1. 개요
칸델라는 광도(光度, luminous intensity), 즉 주어진 방향에서 빛이 얼마나 강렬한가를 나타내는 SI 단위다. 기호로는 cd.[1]정의에 따른 수치는 물리적인 빛의 에너지량(J) 이지만, 인간의 눈에 대한 고려가 포함된 기준으로 정의된다. 인간의 눈은 빛의 파장( 색)에 따라 민감한 정도가 다르기 때문에, 사람 눈의 비시감도(luminous efficiency function)에 따라 파장별로 가중치를 부여하여 광도가 결정된다.
사실 단위 자체만 보면 입체각 당 에너지로서 특별히 단위계의 기본 단위로 사용해야할지 의문이 들 것이다. 그러나 입체각 자체가 SI 단위계에 정의되어 있지 않기 때문에 cd를 통해 입체각을 거꾸로 정의할 수 있으며, 그보다 중요한 것은 빛의 파장과 에너지를 연결하는 단위라는 점이다. 빛의 세기와 광자의 에너지는 플랑크 상수로 연결되는데, cd를 정의하면 플랑크 상수 없이도 빛의 파장과 에너지의 관계를 기술할 수 있다. 다만 질량의 새로운 정의에 플랑크 상수가 사용되므로 사실 이러한 시도는 결과적으로 실패했다.
일반적인 촛불이 대략적으로 1 칸델라 정도의 빛을 낸다. 칸델라(candela)라는 말 자체가 라틴어로 양초(candle)라는 뜻. 일상생활에서 널리 접할 수 있기에 촛불 정도에 기준을 맞춘 듯 하다. SI 단위에 칸델라가 처음 제안된 때는 1946년이라는 점을 감안하자. "The decision was promulgated by the CIPM in 1946:" #
2. 정의
2018년 제26차 국제도량형총회(CGPM)에서 개정한 정의는 다음과 같다.(국가표준기본법 시행령 별표 1 역시 동일하게 칸델라를 정의하고 있다.)| 1 칸델라는 540×1012 Hz의 진동수를 가진 단일 파장 빛의 발광 효율(Luminous efficacy)이 Kcd = 683 cd⋅sr⋅W-1가 될 때의 광도다.[2] |
여담으로 바로 전 정의는 다음과 같았다. 1979년의 제16차 국제도량형총회에서 도입되었다.
| 1 칸델라는 진동수 540×1012 Hz의 단색광이 특정 방향으로 스테라디안 당 1/683 와트의 강도로 방출될 때의 광도다. |
칸델라의 정의에서 기준이 되는 빛의 파장은 인간의 눈이 가장 민감하게 반응하는 파장이다. 색으로는 녹색에 해당한다. 다른 파장의 빛의 경우, 비시감도(luminous efficiency function)에 따른 가중치를 계산하여 각 파장대별 빛의 광도가 결정되고, 각 파장대 빛의 광도를 합산하면 해당 광원의 칸델라 값이 결정된다. 따라서 칸델라는 인간의 생물학적 특성이 고려된 특수한 SI 단위라고 할 수 있다.
다른 파장의 빛에 대해서는 인간의 눈이 둔하게 반응하기 때문에 더 많은 에너지를 방출해야 같은 칸델라의 광도가 된다. 예를 들어 인간이 볼 수 없는 적외선에 가까운 빛들은 녹색 빛에 비해 매우 강한 복사강도를 가져야 같은 칸델라가 나온다.
2.1. 이전 정의
최초로 칸델라가 정의되었을 때에는 백금의 녹는 점(1768℃)에서 1/600000 m2 면적의 흑체가 내는 빛의 광도를 기준으로 했었다. 이는 1967년 제13차 국제도량형총회에서 정의된 것인데, 그 정도 고온에서 흑체를 구현하기가 힘든데다가 앞으로는 복사 측정술이 발달할 것으로 예상되었기 때문이다.3. 유도 단위
칸델라에서 유도되는 다른 SI 단위들로 루멘과 럭스가 있다.칸델라는 단위 각도 당 빛의 세기를 의미한다. 즉, 광원에서 나오는 빛의 특성에 가까우며 광원을 가린다고 해서 칸델라 값이 변화하지 않는다.
반면 루멘은 광원에서 나오는 광속(빛줄기)의 총 합이므로 광원의 숫자가 증가하거나, 광원을 가려 빛을 차단하면 루멘의 값은 변화한다. 예를 들어, 전구의 반쪽면에 빛을 흡수하는 검은 물질을 바른다면 전구전체를 보는 외부 관찰자[3]에게 전구가 내는 빛의 양(루멘)은 절반으로 감소한다. 반면 빛이 있는 쪽의 칸델라는 동일하다.
럭스는 특정 표면에 투과되는 단위 면적당 빛의 양을 가리킨다. 즉, 밀도에 가까운 값이므로, 앞선 예시처럼 전구의 반을 가려 빛의 총량을 줄인다 해도 빛이 도달하는 쪽에서는 럭스 값이 변화하지 않는다. 하지만 반대로 전구의 한쪽에 반사판을 놓아 빛이 반대편으로 전부 반사되도록 한다면, 반사판이 있든 없든 루멘(빛의 총량)은 동일하지만, 빛이 반사되어 들어오는 지점의 럭스 값은 증가하게 된다.
SI 단위는 아니지만 또 다른 유도 단위로 니트가 있다. 루멘과는 달리, 입체각이 아닌 직사각형을 기준으로 한다.
4. 여담
‘칸델라’라는 단어는 라틴어로 양초를 의미한다. 이 단어는 영어로 넘어가서 'candle'이 된다.촉광 또는 촉(candlepower)과는 혼동하지 말 것. 이들은 예전에 쓰이던 단위로서, 1.02 칸델라에 해당한다. 지금은 폐기되어 쓰이지 않는다.
피부과에서 고급 라인으로 홍보하는 레이저 제모 기기 '젠틀맥스'의 제조사의 사명도 칸델라다. 유래는 당연히 이 문서의 내용과 같다.