Giáo trình mạng điện 2009

Ví dụ : Laser là nguồn bức xạ ánh sáng đơn sắc nhân tạo.Nếu ánh sáng là sự pha trộn liên tục hỗn hợp liên tục của tất cả các bớc sóng trong phạm vi từ 780 nm đến 380 nm với liều lợng

Bức xạ điện từ là hiện tợng lan truyền đồng thời theo đờng thẳng của điện trờng

( biểu diễn bằng vectơ cờng độ điện trờng E ) và từ trờng ( biểu diễn bằng vectơ từ cảm B ).

Các trờng này có tính chất sau :

- Sự phân bố trờng theo phơng truyền, ký hiệu x là xoay chiều hình sin, có bớc sóng

λ và tiến hành trong hai mặt phẳng vuông góc sao cho x , E , B tạo nên một tam diện

Một nguồn bức xạ bất kỳ ( ví dụ mặt trời ) phát vô số bức xạ :

- Số phơng xung quanh nguồn là vô hạn

- Với mỗi phơng x có vô số mặt phẳng có thể chứa E và B

- Trong mỗi cặp mặt phẳng chứa E và B có vô số sóng điện từ gọi là sóng phẳng “ “

có bớc sóng λ

Trờng hợp đơn giản nhất : sóng điện từ phẳng, bớc sóng λ , lan truyền trong chân không ( hoặc không khí ) Trong trờng hợp này hai trờng biến thiên cùng pha với vận tốc truyền là C = 3.108 m/s Một cách tự nhiên suy ra : C = ν.λ

Hình 1.1 minh hoạ sự phân bố điện trờng và từ trờng ở một thời điểm đã cho tại hai vị trí của phơng truyền một sóng phẳng trong chân không hoặc trong không khí

Đó là các sóng có bớc sóng thay đổi trong một phạm vi rất rộng, từ 10-10m đến 2 ữ 3 km

Nh vậy năng lợng điện từ đợc truyền tải quan hệ với tích vectơ E B∧ và thể hiện bằng các lợng tử hữu hạn tuân theo các định luật cơ học lợng tử Các sóng này cũng mang theo những hạt năng l“ “ ợng cực nhỏ, gọi là các Photon năng lợng :

W = h ν

trong đó : h - là hằng số Planck và h = 6,6 10-34 J/Hz

Hình 1.1.- Sự phân bố điện trờng và từ trờng của một sóng phẳng.

Có thể chia bớc sóng của sóng điện từ thành các phạm vi nh sau :

Từ 100 A° đến 0,01 A° Tia X

Từ 0,01 A° đến 0,001 A° Tia γ , tia vũ trụtrong đó 1 àm = 10-6 m ; 1 nm = 10-9 m ; 1 A° = 10-10 m

chứa một bớc sóng xác định Thực tế coi bức xạ có dải tần hẹp là ánh sáng đơn sắc Ví dụ : Laser là nguồn bức xạ ánh sáng đơn sắc nhân tạo.

Nếu ánh sáng là sự pha trộn liên tục ( hỗn hợp liên tục ) của tất cả các bớc sóng ( trong

phạm vi từ 780 nm đến 380 nm ) với liều lợng khác nhau, chúng ta sẽ có một phổ ánh sáng liên tục chuyển từ màu này sang màu khác Sự pha trộn của tất cả các màu tự nhiên tạo nên

một ánh sáng không màu hay còn gọi là ánh sáng trắng Nh vậy ánh sáng trắng hay ánh sáng phức hợp là tập hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc Đặc trng cho ánh sáng đơn sắc là sự phân bố năng lợng theo tần số ( đặc tính phổ của ánh sáng ) Trong thiên nhiên chủ yếu là ánh sáng phức hợp

Trên hình 1.1a biểu diễn phổ của bốn nguồn sáng trắng khác nhau : đèn nung sáng (A), ánh sáng ban ngày khi trời trong (B) và khi trời đầy mây (C), ánh sáng của đèn Xênon (W)

ánh sáng W có đặc điểm là năng lợng bằng nhau trong toàn phạm vi bớc sóng ánh sáng

Phổ của một ánh sáng cũng có thể không liên tục hay gọi là phổ vạch, ví dụ nh ánh

sáng của một loại đèn phóng điện ( hình 1.3.b )

Hình 1.3.- Phổ của ánh sáng

a.- Phổ liên tục ( ánh sáng

trắng ) ;

b.- Phổ vạch ( đèn phóng

điện MEF , MAZDA ).

A.- Của đèn nung sáng ;

B.- á nh sáng ban ngày khi

trời trong ;

C.- á nh sáng ban ngày khi

trời đầy mây ;

W.- Của đèn hơi Xenon a) b)

3.- Khái niệm về màu sắc.

Màu sắc thực chất là ánh sáng có bớc

sóng khác nhau và do sự cảm nhận của mắt

ngời với các phổ tần khác nhau cho ta cảm

giác về màu sắc ( hình 1.4) Chúng ta có thể

xem xét màu sắc khác nhau của một nguồn

sáng khi cho ánh sáng chiếu qua một lăng

kính thuỷ tinh hoặc thạch anh theo thí nghiệm

nổi tiếng của Newton, tơng tự nh hiện tợng

cầu vồng ta thờng thấy khi ánh sáng mặt trời

bị khúc xạ qua một đám ma - đó là một lăng

kính tự nhiên.Với mỗi bớc sóng lăng kính thể

hiện nh một vật liệu có chiết suất khác nhau

và do đó mỗi bức xạ đơn sắc bị lệch càng Hình 1.4.- Dải phổ của màu sắc

lệch càng nhiều khi bớc sóng của nó càng nhỏ

Màu sắc vừa mang tính chất chủ quan ( sự cảm nhận của mắt ngời - yếu tố sinh lý ) vừa mang tính khách quan ( phổ phân bố năng lợng của màu sắc và các yếu tố vật lý )

Mắt có vai trò nh một hệ thống quang điện, nh một tế bào quang điện Cụ thể mắt là một thiết bị thu nhận ánh sáng theo từng dải rất hẹp trong phạm vi 780 nm đến 380 nm “ “

ánh sáng kích thích lên võng mạc, gây ra các xung dòng điện ở các tế bào nhạy cảm với ánh sáng, các xung này có biên độ không đổi nhng có tần số lặp lại, các xung sẽ truyền theo dây thần kinh thị giác đa đến não Quá trình gia công các xung này thực hiện tại tế bào trung gian, quá trình giải mã thực hiện ở não Nh vậy khi mắt ngời thu nhận ánh sáng trong mỗi dải hẹp đó cho ta một cảm giác màu sắc khác nhau chuyển đổi vô cùng tinh tế từ màu đỏ sang màu tím,

mà rất khó chỉ định chính xác bớc sóng giới hạn giữa chúng

Xin dẫn ra dới đây bảng chia giới hạn các màu của CIE ( commission Internationale

de l Eleclairage Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng ), trong đó ghi rõ các b’ – ớc sóng giới hạn và bớc sóng cực đại của các màu cơ bản nhất

λ , nm 380 439 498 568 592 631 780

1.2.- đặc điểm Mắt ngời và sự cảm thụ ánh sáng, màu sắc.

1.- Cấu tạo của hệ thống thị giác.

