칸델라(cd)는 빛의 밝기를 나타내는 SI 기본 단위로, 특정 방향으로 방출되는 광원의 광도를 측정하는 기준이 됩니다. 초기에는 촛불 밝기를 기준으로 삼았으나, 현재는 540 × 10¹² Hz 주파수의 단색 방사선과 광속 효율(683 lm/W)을 기반으로 정확하게 정의됩니다.
SI 기본 단위 및 관련 자료
| 미터 (m) | 칸델라 (cd) | 캘빈 (K) |
| 암페어 (A) | 킬로그램 (kg) | 암페어 (A) |
| 킬로그램 (kg) |
1. 국제단위계 SI 기본 단위 역사
아래는 7개의 SI 기본 단위가 확립되기까지의 주요 역사를 연도별로 정리한 내용입니다.
1) 칸델라 (candela, cd)
- 1909년: 국제 협약에 따라 촛불의 광도를 기준으로 한 단위로 칸델라가 도입되었습니다.
- 1948년: 칸델라는 "백금에서 방출되는 특정한 주파수의 빛"을 기준으로 정의되었습니다.
- 1979년: 현재의 정의인 "주파수 540 × 10¹² Hz에서 방출되는 빛의 광속 효율을 기준으로 1칸델라"로 재정의되었습니다.
2) 킬로그램 (kilogram, kg)
- 1795년: 1리터의 물의 질량으로 킬로그램이 처음 정의되었습니다.
- 1889년: 백금-이리듐 합금으로 만든 국제 킬로그램 원기를 기준으로 킬로그램이 재정의되었습니다.
- 2019년: 플랑크 상수의 고정된 값을 사용하여 킬로그램을 재정의하였습니다. 이를 통해 원기의 물리적 의존에서 벗어난 정의가 확립되었습니다.
3) 초 (second, s)
- 17세기: 1초는 처음으로 태양이 자오선을 통과하는 두 순간 사이의 시간(평균 태양일)을 86,400분의 1로 정의되었습니다.
- 1960년: 세슘 원자의 진동수를 기준으로 하는 정의가 논의되기 시작했습니다.
- 1967년: 현재의 정의인 "세슘-133 원자의 9,192,631,770회의 진동을 기준으로 1초를 정의"하는 방식이 국제적으로 채택되었습니다.
4) 미터 (meter, m)
- 1793년: 프랑스에서 지구 적도에서 극까지 거리의 1/10,000,000에 해당하는 길이로 미터가 처음 정의되었습니다.
- 1889년: 백금-이리듐 합금 막대의 길이를 미터로 정의한 국제 미터원기가 도입되었습니다.
- 1960년: 크립톤-86 원자가 방출하는 특정 빛의 파장을 기준으로 미터가 다시 정의되었습니다.
- 1983년: 진공에서 빛이 1/299,792,458초 동안 이동하는 거리를 기준으로 미터가 정의되었습니다.
5) 켈빈 (kelvin, K)
- 1848년: 윌리엄 톰슨(켈빈 경)이 절대 온도 개념을 제시하며 켈빈 온도 단위의 기초를 마련하였습니다.
- 1954년: 삼중점에서 물의 온도를 273.16K로 정의하면서 켈빈이 공식 단위로 채택되었습니다.
- 2019년: 볼츠만 상수의 고정된 값을 사용하여 켈빈이 재정의되었습니다.
6) 몰 (mole, mol)
- 1865년: 독일의 화학자 아우구스트 카쿨레가 몰 개념을 처음으로 제안하였습니다.
- 1971년: 몰이 국제단위계에 공식적으로 포함되었으며, 1몰은 아보가드로 수(6.02214076 × 10²³)의 입자로 정의되었습니다.
- 2019년: 아보가드로 상수의 고정된 값을 사용하여 몰이 재정의되었습니다.
7) 암페어 (ampere, A)
- 1820년: 안드레 마리 암페르가 전류에 대한 법칙을 처음으로 제안하였습니다.
- 1948년: 국제단위계(SI)에 따라 1암페어는 "진공 상태에서 1m 간격으로 놓인 두 평행 도체에 2 × 10⁻⁷ N의 힘을 발생시키는 전류"로 정의되었습니다.
- 2019년: 기본 전하(전자 1개당 전하)의 고정된 수치를 기준으로 암페어가 재정의되었습니다.
2. 칸델라 (cd) - 광도 개념
칸델라는 540 × 10¹² Hz 주파수의 단색 방사선의 광속 효율(Kcd)을 683 lm·W-1로 정의한 값입니다. 이는 빛의 밝기를 측정하는 단위로, 특정 방향으로 방출되는 빛의 강도를 나타냅니다.
3. 칸델라의 역사적 정의 변화
- 초기 정의: 19세기에는 플레임 등의 기준을 사용하여 광도를 측정하였습니다. 그러나 이는 표준화가 어렵고 정확하지 않았습니다.
- 1948년: 플래티넘의 어는점에서 발생하는 복사체를 기준으로 광도가 정의되었습니다.
- 1979년 재정의: 현재의 칸델라 정의는 특정 주파수의 빛이 스테라디안 당 방출되는 에너지를 기준으로 하여, 더 높은 정확성을 제공하는 방식으로 변경되었습니다.
4. 칸델라의 실용적 사용
칸델라는 조명, 레이저, 디스플레이 등의 광원 밝기를 측정하는 데 사용됩니다. 특히 자동차 헤드라이트, 가로등, TV 및 컴퓨터 모니터의 광도 측정에서 필수적인 단위입니다.
5. 광도 측정 장비
- 광도계(Luxmeter 또는 Photometer): 광원의 강도를 측정하는 장비로, 다양한 산업과 실험에서 사용됩니다. 칸델라의 표준을 측정하는 데 광도계를 사용하며, 이 장비는 정밀한 광도 측정을 위한 중요한 도구입니다.
- 적분구(Integrating Sphere): 복잡한 광원의 전체 출력을 측정할 때 사용하는 장치로, 일정한 스테라디안 당 빛의 출력을 분석합니다.
※ 표준 장비: 광도표준기
사이트: https://www.kriss.re.kr/menu.es?mid=a10301030000
극저온 절대 복사계(absolute cryogenic radiometer)를 광도의 기본단위인 칸델라(candela, 기호 cd)의 원기로 사용
| https://www.bipm.org/en/si-base-units/candela 이 정의는 주파수 ν = 540 x 10^(12) Hz 의 단색 복사에 대해 정확한 관계 K cd = 683 cd sr kg^(–1) m^(–2) s^3 를 의미합니다. 이 관계를 역으로 하면 정의 상수 K cd , h 및 Δν Cs 에 따라 칸델라에 대한 정확한 표현이 제공됩니다.   |
6. 마무리
칸델라(cd)는 조명, 디스플레이, 자동차 헤드라이트 등의 광도 측정에서 필수적인 단위입니다. 현대적 정의를 통해 더욱 정밀한 측정이 가능해졌으며, 다양한 산업 및 연구 분야에서 활용됩니다.