 걸쳐 있는 입체각을 ''Ω''로 한다. 단면 ''S''를 관통하는 광속이 ''Φ''v일 때, 미소 입체각 d''Ω''로 지정되는 방향으로의 광도는
:
로 정의된다.[1]
정의로부터 곧바로
:
을 얻을 수 있다. 미소 입체각을 천정각 ''θ''와 방위각 ''φ''로 나타내면
:
로 나타낼 수 있다.[1]
광속이 방사속의 파장별 가중치에 의해 정의되는 것에 대응하여, 광도는 방사 강도의 파장별 가중치로 나타낼 수 있다. 즉, 파장 ''λ''에서의 분광 방사 강도를 ''I''e,λ로 하고, 광도는
:
로 나타낸다. 가중치를 부여하는 파장별 함수 ''K''는 분광 시감 효율(시감도)라고 불린다. 최대 시감 효율 ''K''m에 대한 비율 ''V'' = ''K''/''K''m로 상대 시감도를 정하면, 광도는
:
로 나타낸다.[1]
인간의 감각을 나타내는 시감도는 사람에 따라 다르며, 같은 사람이라도 컨디션 등에 따라 변한다. 그래서 1979년 제16회 국제도량형총회(CGPM)에서 최대 시감도에 대한 표준 상대 시감도(표준 분광 시감 효율)가 정해졌다. 인간의 망막에는 밝을 때 작용하는 시세포와 어두울 때 작용하는 시세포가 있기 때문에, 표준 상대 시감도에는 명소시 표준 상대 시감도와 암소시 표준 상대 시감도가 있다. 특히 언급 없이 표준 상대 시감도라고 쓰여 있는 경우는 명소시 표준 상대 시감도를 가리킨다.
4. 역사적 배경
사람이 볼 수 있는 빛은 가시광선으로 분류되는 전자기파의 일종이다. 사람은 눈 속의 망막을 통해 빛을 감지할 수 있다. 망막 속의 원뿔 세포와 막대 세포에는 각각 포토신과 로돕신이라고 불리는 단백질이 있으며, 이들 단백질이 특정 파장의 빛을 받아들임으로써 시각이 생겨난다.
전자기파로서의 빛의 세기(빛이 갖는 에너지)는 그 진폭에 의해 결정되지만, 한편 사람이 느끼는 "밝기"는 그대로 전자기파의 세기에 비례하지 않는다. 사람의 망막을 구성하는 시세포는 특정 파장(가시 영역)의 빛에만 반응하기 때문에, 예를 들어 적외선이나 자외선 등의 비가시 영역의 파장의 빛에 대해서 사람은 밝기를 느낄 수 없다. 이러한 사람의 시각 특성에 의해, 빛의 명암을 느끼는 방식("밝기")은 빛의 세기뿐만 아니라 파장에도 의존한다.
5. 측정
인공 광원의 발광 강도는 일반적으로 고니오포토미터와 광도계 또는 분광 방사계로 측정된다.[2]양 단위 차원 참고 사항 이름 기호 이름 기호 광 에너지 루멘 초 lm⋅s T⋅J 루멘 초는 때때로 "탈보트"라고도 한다. 광속, 광력 루멘 (= 칸델라 스테라디안) lm (= cd⋅sr) J 단위 시간당 광 에너지 광도 칸델라 (= 루멘/스테라디안) cd (= lm/sr) J 단위 입체각당 광속 휘도 칸델라 매 제곱미터 cd/m2 (= lm/(sr⋅m2)) L−2⋅J 단위 투사 소스 면적당 단위 입체각당 광속. 칸델라 매 제곱미터는 때때로 "니트"라고도 한다. 조도 럭스 (= 루멘 매 제곱미터) lx (= lm/m2) L−2⋅J 표면에 입사하는 광속 광속 발산도, 광 방출도 루멘 매 제곱미터 lm/m2 L−2⋅J 표면에서 방출되는 광속 광 노출 럭스 초 lx⋅s L−2⋅T⋅J 시간 적분 조도 광 에너지 밀도 루멘 초 매 세제곱미터 lm⋅s/m3 L−3⋅T⋅J 광 효율 (방사의) 루멘 매 와트 lm/W M−1⋅L−2⋅T3⋅J 광속과 복사속의 비율 광 효율 (소스의) 루멘 매 와트 lm/W M−1⋅L−2⋅T3⋅J 광속과 소비 전력의 비율 광도율, 광 계수 1 최대 가능한 효율로 정규화된 광 효율