Khó khăn chủ yếu của việc chiếu sáng đã làm trở ngại việc nghiên cứu trực tiếp bằng các định luật vật lý tổng quát là ở chỗ con mắt Đây là công cụ thu các ấn tợng thị giác biến đổi theo quy luật không tuyến tính và biến thiên theo thời gian các ấn tợng quang học thành các tín hiệu có nguồn gốc điện để cho phép bộ óc tái tạo lại hiện tợng gọi là thị giác “ “

Do vậy, đứng trớc sự chênh lệch rất lớn về khả năng của con mắt liên quan đến tuổi tác

và khuyết tật của mắt chỉ cần lu ý con mắt quốc tế nh“ “ C.I.E đã định nghĩa vào năm 1924,

đối với ngời quan sát quy chiếu trung bình dới 30 tuổi

Hệ thống thị giác là cơ quan thu nhận mọi

tin tức trông thấy từ thế giới bên ngoài nh kích

thứơc, hình dáng, màu sắc của các vật trong

không gian Hệ thống thị giác gồm có mắt và hệ

thống thần kinh thị giác

Mắt ngời là một cơ quan cảm thụ ánh

sáng có khả năng chuyển đổi không tuyến tính

và thay đổi theo thời gian các kích thích quang

học thành các tín hiệu điện để truyền lên não và

tạo nên ở đó một hiện tợng gọi là : “ sự nhìn “

Trên hình 1.5 giới thiệu một con mắt bổ dọc Hình 1.5.- Cấu tạo mắt ngời.

Hình 1.6.- Góc độ tính từ điểm vàng.

Nếu ví mắt ngời nh một máy ảnh thì đó là một máy ảnh tự động cực kỳ tinh vi và chính xác Nó có thể tự động điều chỉnh độ cong của thuỷ tinh thể ( tơng ứng với sự thay đổi các kinh quang học có tiêu cự khác nhau ) để các hình ảnh xa gần khác nhau rơi đúng ở võng mạc ( hình 1.6 ) Những máy ảnh hiện đại nhất hiện nay đều cố gắng bắt chớc sự tự động điều chỉnh này, nhng chỉ thực hiện đợc bằng cách thay đổi vị trí thấu kính nhờ bộ điều chỉnh cơ học Hiện tợng vừa nêu trên gọi là hiện tợng điều tiết của mắt

2.- Đặc điểm của mắt ngời.

a.- Khả năng cảm quang.

Mắt ngời có thể nhận đợc ánh sáng chiếu tới có cờng độ yếu, mắt ngời có khả năng phân biệt đợc màu sắc của vật thể

b.- Khả năng phân biệt hai độ chói khác nhau thấp.

Khi đặt hai vật thể có độ chói khác nhau ở gần nhau thì mắt ngời hoàn toàn có thể phân biệt đợc ( đặc biệt mắt ngời phân biệt độ chói tốt hơn phân biệt màu sắc của tín hiệu hình nhiều lần, đây là điều cần đặc biệt chú ý trong truyền hình màu )

3.- Sự nhìn ( sự giải m hình ảnh ã ).

ở phía sau mắt, võng mạc đợc bao phủ bằng các tế bào thần kinh ( các tế bào quang

điện ) đợc liên hệ với não qua các dây thần kinh thị giác Nhờ vậy, các tín hiệu thần kinh ( điện ) đợc truyền lên não tơng thích với các kích thích thị giác ( tín hiệu thần kinh ăn nhịp với

ánh sáng kích thích vào nó )

Có hai loại tế bào thần kinh thị giác : loại hình nón và loại hình que , với độ nhạy

cảm ánh sáng khác nhau Chúng phân bố không đều Cụ thể :

• Tế bào hình nón có khoảng 7 triệu tế bào, tập trung ở phần giữa, quanh hố trung tâm của võng mạc, chỉ phản ứng với ánh sáng mạnh, hầu nh không phản ứng đối với ánh sáng yếu

và cho phép cảm thụ màu sắc Sự nhìn sử dụng tế bào hình nón gọi là sự nhìn ban ngày hay nhìn trung tâm.

• Tế bào hình que có số lợng nhiều hơn ( khoảng 120 triệu ), nằm ở những phần còn lại của võng mạc ( vùng chung quanh ), có lẫn lộn một số ít tế bào hình nón Ngợc lại với tế bào hình nón, tế bào hình que chỉ cảm thụ đợc ánh sáng thấp ( nh lúc hoàng hôn, dới ánh sáng trăng ) và không cho cảm giác màu sắc ( vì vậy lúc hoàng hôn ta chỉ nhìn thấy nhà cửa một…màu xám ), chúng chỉ truyền các tri giác đen trắng Sự nhìn đối với tế bào hình que gọi là sự nhìn ban đêm hay nhìn ngoại vi

Tất nhiên không có ranh giới rõ rệt đối với sự vận động của hai loại tế bào này Chúng làm việc nhiều hay ít tuỳ theo mức chiếu sáng nhất là trong miền thị giác là miền trung gian giữa thị giác ban ngày và thị giác ban đêm

Trong bảng 1.1 sẽ tóm tắt đặc điểm cảm thụ ánh sáng của mắt ngời

Bảng 1.1.- Đặc điểm cảm thụ ánh sáng của mắt ngời.

Đặc điểm sinh lý Nhìn ban ngày ( trung tâm ) Nhìn ban đêm ( ngoại biên )

Đặc biệt quan trọng trên võng mạc là một điểm nhỏ cạnh trục nhìn, có đờng kính khoảng 1 mm ( tơng ứng với góc nhìn 2° ) gọi là điểm vàng Giữa điểm vàng có một hố trung tâm, kích thớc tơng ứng với góc nhìn 1° ( đủ nhìn một ngôi nhà năm tầng cao 15 m ở xa 1

km ) Tại đây các tế bào cảm quang nằm dày đặc vì vậy hình ảnh nếu rơi vào đây sẽ rõ nét nhất Cũng chính vì vậy, tuy ta có thể nhìn thấy trong phạm vi góc nhìn đến 50 ữ 60° ( so với trục nhìn, xem mục 1.2.e ), nhng muốn nhìn rõ nét một vất nhất thì ta phải quay đầu để đa hình

ảnh vào đúng hố trung tâm trên võng mạc

Khi chuyển từ nhìn ban đêm ( tế bào hình que ) sang nhìn ban ngày ( tế bào hình nón ) hoặc ngợc lại, cảm giác sáng không xảy ra tức thời mà phải qua một thời gian Đó là hiện tợng

thích ứng của mắt Gọi là thích ứng sáng khi chuyển từ tối sang sáng và thích ứng tối khi chuyển từ sáng sang tối Sự thích ứng sáng xảy ra nhanh hơn thích ứng tối và chúng rất

có ý nghĩa trong thiết kế chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo (sẽ đợc đề cập ở phía sau).

4.- Sự nhìn màu.

M.V.Lomonoxov là ngời đầu tiên ( năm 1756 ) nói rằng trong mắt ngời có ba loại tế bào cảm thụ màu của ánh sáng : loại trội với màu đỏ, loại trội với màu lục và loại trội với màu xanh trời ( hình 1.7 ) Từ đó ông đã đa ra thuyết ba màu của mắt

Với những tiến bộ của khoa học y học, ngày nay chúng ta đã xác nhận lý thuyết trên

nh-ng có khác một chút : Tế bào thứ ba trội với màu lam Ngoài ra nh-ngời ta cũnh-ng phát hiện thêm loại thứ t nhạy cảm với cả ba màu, nhờ đó mà ta có cảm giác về độ chói Tuỳ theo tơng quan giữa cảm giác của ba loại tế bào trên với ánh sáng mà chúng ta cảm nhận đợc màu sắc của mọi vật Nếu ánh sáng tới mắt là ánh sáng đỏ ( hay ánh sáng lục, xanh ) thì chủ yếu chỉ các tế bào đỏ ( hay lục, xanh ) phản ứng Nếu ánh sáng tới mắt là ánh sáng tổng hợp thì cả ba loại tế

bào cùng phản ứng và tuỳ theo tơng quan giữa chúng mà ta có cảm giác về màu sắc tới mắt : khi phản ứng của ba loại tế bào cảm quang không đều, ta có cảm giác màu có sắc, khi phản ứng của chúng đều nhau, ta cảm giác màu vô sắc.

Hình 1.7.- Đặc tuyến độ nhạy của

mắt ngời với 3 màu R, G, B.