다른 SI 기본 단위와 마찬가지로, 칸델라는 조작적 정의를 갖는다. 즉, 1 칸델라의 광도를 생성하는 물리적 과정의 설명에 의해 정의된다. 정의에 따르면, 540 THz의 주파수를 갖는 단색 녹색광을 방출하고, 특정 방향으로 /스테라디안의 복사 강도를 갖는 광원을 구성하면, 해당 광원은 지정된 방향으로 1 칸델라를 방출한다.[3]
정의에 사용된 빛의 주파수는 555 nm의 진공 파장에 해당하며, 이는 눈의 빛에 대한 반응의 정점에 가깝다. 1 cd 광원이 모든 방향으로 균일하게 방출된다면, 총 복사속은 약 가 될 것이다. 왜냐하면 구에는 4π 스테라디안이 있기 때문이다. 전형적인 현대 양초는 약 1 칸델라의 광도를 생성하는 동시에 약 80W의 열을 방출한다.
칸델라의 정의 이전에는 다양한 국가에서 광도에 대한 다양한 단위가 사용되었다. 이러한 단위는 일반적으로 정의된 조성을 가진 "표준 양초"의 불꽃 밝기 또는 특정 디자인의 백열 필라멘트의 밝기를 기반으로 했다. 이러한 표준 중 가장 잘 알려진 것 중 하나는 영국 표준인 촉광이었다. 1 촉광은 1/6 파운드의 무게로 시간당 120 곡물의 속도로 타는 순수한 고래 기름 양초에서 생성되는 빛이었다. 독일, 오스트리아 및 스칸디나비아는 헤프너 램프의 출력을 기반으로 하는 단위인 헤프너케르제를 사용했다.[4] 1881년, 쥘 빌은 광도의 단위로 ''빌''을 제안했으며, 이는 특정 램프의 특성에 의존하지 않는 최초의 광도 단위로 주목할 만했다. 이 모든 단위는 칸델라의 정의로 대체되었다.
6. 다른 측광 단위와의 관계
광도는 모든 방향으로 방출되는 총 인지된 전력인 광속과는 다른 개념이다. 광도는 "단위 입체각"당 인지된 전력으로 정의된다. 예를 들어, 램프의 전구가 1 루멘이고 램프의 광학 장치가 빛을 1 스테라디안 빔으로 고르게 집중하도록 설정되어 있다면, 해당 빔은 1 칸델라의 광도를 갖게 된다. 만약 광학 장치가 빔을 1/2 스테라디안으로 집중하도록 변경되면, 광원은 2 칸델라의 광도를 갖게 되지만, 광속은 변하지 않는다.[1]
광도는 방사 강도와도 다르다. 방사 강도는 방사 측광에서 사용되는 객관적인 물리량이다.[1]
점 광원 주위에 걸쳐 있는 단면 의 입체각을 라고 할 때, 단면 를 관통하는 광속이 이면, 미소 입체각 로 지정되는 방향으로의 광도는 다음과 같이 정의된다.
:
정의로부터,
:
를 얻을 수 있다. 미소 입체각을 천정각 와 방위각 로 나타내면,
:
로 표현할 수 있다.
광속이 방사속의 파장별 가중치에 의해 정의되는 것처럼, 광도는 방사 강도의 파장별 가중치로 나타낼 수 있다. 파장 에서의 분광 방사 강도를 로 하고, 광도는
:
로 나타낼 수 있다. 여기서 가중치를 부여하는 파장별 함수 는 분광 시감 효율(시감도)라고 불린다.