Một bằng chứng của lý thuyết ba màu là bệnh mù màu sắc ở một số ngời Có một số ngời không cảm thụ đợc màu đỏ, số khác thì màu lục và loại thứ ba là màu xanh Lúc đó cảm giác màu sắc của họ về thế giới xung quanh hoàn toàn đảo lộn so với những ngời bình thờng

Màu có sắc ( couleur chromatique ) : là tất cả các màu có trong phổ ánh sáng, các

màu pha trộn giữa chúng ( trừ một số trờng hợp ngoại lệ ) và màu tía là màu pha trộn giữa đỏ

và tím với các tỷ lệ khác nhau ( nh màu hoa cà, anh đào ) Các màu tía cũng không có trong…phổ ánh sáng và là vạch nối giữa màu đỏ và màu tím

5.- Tác động tâm lý của màu sắc

Khi cảm thụ màu sắc, chúng ta còn đồng thời chịu tác động về mặt tâm lý của nó Các tác động tâm lý màu sắc lên con ngời cho đến nay còn cha đợc lý giải thật rõ ràng tuy đã có nhiều cố gằng giải thích nó về mặt vật lý, theo y học và theo sinh học

Nhiều ý kiến cho rằng tác động của màu sắc lên tâm lý con ngời chủ yếu là do sự liên ởng của họ Ví dụ : màu da cam làm ta liên tởng đến ngọn lửa do đó gây ra cảm giác nóng Cạnh nó, các màu đỏ, vàng, vàng lục cũng thuộc loại nóng Màu xanh trời nhắc ta nhớ đến bầu trời, biển khơi, băng giá, kim loại và bất giác cho ta cảm giác lạnh Các màu lân cận nhlục, lam, tím cũng thuộc loại màu lạnh

t-Do đó những nơi sinh ra nhiều nhiệt, các phòng nóng khi dùng màu lạnh ta có cảm giác

nh giảm bớt đợc cái nóng

Màu nhẹ là những màu sáng, màu của bầu trời Màu nặng là những màu tối, làm ta liên tởng đến mặt đất, cứng

Cũng tơng tự nh màu đỏ, cam gây cảm giác gần gũi Màu lam, xanh trời gây cảm giác

xa xôi Chỉ có màu lục và màu vàng là giữ nguyên vị trí

Cảm giác thích nghi của con ngời nhiều khi là sự quen thuộc với thiên nhiên xung quanh Ví dụ : tỷ lệ độ chói thiên nhiên đã quen thuộc đến mức chúng ta coi là hợp lý : bên trên các màu nhẹ, sáng, bên dới là các màu nặng, tối Nếu đảo ngợc lại, ví dụ : sơn trần nhà màu đỏ đất ta sẽ có cảm giác bị đè nặng

Một số tác giả cho rằng tác động kích thích hoặc tạo yên tĩnh của màu sắc có liên quan

đến bớc sóng và tần số của nó Các màu trong đoạn phổ sóng ngắn nh tím, lam sẽ gây tác

động yên tĩnh ; các màu trong đoạn sóng dài có tác dụng kích thích nh màu đỏ, cam, vàng Do

đó nhanh chóng gây cho ta mệt mỏi Đoạn các màu sóng trung nh lục, vàng lục, xanh trời đợc coi là màu cân bằng tâm sinh lý , có tác động tốt đến tâm trạng con ng“ “ ời làm nâng cao khả năng lao động Hoặc cho rằng đó là do sự thích ứng của mắt ngời trong quá trình tiến hoá hàng triệu năm trong ánh sáng mặt trời là ánh sáng giầu các bớc sóng trong đoạn sóng trung này

Chúng ta nếu để ý sẽ thấy các màu càng đậm ( độ bão hoà càng lớn ) sẽ tác động lên con ngời càng mạnh

Một số nhà y học đi tìm nguyên nhân của các tác động tâm lý của màu sắc qua các biến chuyển sinh lý trong các cơ quan của cơ thể Nh :

Màu đỏ gây ra sự nâng cao áp suất máu và làm tăng nhịp thở và vì thế mà nó có tác

động kích thích gây nên các phản ứng mạnh, làm căng thẳng cơ bắp, kích động thần kinh, làm cho con ngời vội vã

Màu cam tạo cảm giác nóng, cảm giác vui tơi, hng phấn nhng chóng mệt mỏi Trong khung cảnh màu cam nhịp tim tăng lên Màu cam còn đợc coi là màu có ảnh hởng tốt đến hệ thống tiêu hoá

Màu vàng cũng giống nh màu đỏ và màu cam cũng có tác động kích thích Một số nhà y học cho rằng màu vàng kích thích khả năng làm việc trí óc

Màu lục và xanh trời gây cảm giác tơi mát, làm dịu kích động, tạo ra cảm giác bình yên màu xanh trời tạo điều kiện tốt cho sự nghỉ ngơi yên tĩnh, cho giấc ngủ Ngợc với màu đỏ, màu lục và xanh hạ thấp áp suất máu mạt khác màu lục có tác dụng ghép con ng ời vào kỷ luật, bắt con ngời nghiêm khắc tự kiểm tra mình

Màu tím, ngoài gây cảm giác lạnh còn gây ra buồn nên tạo tâm lý thụ động

Màu nâu làm cho con ngời cảm thấy yên tĩnh nên gây buồn bã, đình trệ, ru ngủ con ngời làm giảm các xúc động

Màu đen và xám đen phần lớn gây ấn tợng nặng nề Tuy nhiên nếu sử dụng màu đen với số lợng nhỏ thì theo quy luật tơng phản sẽ làm tăng độ chói, tăng tác động của màu đứng bên cạnh

Trắng tinh và trắng xám thờng gây ấn tợng lạnh lùng và trống rỗng Tuy nhiên chúng lại

là cái nền tốt cho các bề mặt màu Lúc đó độ chói của các màu đặt trên nó bị giảm đi ít nhiều

do hiệu quả tơng phản

Các màu nóng làm liên tởng tới ánh sáng, còn các màu lạnh ( xanh trời, lam, tím ) gây cảm giác tối đi Nh vậy những phòng bị thiếu ánh sáng có thể bù đắp bằng cách sơn các màu sáng nh màu vàng sáng, vàng anh Ngợc lại các phòng thừa ánh sáng sẽ làm cho mắt mệt mỏi

có thể khắc phục bằng cách sơn các màu lạnh

Màu sắc còn cho ta cảm giác về trọng lợng Các vật sơn màu nóng, đậm cho ta cảm giác nặng hơn khi sơn màu lạnh, sáng.

Màu sắc kết hợp với ánh sáng tạo ra cảm giác về thời gian Khi phòng đợc chiếu sáng bằng ánh sáng khuếch tán, phản xạ từ trần sẽ tạo cho ta cảm giác một buổi tra ảm đạm Khi dùng màu nóng và mạnh, chiếu sáng nghiêng chéo từ trên xuống tạo thành bóng rõ rệt của các vật sẽ cho ta cảm giác một buổi chiều mùa hè, …

Trong các nhà công nghiệp việc sử dụng màu sắc hợp lý có ý nghĩa rất quan trọng để

đảm bảo an toàn lao động cho ngời công nhân và làm tăng năng suất lao động Trong các tín hiệu tác động lên con ngời thì màu sắc ( ánh sáng ) là tín hiệu tác động nhanh nhất, rút ngắn những giải thích dài dòng bằng lời nh chỉ phơng hớng, báo trớc nguy hiểm v.v …

Tác động của màu sắc lên con ngời rất phức tạp và không phải ở mọi ngời, mọi lứa tuổi

đều nh nhau Thậm chí ngay cả với mỗi con ngời, tuỳ theo trạng thái tâm sinh lý thay đổi, các tác động của màu sắc cũng thay đổi và không ổn định

Bảng 1.2.- Tác động tâm sinh lý của màu sắc phụ thuộc vào vị trí mặt màu.

Thực nghiệm đã tổng kết một số tác động tâm sinh lý của màu sắc tới con ngời đợc giới thiệu trong bảng 1.2 Còn các tác động đó lại phụ thuộc vào vị trí của mặt màu đợc giới thiệu trong bảng 1.3

Bảng 1.3.- Tác động tâm sinh lý của màu sắc lên con ngời.

đỏ lại hội tụ sau võng mạc một ít ( xem hình 1.8 ) Các tia sáng có bớc sóng vào khoảng 550

nm tạo nên một hình ảnh rõ nét trên võng mạc, cũng vậy năng lợng bức xạ tạo nên một cảm giác sinh động hơn Hiện tợng này đợc gọi là hiệu ứng Purkinje ( tên một nhà nghiên cứu ngời Czech ) CIE - Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng đề nghị dùng “

Độ nhạy cảm tơng đối d“ ới dạng một hàm số Vλ để đánh giá sự thay đổi độ nhạy cảm

ánh sáng này của mắt ( so với độ nhạy cảm ở tia vàng lục ) Trên hình 1.9 biểu diễn đồ

thị của độ nhạy cảm tơng đối Vλ

Cuối cùng đối với thị giác ban đêm, C.I.E đã định nghĩa một đờng cong hiệu quả ánh sáng tơng đối thứ hai V ‘ λ có dạng tơng tự nh Vλ nhng lệch về các tia tử ngoại một khoảng 50 nm.

Nh vậy hiệu ứng Purkinje đã đợc giải thích Purkinje đã nhận thấy rằng các mặt màu xanh da trời và màu đỏ cũng nh các ánh sáng ban ngày xuất hiện lúc rạng đông theo thứ tự màu ghi sáng và màu đen

Chúng ta lu ý tiếp theo rằng hàm V ‘ λ liên quan đến các mức chiếu sáng yếu và chỉ

tác động đến lĩnh vực kỹ thuật chiếu sáng trong trờng hợp đặc biệt

Trong phần này chỉ trình bày những đại lợng

cơ bản thờng sử dụng nhất trong kỹ thuật chiếu

sáng cùng các khái niệm liên quan đến chúng

Tất cả các nguồn sáng khi biến đổi năng lợng

mà nó tiêu thụ thành một hoặc nhiều trong ba hiệu ứng

sau đây : hoá, nhiệt, điện từ Các bức xạ ánh sáng chỉ là một bộ phận nhỏ của các bức xạ

điện từ, do vậy chúng chỉ mang theo một phần công suất của nguồn

1.- Quang thông F , lumen ( lm ).

Bức xạ ánh sáng của một nguồn vào không gian trớc hết đợc đánh giá bằng năng lợng bức xạ, đo bằng oat ( W )

Oát là một đơn vị vật lý thuần tuý

Các thực nghiệm về ánh sáng cho thấy, cùng một năng lợng nhng bức xạ dới dạng các bớc sóng khác nhau lại không gây hiệu quả giống nhau trong mắt chúng ta Vì vậy cần phải

hiệu chỉnh đơn vị đo theo độ nhạy cảm phổ của mắt ngời ( đờng cong Vλ , hình 1.6 )

Đơn vị mới này đợc gọi là quang thông, ký hiệu là F , và đợc biểu diễn theo công thức sau :

F = λ λ

λ λ λ

d

V w

∫2

1

, ( 1.1 )trong đó : Wλ - phân bố phổ của năng lợng bức xạ,

cờng độ sáng xin dẫn ra một vài

trị số cờng độ sáng của các nguồn

sáng thờng gập :

• Ngọn nến : 0,8 cd ( theo mọi Hình 1.8.- Xác định cờng độ sáng

hớng không gian )

• Đèn nung sáng 40W / 220V : 35 cd ( theo mọi hớng )

• Đèn nung sáng 300W / 220V : 400 cd ( theo mọi hớng )

• Đèn nung sáng : 300W / 220V : 1500 cd ( hớng trung tâm - có chao đèn )

Do đó mà tất cả các loại bóng đèn khi chế tạo nhà sản xuất đều đã xác định sẵn cờng độ sáng theo tất cả các hớng trong không gian, tính từ điểm gốc là tâm quang học của nguồn và lập nên Biểu đồ c“ ờng độ sáng .“

Trên hình 1.9 cho một ví dụ về biểu đồ cờng độ sáng của một nguồn sáng đối xứng tròn xoay Đó là một đờng cong vẽ trên một nửa mặt phẳng theo toạ độ cực, trong đó cho các giá trị cờng độ sáng I theo các góc γ lập với trục của mặt tròn xoay

Chú ý : trong sổ tra cứu các loại đèn, các biểu đồ cờng độ sáng đợc vẽ cho quang thông quy về 1000 lm ( quy chuẩn ).

Ngời làm công tác thiết kế chiếu sáng thờng coi biểu đồ cờng độ sáng nh “ thẻ căn cớc “ của mỗi loại đèn.

Hình 1.9.- Biểu đồ cờng độ sáng ứng với

quang thông quy chuẩn 1000 lm của đèn

Vậy góc khối Ω đợc định nghĩa nh là tỷ số giữa diện tích S ( mặt cầu ) trên bình

Một steradian là một góc khối dạng hình nón có diện tích bề mặt là 1 m2 trong một hình cầu có bán kính là 1 m

Độ rọi đợc định nghĩa nh sau :

Độ rọi là mật độ quang thông rơi trên bề mặt đợc chiếu sáng.

Nh vậy nếu một bề mặt diện tích S nhận đợc một quang thông F thì độ rọi E đợc xác

Đơn vị đo độ rọi là lux ( lx ) , 1 lux = 1 lm / m2

Kết quả tính toán trên chúng ta đợc độ rọi trung bình của bề mặt S

Chúng ta hãy lấy một điểm M trên bề mặt đó, điểm là một phần tử của bề mặt khi diện tích của nó giảm dần đến không Quang thông bức xạ theo hớng tới điểm M (khi góc khối

giảm dần đến không ) cũng chính là cờng độ sáng trên hớng này Vậy cờng độ sáng này cho ta

độ rọi điểm tại điểm M ( đo bằng lux ).

Tóm lại, mỗi một điểm M của bề mặt tồn tại một độ rọi điểm ứng với cờng độ sáng tới

điểm đó Trị số trung bình của độ rọi tất cả các điểm trên bề mặt S chính là độ rọi trung bình của bề mặt này

Tỷ số giữa độ rọi ở điểm chiếu sáng yếu nhất và độ rọi trung bình của một bề mặt đ ợc

gọi là hệ số đồng đều độ rọi

Xin đa ra một vài trị số độ rọi thờng gập :

• Độ rọi giữa tra trên mặt đất ở Hà Nội thay đổi từ 35.000 đến 70.000 lx

• Cũng nh trên khi trời đầy mây thay đổi từ 25.000 đến 35.000 lx

• Độ rọi đêm trăng rằm 0,25 lx

• Độ rọi cho phòng làm việc 200 ữ 400 lx

• Độ rọi trong nhà ở 100 ữ 300 lx

• Độ rọi trên đờng phố có đèn chiếu sáng 20 ữ 50 lx

♦ Quan hệ giữa độ rọi, cờng độ sáng và khoảng cách

Trên hình 1.11 là một nguồn điểm O bức xạ quang thông với cờng độ sáng I tới một

vi phân diện tích ds ở khoảng cách r so với nguồn n→ là pháp tuyến của dS và

Khi α = 0 ta có E⊥ =

r

I

2 ( cosα = 1 ) ( 1.6.a )

Quan hệ ( 1.6 ) cho thấy độ rọi tỷ lệ thuận với cờng độ sáng và tỷ lệ nghịch với bình

ph-ơng khoảng cách từ nguồn tới mặt đợc chiếu sáng Công thức ( 1.6 ) còn đợc gọi là định luật bình phơng khoảng cách của độ rọi.

L⊥ và I⊥ tơng ứng là độ chói và cờng độ sáng theo hớng vuông góc với bề mặt bức xạ.