최대 시감 효율 에 대한 비율 로 상대 시감도를 정하면, 광도는
:
로 나타낼 수 있다.측광량 SI 단위 비고 명칭 기호 광도 에너지 루멘초 lm⋅s 방사에너지에 해당 광속 루멘 (또는 칸델라스테라디안) lm 복사속에 해당 광도 칸델라 cd 복사강도에 해당 휘도 칸델라 매제곱미터 cd/m2 복사휘도에 해당 조도 럭스(또는 루멘 매 제곱미터) lx 복사조도에 해당 광속 발산도 럭스 (또는 루멘 매 제곱미터) lx 복사 발산도에 해당 시감효능 루멘 매와트 lm/W 발광 효율 루멘 매 와트 lm/W 램프 효율이라고도 부름
7. 활용
인공 광원의 발광 강도는 일반적으로 고니오포토미터와 광도계 또는 분광 방사계로 측정된다.[2]양 단위 차원 참고 사항 이름 기호 이름 기호 광 에너지 루멘 초 lm⋅s T⋅J 루멘 초는 때때로 "탈보트"라고도 한다. 광속, 광력 루멘 (= 칸델라 스테라디안) lm (= cd⋅sr) J 단위 시간당 광 에너지 광도 칸델라 (= 루멘/스테라디안) cd (= lm/sr) J 단위 입체각당 광속 휘도 칸델라 매 제곱미터 cd/m2 (= lm/(sr⋅m2)) L−2⋅J 단위 투사 소스 면적당 단위 입체각당 광속. 칸델라 매 제곱미터는 때때로 "니트"라고도 한다. 조도 럭스 (= 루멘 매 제곱미터) lx (= lm/m2) L−2⋅J 표면에 입사하는 광속 광속 발산도, 광 방출도 루멘 매 제곱미터 lm/m2 L−2⋅J 표면에서 방출되는 광속 광 노출 럭스 초 lx⋅s L−2⋅T⋅J 시간 적분 조도 광 에너지 밀도 루멘 초 매 세제곱미터 lm⋅s/m3 L−3⋅T⋅J 광 효율 (방사의) 루멘 매 와트 lm/W M−1⋅L−2⋅T3⋅J 광속과 복사속의 비율 광 효율 (소스의) 루멘 매 와트 lm/W M−1⋅L−2⋅T3⋅J 광속과 소비 전력의 비율 광도율, 광 계수 1 최대 가능한 효율로 정규화된 광 효율
특정 파장 λ의 단색광에 대한 광도는 다음과 같이 주어진다.
:''I''v = 683 ⋅ y(λ) ⋅ ''I''e,
여기서
둘 이상의 파장이 존재할 경우(일반적인 경우), 광도를 얻기 위해 존재하는 파장의 스펙트럼에 대해 합산하거나 적분해야 한다.
:''I''v = 683 ∫0∞ y(λ) ⋅ ∂''I''e/∂λ dλ
8. 대한민국에서의 현황
(이전 출력과 동일하게) 내용을 작성할 수 없습니다. 제공된 원본 소스가 비어있기 때문에, '광도' 문서의 '대한민국에서의 현황' 섹션에 대한 어떠한 수정도 불가능합니다.
참조
[1]
서적
ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Photometry — The CIE system of physical photometry
https://www.iso.org/[...]
ISO/CIE
2023
[2]
서적
CIE 250:2022 Spectroradiometric Measurement of Optical Radiation Sources
https://orbit.dtu.dk[...]
CIE - International Commission on Illumination
2022
[3]
웹사이트
Base unit definitions: Candela
http://physics.nist.[...]
2008-02-08
[4]
웹사이트
Hefner unit, or Hefner candle
http://www.sizes.com[...]
2007-05-30
[5]
웹사이트
CIE Scotopic luminosity curve (1951)
http://www.cvrl.org/[...]
[6]
웹사이트
CIE (1931) 2-deg color matching functions
http://www.cvrl.org/[...]
[7]
웹사이트
CIE 'physiologically-relevant' luminous efficiency functions
http://www.cvrl.org/[...]
[8]
웹사이트
Judd–Vos modified CIE 2-deg photopic luminosity curve (1978)
http://www.cvrl.org/[...]
[9]
웹사이트
Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle (2005) 2-deg V*(l) luminous efficiency function
http://www.cvrl.org/[...]
[10]
문서
이는 파장으로는 555 nm로 초록색에 해당한다.
[11]
웹인용
Unit of luminous intensity(candela)
http://physics.nist.[...]
2016-03-01
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com