• Độ chói của một mặt bức xạ không phụ thuộc khoảng cách từ mặt đó đến

• Giấy trắng khi độ rọi 400 lux 80 cd / m2

• Độ chói cha gây cảm giác chói mắt 5.000 cd / m2

5.- Đặc tính quang học của vật liệu

Khi có một lợng quang thông Fi chiếu đến bề mặt một vật thể, trờng hợp chung nhất sẽ

có : một phần bị phản xạ trở lại, một phần bị vật liệu hấp thu và phần còn lại xuyên suốt qua

vật thể để đi vào không gian phía sau Ba phần đó có thể nhiều hay ít hoặc không có tuỳ tình trạng bề mặt và tính chất vật liệu của vật thể.

Chẳng hạn, đối với một tấm kính cửa sổ trong suốt thì phần xuyên suốt rất lớn, phần hấp thu và phản xạ đều nhỏ Đối với bức tờng gạch xây trát vữa thì phần xuyên suốt bằng không, phần bị hấp thu đáng kể, còn phần phản xạ nhiều hay ít thì tuỳ theo màu sắc và độ láng của mặt vữa

Nếu gọi :

- Một phần của quang thông tới sẽ phản xạ từ bề mặt đó, ký hiệu là Fρ ,

- Một phần của quang thông tới sẽ bị vật liệu hấp thu, ký hiệu là Fα ,

- Một phần của quang thông tới sẽ xuyên qua vật liệu, ký hiệu là Fτ ,

Các hệ số nói trong bảng là trị số trung bình trong toàn phạm vi bớc sóng ánh sáng.Mặt khác, sự phản xạ và xuyên suốt nói chung không giống nhau khi ánh sáng có bớc sóng khác nhau Đó là tính chất phản xạ và xuyên sáng có chọn lựa, biểu thị bằng hệ số phản xạ và xuyên sáng theo phổ ρλ và τλ Chính nhờ có đặc tính này mà chúng ta nhìn thấy màu

Hãy chú ý đến các mặt phản xạ ( hoặc xuyên sáng ) khuếch tán hoàn toàn Khi bề mặt này đợc chiếu sáng, độ chói quan sát với bất kỳ hớng nào đều nh nhau Đây là trờng hợp ta th-ờng gập với tất cả các vật liệu có mặt nhám mịn nh giấy trắng, bột màu và các bề mặt xây dựng thông thờng Nh biểu diễn trên hình 1.14.d đờng bao của các điểm đầu mút các vectơ c-ờng độ sáng trong các trờng hợp này là một mặt cầu Nói khác đi đối với các bề mặt phản xạ

( hoặc xuyên sáng ) khuếch tán hoàn toàn, cờng độ sáng của chúng phân bố theo luật cosin trong không gian Nghĩa là :

Iα = I⊥cosα ( 1.9 )trong đó : Iα - cờng độ sáng theo hớng α ,

I⊥ - cờng độ sáng theo hớng vuông góc với bề mặt ,

α - góc tạo bởi hớng quan sát và pháp tuyến của mặt bức xạ

Kính Vật liệu dùng cho kỹ thuật chiếu sáng

mm

Kính tráng gơng và các

Tờng

Các loại vật Liệu khác

Kim loại đen thô ( cha gia công ) 10ữ20 Phấn, thạch cao, vôi 85

1.- Khả năng phân biệt của mắt ngời

Đợc xác định bằng góc ( đo bằng phút ) mà ngời quan sát có thể phân biệt đợc hai điểm hoặc hai vạch đặt gần nhau

Sự nhìn là bình thờng nếu góc phân biệt là 1 phút Để đọc sách cần góc phân biệt là từ

Đó là độ nhạy của mắt với sự tơng phản, sự chênh lệch tơng đối của hai độ chói của các vật cạnh nhau mà mắt có thể phân biệt đợc

Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng định nghĩa độ tơng phản C nh sau :

Ln

L

∆ ( 1.11 )trong đó :

Lv và Ln - tơng ứng là độ chói của vật cần nhìn và của nền trên đó đặt vật

C có thể dơng ( độ tơng phản của vật sáng ỷtên nền tối ) hoặc âm ( độ tơng phản của vật tôí trên nền sáng ) C thay đổi từ 0 đến 1

Đối với con mắt quan sát một vật có độ chói Lo trên một nền có độ chói Ln chỉ có thể phân biệt đợc ở mức chiếu sáng vừa đủ nếu :

Sự cảm thụ độ tơng phản là yếu tố cần thiết để phân biệt các vật và hình dáng của chúng

Khi ∆L là cực tiểu ( ký hiệu ∆Ls , là độ chói nhỏ nhất cần thêm vào độ chói của vật

t-ơng phản tt-ơng đối , ký hiệu là RCS , mà Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng ( CIE ) chính thức

coi nh một đại lợng tham khảo Dới đây là một vài trị số của RCS :

Ln , cd / m2 1 10 100 1000 10000

RCS 13,5 36,2 62,2 68,3 100

Trong thực tế kích thớc và màu sắc của vật cũng tác động đến khả năng phân biệt của mắt điều đó kéo theo là mức độ chiếu sáng phải phù hợp với loại công trình cần chiếu sáng Từ các nhận xét này mà Hội chiếu sáng nớc Pháp ( A.F.E ) đã đa ra các mức chiếu sáng nhỏ nhất đối với các loại địa điểm khác nhau tuỳ theo mục đích sử dụng của chúng

1.4.b.- Sự chói loá

Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng

( CIE ) phân biệt hai loại chói loá sau :

1.- Chói loá nhiễu

Là sự chói loá làm giảm khả năng

2.- Chói loá mất tiện nghi

Chói loá mắt là sự suy giảm hoặc tức thời mất đị cảm giác nhìn do sự tơng phản quá lớn.Chói loá xẩy ra khi có một vật có độ chói cao nằm trong trờng nhìn của mắt Trờng hợp cực đoan, độ chói có thể gây co mạnh đột ngột con ngơi của mắt, gây ra đau đớn

Thực nghiệm cho thấy, sự chói loá mất tiện nghi bắt đầu khi có độ chói vợt 5000

cd / m2 ( độ chói nhỏ nhất mắt nhận biết đợc là 10-5 cd / m2 ) trong trờng nhìn

Khi làm thực nghiệm với một công nhân nhìn ngang phía trớc cho thấy chói loá mất tiện nghi càng tăng lên khi nguồn gây chói càng nằm sâu trong trờng nhìn của mắt Quan hệ này đ-

ợc đánh giá qua góc γc ( góc bảo vệ ) và cảm giác mất tiện nghi nh trên hình 1.16

Bằng thực nghiệm cho thấy khi góc bảo vệ nhỏ hơn 45° thì sự chói loá mất tiện nghi không còn đáng kể Thờng trong các nhà công nghiệp chiếu sáng bằng đèn phóng điện có chụp hở ngời ta yêu cầu phải đảm bảo góc bảo vệ nhỏ hơn 60°

1.4.c.- Độ rọi yêu cầu E yc , lx

Đó là độ rọi trung bình trên mặt phẳng làm việc ( thờng nằm ngang ) cần thiết để tiến hành tốt nhất công việc Cũng cần nói ngay rằng trong chiếu sáng một độ rọi quá cao cha chắc đã là một giải pháp chiếu sáng tốt nhất

Độ rọi yêu cầu thờng đợc xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào góc phân biệt các chi tiết tơng ứng với mỗi loại công việc hoặc theo công thức kinh nghiệm sau ( công thuác do Weston đề nghị ) :

1 10 , lux ( 1.12 )

trong đó : ρ - hệ số phản xạ khuếch tán của nền ,

σ - góc phân biệt các chi tiết đặc trng ( phút )

Sau đây chúng tôi xin giới thiệu một số tiêu chuẩn độ rọi :

Bảng 1.5.- Độ rọi yêu cầu ( theo đề nghị của Hội chiếu sáng Pháp – AFE ).

Loại chiếu sáng E Độ rọi

yc , lux Loại công việc hoặc hoạt động

20 Tối thiểu cho các lối đị bên ngoài

gián đoạn hoặc chi tiết 50 Bãi xe, lối đi

cần nhìn thô 100 Bốc dỡ hàng, bến xe, bến cảng

150 Đờng đị bên trong, cầu thang, cửa hàng

200 Tối thiểu khi phải nhìn chi tiết

300 Cơ khí thô, các chi tiết công nghiệp khác nhau, đọc và viết

Chung, nơi làm việc liên tục 500 Cơ khí trung bình, in ấn, đánh máy, làm việc văn phòng

750 Phòng vẽ, máy tính

1000 Cơ khí tinh, chạm khắc, so sánh màu, vẽ tinh viChung hoặc cục bộ 1500 Cơ khí chính xác, điện tử tinh viKiểm tra các loại

Cục bộ > 2000 Các chi tiết cực kỳ tinh vi trong công nghiệp hoặc trong phòng thí nghiệm

1.5.- Nhiệt độ màu và tiện nghi môi trờng sáng

Khái niệm về ánh sáng trắng đã đề cập trong mục 1.1 tức là ánh sáng có phổ năng ợng liên tục trong miền bức xạ nhìn thấy, ví dụ : trờng hợp ánh sáng tự nhiên ban ngày, nhng khái niệm này vẫn còn thiếu chính xác, chất lợng ánh sáng ban ngày thay đổi một cách đáng

l-kể tuỳ theo các điều kiện khí hậu Nh vậy cha đủ thể hiện chất lợng của các nguồn sáng khác nhau Thật vậy, trên hình 1.3 các ánh sáng A, B, C và W của các nguồn khác nhau đều đợc

gọi là ánh sáng trắng tuy rằng đờng biểu diễn phổ của chúng hoàn toàn khác nhau Cụ thể nh sau :

Nguồn sáng A liên quan đến đèn sợi đốt, giàu bức xạ màu đỏ

Nguồn sáng B biểu diến ánh sáng ban ngày trời sáng và C khi trời u ám, giàu bức xạ màu xanh da trời

Nguồn bức xạ W do đèn xenon có tính chất toả tia năng lợng không đổi trong phổ nhìn thấy và không phụ thuộc vào bớc sóng λ

Để đánh giá chính xác hơn các loại ánh sáng trắng theo đó tập trung các bức xạ màu đỏ hoặc màu xanh da trời ta gắn cho nó khái niệm về nhiệt độ màu , ký hiệu T“ “ m

đơn vị là độ Kelvin ( °K ) Đó là mô tả màu của một nguồn bằng cách so sánh với màu của một vật đen nói chung đợc nung nóng giữa 2000 và 10.000 ˚K Nói chung nhiệt độ này không phải nhiệt độ của nguồn, trừ khi nguồn chính là vật đen bị nung nóng

Vây, Nhiệt độ màu của một nguồn ánh sáng không phải là nhiệt độ của bản thân nó, mà

là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối khi đợc đốt nóng đến nhiệt độ này thì ánh sáng do nó bức xạ

có phổ hoàn toàn giống phổ ánh sáng của nguồn khảo sát

Bằng thực nghiệm ngời ta đã xác định đợc nhiệt độ màu của các ánh sáng trắng khác nhau :

• Mặt trời lặn, đèn nung sáng, ánh sáng nóng 2500 “ “ ữ 3000 °K ( giàu bức xạ đỏ )

• ánh sáng ban ngày khi trời sáng 4500 ữ 5000 °K

• ánh sáng ngày trời đầy mây, ánh sáng lạnh 6000 “ “ ữ 8000 °K ( giàu bức xạ xanh da trời )

Hình 1.17.- Biểu đồ Kruithof.

Qua nhiều nghiên cứu thực nghiệm về tiện nghi môi trờng ánh sáng nhận thấy :

Các nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp chỉ dùng thích hợp cho những nơi có yêu cầu độ rọi thấp.

Ngợc lại những nơi có yêu cầu độ rọi cao lại đòi hỏi các nguồn sáng có nhiệt độ màu lớn ( ánh sáng lạnh ).

Vì vậy trong thiết kế chiếu sáng ngời ta coi nhiệt độ màu nh một tiêu chuẩn đầu tiên để chọn nguồn sáng cho một không gian có độ rọi yêu cầu đ biết nhằm đạt một ã môi trờng ánh sáng tiện nghi

Do vậy xuất hiện một tiêu chuẩn lựa chọn nguồn sáng đầu tiên để thực hiện một độ rọi

đã cho trong môi trờng tiện nghi khi thiết kế chiếu sáng nhân tạo Kruithof đã xây dựng mối quan hệ giữa nhiệt độ màu và độ rọi yêu cầu để đạt đ ợc môi trờng ánh sáng tiện nghi trong nội thất ( hình 1.17 )

1.6.- Chỉ số hoàn màu , IRC ( thể hiện màu , hoàn màu ).

Một phần không thể thiếu đợc khi thiết kế chiếu sáng đó là chất lợng của hệ thống chiếu sáng Đó là khái niệm cực kỳ quan trọng đối với sự lựa chọn tơng lai của các nguồn sáng

Chất lợng cao của ánh sáng thể hiện ở chất lợng nhìn màu, nghĩa là khả năng phân biệt chính xác các màu sắc trong ánh sáng đó

Thực vậy, cùng một vật đợc chiếu sáng bằng các nguồn sáng chuẩn khác nhau hoặc bằng một vật đen có các nhiệt độ khác nhau sẽ xuất hiện các màu khác nhau nhng không chịu bất kỳ sự biến đổi màu nào Ví dụ, một bức tranh sẽ thể hiện màu khác nhau giữa buổi tra và buổi chiều tối Nh vậy một nguồn sáng có thể làm biến đổi màu sắc của các vật bị chiếu bởi nguồn sáng đó

Khi so sánh với một vật đen có cùng nhiệt độ màu, một nguồn nào đó làm biến màu của các vật đợc chiếu sáng thì sự biến đổi màu này là do sự phát xạ phổ khác nhau và đ ợc đánh giá xuất phát từ các độ sai lệch màu và gán cho nguồn một chỉ số màu

Để đánh giá sự biến đổi màu do ánh sáng gây ra đó, ngời ta dùng chỉ số hoàn màu

và đợc ký hiệu là IRC theo tiếng Pháp hoặc R– a theo tiếng Anh –

Chỉ số hoàn màu thay đổi từ 0 đối với ánh sáng đơn sắc đến 100 đối với ánh sáng trắng

Chỉ số hoàn màu càng cao thì chất kợng ánh sáng đợc xem là càng tốt

Trong kỹ thuật chiếu sáng ngời ta chia chất lợng ánh sáng làm các mức độ sau :

IRC < 50 - Chỉ số không có ý nghĩa thực tế Các màu hoàn toàn bị biến đổi IRC < 70 - Chất lợng kém, dùng trong công nghiệp không đòi hỏi phân biệt

màu sắc

70 < IRC ≤ 85 - Chất lợng trung bình, dùng cho các công việc bình thờng, khi

chất lợng nhìn màu không thật đặc biệt

IRC ≥ 95 - Chất lợng cao, dùng cho các công việc đặc biệt của đời sống

và công nghiệp.

Trong các sổ tay các loại đèn, các nhà sản xuất sẽ cung cấp nhiệt độ màu và chỉ số hoàn màu trong đặc tính kỹ thuật của mỗi nguồn sáng

chơng 2 - Chiếu sáng nhân tạo bên trong công trình.

2.1.- Nguồn chiếu sáng nhân tạo

Lịch sử chiếu sáng nhân tạo đợc chia thành hai giai đoạn : trớc khi có đèn điện và từ khi có đèn điện

Giai đoạn trớc khi có đèn điện : loài ngời phải sử dụng chiếu sáng ban đêm bằng bếp lửa, nến, đèn dầu hoả v.v Những nguồn sáng này có ánh sáng yếu, hiệu suất thấp.…

Từ giữa thế kỷ 19 những ngọn đèn điện đầu tiên mới đợc sáng chế, nhng hơn một thế kỷ vừa qua đèn điện mới đợc phát triển không ngừng với những tiến bộ vợt bực, mở ra một kỷ nguyên văn minh mới cho loài ngời Ngày nay đèn điện gần nh là nguồn chiếu sáng ban đêm duy nhất cho toàn bộ hành tinh chúng ta, đó là một loại thiết bị quá quen thuộc và không thể thiếu đợc trong đời sống hàng ngày

Nguồn chiếu sáng nhân tạo gồm hai bộ phận chủ yếu : bóng đèn và vỏ đèn

Bóng đèn là nguồn phát sáng, còn vỏ đèn nhằm hớng ánh sáng của nguồn vào không gian sử dụng với các đặc điểm khác nhau, đồng thời tạo ra vẻ đẹp cho đèn

+ Hiệu suất sáng : đợc xác định bằng tỷ số giữa quang thông do đèn phát ra và công

suất điện tiêu thụ, đơn vị là lumen / oat ( lm / W )

Hiệu suất sáng càng cao thì càng có lợi

Ngày nay đã đạt đợc hiệu suất sáng tới 200 lm / W đối với đèn phóng điện

+ Nhiệt độ màu T m , °K : dùng để đánh giá mức độ tiện nghi môi trờng sáng

Nhiệt độ màu càng cao thì môi trờng sáng càng “ Lạnh , nhiệt độ màu thấp thì môi tr“ ờng sáng là “Nóng “

-Nhiệt độ màu thay đổi từ khoảng 2000 °K đến 7000 °K

+ Chỉ số hoàn màu IRC : cho biết chất lợng ánh sáng , đánh giá theo sự cảm thụ

chính xác các màu sắc Chỉ số hoàn màu thay đổi từ 0 ( đối với ánh sáng đơn sắc ) đến 100 ( đối với ánh sáng trắng )

+ Tuổi thọ của bóng đèn : thờng đạt đợc từ 1000 giờ ( đèn nung sáng ) đến 10.000

giờ ( một số loại đèn phóng điện )

1.- Bóng đèn nung sáng

a.- Sự đót nóng

Khi xét một vật dẫn chịu một điện áp trong đó có dòng điện chạy qua Dòng điện này là dòng chuyển dịch của các điện tử đợc giải phóng khỏi các lớp ngoài và chạy qua mạng tinh thể với các quỹ đạo khác nhau, tốc độ tổng của nó vào quãng 0,2 mm / s và có chiều h ớng từ cực

âm đến cực dơng của điện áp đặt vào

Mỗi khi va chạm với các nguyên tử, các điện tử tự do bị mất một chút động năng của nó,

do đó các nguyên tử ở trạng thái kích thích

Các nguyên tử bị kích thích có một hoặc nhiều điện tử chiếm vị trí ổn định trên lớp ngoài cùng ở một lớp xa hạt nhân hơn nếu lớp đó cha đầy Sau một khoảng thời gian rất ngắn vào khoảng micrô giây các điện tử có xu hớng trở lại các vị trí trống gần hạt nhân hơn Khi trở về“ “trạng thái ổn định điện tử mất một lợng năng lợng W ứng với hiệu số giữa mức điện tử rơi và mức điện tử tới và phát xạ một photon có bớc sóng λ sao cho W.λ = C.h

Trong trờng hợp vất rắn có mật độ

nguyên tử rất lớn nên các mức năng lợng

có thể không ứng với các giá trị rời rạc mà

ứng với các dải năng l“ “ ợng, dải này

càng rộng khi khoảng cách các nguyên tử

càng nhỏ

Trong hình 2.1 minh hoạ các dải

cho phép nh vậy đợc gạch chéo, theo

các giá trị của a

Các bớc nhảy năng lợng có thể

lấy mọi dãy giá trị và sự bức xạ đợc đặc

trng bằng một phổ liên tục theo các bớc

sóng, ở đây năng lợng đợc toả tia càng

lớn khi nhiệt độ của vật rắn càng cao Hình 2.1.- Các dải năng lợng.

Ví dụ : đối với vật đen các năng

lợng này tỷ lệ với luỹ thừa bốn của nhiệt độ T tính bằng Kelvin Theo định luật Stefan :

W = σ.T4

b.- Cấu tạo

b.1.- Cấu tạo bóng đèn nung sáng

Trên hình 2.2 giới thiệu cấu tạo một

bóng đèn nung sáng

Hình 2.2.- Cấu tạo bóng đèn nung sáng.

1 Bóng thuỷ tinh trong suốt hay mờ, đục ; –

2 Giá đỡ ; 3 – – ống dùng hút không khí ra để

tạo độ chân không trong bóng và để đa các

khí trơ vào ; 4 – ống giữ sợi đốt ; 5 Thanh –

dẫn điện ; 6 Sợi đốt ; 7 Các dây Môlipđen – –

dùng giữ sợi đốt ; 8 Hạt ngọc trai bằng thuỷ –

tinh ; 9 - Đui đèn ( đui xoáy hay đui có ngạnh ).

Bóng đèn chiếu sáng thông dụng có công suất từ 15 đến 1500 W, làm việc với nhiều cấp điện áp khác nhau, có thể có hình dáng khác nhau, thờng làm bằng thuỷ tinh có thêm chì, thích ứng với mọi điều kiện sử dụng

Để giảm độ chói cho các đèn công suất nhỏ có thể làm mờ ở bên trong hoặc phủ bằng lớp bột mờ Lớp làm mờ phải hấp thụ ánh sáng ít ( khoảng 1 ữ 4 % ), lớp này cho phép ảnh h-ởng đến nhiệt độ màu của nguồn tuỳ theo bộ lọc đợc sử dụng

Để tập trung và định hớng chùm tia sáng phát ra về phía không gian có ích bên trong

đèn có thêm lớp phản xạ nhờ mạ bạc hoặc mạ nhôm

Để tránh việc các đèn chiếu đốt nóng các vật đồng thời với chiếu sáng thì lớp phản chiếu phải trong suốt với các tia hồng ngoại nhng bóng đèn sẽ bị nóng hơn nên phải đợc làm bằng thuỷ tinh bền

Các mấu thông dụng nhất từ 40 đến 300 W đợc dùng cho các cửa hiệu, trần nhà chiếu sáng sân khấu

Bóng đèn halogen đợc làm bằng thạch anh vỏ đơn hoặc vỏ kép, dùng cho các đèn chiếu trong : chiếu sáng giao thông, điện ảnh, các thiết bị thể thao với các mẫu từ 75 đến

250 W Loại đèn này hiện đang cạnh tranh với đèn nung sáng thông thờng nhng có nhợc điểm

là không giữ đợc hiệu quả ánh sáng tốt

Đặc tính kỹ thuật của bóng đèn nung sáng :

• Hiệu suất sáng của đèn nung sáng khá nhỏ Thời Edison, với sợi đốt cacbon chỉ đạt

đợc 2,6 lm / W Ngày nay với sợi đốt tungstene thì đạt đợc 10 ữ 20 lm / W Công suất đèn

thờng dùng từ 20 đến 1000 W Hiệu suất sáng của đèn càng cao khi công suất đèn càng lớn

và điện áp làm việc càng nhỏ Bảng 2.1 cho quang thông và hiệu suất sáng của một số bóng

đèn nung sáng

• Nhiệt độ màu : 2500 ữ 3000 °K

• Chỉ số hoàn màu IRC : 100

• Tuổi thọ : khoảng 1000 giờ

Bảng 2.1.- Đặc tính bóng đèn nung sáng.

Công suất Quang thông , lumen , lm Hiệu suất sáng , lm / W

điện chạy qua và làm phát phần lớn

các tia trong miền hồng ngoại, nhng

khi nhiệt độ của sợi đốt càng tăng thì

phổ của nó càng dịch chuyển về miền

nhiệt độ của sợi đốt càng tăng, đơng

nhiên phải nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy

Vofram nóng chảy ở 3650°K cho Hình 2.3

các tính năng tốt nhất và đã đợc sử

dụng từ 80 năm về trớc Hơn nữa nó

có các chỉ tiêu tốt về điện trở, tính kéo dãn, khả năng phát xạ và độ bền cơ học

Trong môi trờng chân không và ở nhiệt độ 2400 ữ 2600 °K, vonfram phát cực đại tia nằm ở lân cận bớc sóng 1100 nm và hiệu quả ánh sáng kém Ngày nay các đèn chân không

đã bị loại bỏ trừ đèn công suất rất nhỏ, dới 25W Vào khoảng 2700 ữ 3000 °K hiệu quả ánh sáng tăng một cách rõ rệt do trong miền ánh sáng nhìn thấy năng lợng phát tuân theo định luật của vật đen Nhng ở nhiệt độ này bắt đầu hiện tợng bay hơi kim loại dẫn tới dây đốt bị đứt Hiện tợng này có thể bị chậm đi một cách đáng kể khi có thêm khí trơ ( nitơ rồi acgon và cuối cùng là kripton ), nhng đáng tiếc là khí trơ làm tăng tổn thất dẫn nhiệt, do vậy lợi ích của hiệu quả phát sáng gần nh bị mất đi do việc tăng công suất cung cấp cho sợi đốt

Cần chú ý rằng ở trạng thái đốt nóng, sợi đốt đợc bao bọc bởi một lớp khí tĩnh có xu thế làm giảm tổn thất nhiệt nhiều nên lớp khí tĩnh này càng dầy càng tốt, do đó Langmuir đã quấn sợi đốt hình xoắn rất dầy sao cho lớp khí nằm trong đờng kính của dây xoắn dầy hơn lớp khí của sợi đốt

Ngày nay dây xoắn kép hay sợi đốt xoắn kép là công nghệ phổ biến nhất cho phép đạt hiệu quả ánh sáng từ 10 đến 20 lm / W có tuổi thọ trung bình là 1000 giờ

Vào những năm 1960 đã có khả năng đạt đợc nhiệt độ lớn hơn 3100 °K do việc thêm vào khí trơ các thành phần halogen ( iốt hoặc brôm ) sẽ cho phép vonfram bay hơi lắng đọng trên sợi đốt mà không ngng đọng trên bóng đèn Do vậy hiệu quả ánh sáng đạt tới 20 đến 27

lm / W và tuổi thọ trung bình là 2000 giờ

c.- Đui đèn

Các đui đèn đợc quy chẩn hoá :

- Đui ngạch trê : B15 hoặc B 22 (công suất ≤ 150 W)

- Đui xoáy : E14 , E 27 , E 40 với mọi công suất

- Đui lắp đèn nung sáng - ký hiệu E 27 (hình 2 4) , đui

B 22 là loại thông thơng, loại E 40 là loại đui có tăng cờng

Các u điểm chủ yếu của đèn sợi đốt :

- Nối trực tiếp vào lới điện

điện áp dẫn tới biến thiên dòng điện và do đó biến thiên sự đốt nóng, làm ảnh h ởng đến quang thông và tuổi thọ của đèn

Nếu gọi Φo , Io , Po và Do lần lợt là quang thông phát ra, dòng điện, công suất tiêu thụ và tuổi thọ của đèn ở điện áp định mức Uo thì ở điện áp U sẽ là :

Hình 2.5.

Nh vậy nếu xét về mặt kinh tế thì việc sử dụng đèn có điện áp hơi thấp có thể có lợi hơn dùng đèn có điện áp cao hơn một chút nếu sự chênh lệch chi phí vận hành có thể lớn hơn chi phí thay thế các bóng đèn

• Sự già hoá của đèn : việc suy giảm tính năng theo thời gian chủ yếu là do sự bốc hơi không thể tránh khỏi của sợi đốt Khi sự bốc hơi càng lớn, hơi vonfram làm mờ bóng đèn một cách đều đặn đối với các đèn chân không và hơi bị tập trung lại đối với các đèn có khí Cũng vậy trong trờng hợp các đèn halogen hơi vonfram không tự bám chắc vào sợi đốt ở nơi bị bốc hơi

Hình 2.6 chỉ ra sự suy giảm theo giá trị tơng đối so với các giá trị định mức của một đèn chiếu sáng thông dụng mới Quang thông phát xạ thờng nhỏ hơn do bụi bám bên ngoài đèn vì vậy cần định kỳ lau bóng đèn

Hình 2.6.

Dới đây xin giới thiệu tính năng của các bóng đèn mới thờng gập có sợi đốt tiêu chuẩn

và có halogen, điện áp 220 V ( bảng 2.2 ) Bảng này còn đang đợc phát triển vì các tiến bộ do việc xuất hiện các đèn có lớp hai hớng sắc, trong suốt với các tia sáng nhìn thấy và phản xạ các tia hồng ngoại trở lại sợi đốt và đèn lạnh có lớp kép làm giảm tổn hao dẫn nhiệt, đã cải“ “thiện đợc 30 % tính năng

Bảng 2.2.- Tính năng các loại bóng đèn mới ( sợi đốt tiêu chuẩn, có halogen ).

Sợi đốt tiêu chuẩn 220 / 230 V Đèn Halogen 220 / 230 V

Để sấy các tấm sứ đến nhiệt độ cao hơn cần dùng các đèn khí trơ thạch anh bớc sóng

2500 nm thay cho các đèn điện trở thông thờng và không có quán tính nhiệt Công suất các

đèn từ 200 đến 1000 W

2.- Đèn phóng điện

a.- Sự phóng điện trong khí kém, ảnh hởng của áp suất.

Trong một ống thủy tinh, nếu áp suất không khí bên trong đợc làm giảm dần đi thì gọi

đó là môi trờng khí kém

Cho một ống thuỷ tinh dài, bên trong bố trí hai điện cực anốt A và catốt K bằng

nhôm Hai điện cực đó đợc nối với một nguồn điện có hiệu điện thế cao ( hình 2 7 )

Hình 2 7.- Mô hình để quan sát dòng điện trong khí kém.

Ta tiến hành hút dần không khí bên trong ra ngoài qua ống C và quan sát ta thấy hiện tợng sau :

- Khi áp suất trong ống và ngoài ống bằng nhau thì trong ống không có dòng điện

- Khi áp suất trong ống vào khoảng 100 mmHg, giữa hai điện cực hiện lên một dải sáng màu hồng, lúc này dòng điện đa đi qua ống Nêu áp suất giảm đi nữa thì dải sáng hồng dần dần nở to ra và chiếm cả tiết diện của ống

- Tới áp suất độ 10 mmHg, dầu của dải hồng tách khỏi cực âm ( K ) Đến áp suất độ 1 hoặc 2 mmHg sự phóng điện đợc mô tả trên hình 2.8 và gồm hai phần chính :

* Phần không sáng, ở sát ngay âm cực và gọi là khoảng tối âm cực ;

* Một cột sáng, chiếm hết cả phần còn lại của ống cho đến cực dơng và gọi là cột sáng dơng cực

- Nếu áp suất tiếp tục giảm xuống đến 1 / 1000 mmHg, ống hầu nh không sáng nữa, nhng ở đầu ống đối diện với âm cực ( thành trong của thuỷ tinh ) có xuất hiện ánh sáng màu lục hơi vàng Đó là hiện tợng tia âm cực

Nếu tiến hành đo độ giảm hiệu điện thế giữa âm cực và từng điểm dọc theo ống chứa khí kém ( hình 2.8 ) thì nhận thấy rằng : trong khoảng tối âm cực, độ giảm hiệu điện thế là lớn nhất Vậy trong khoảng hẹp này điện trờng có cờng độ rất lớn

Hình 2 8.- Hình dạng của sự phóng điện trong khí kém khi áp suất vào khoảng 1 hoặc 2 mmHg

Hình 2.9.- a.- Dọc theo ống có hàn những mẩu dây Platin Khi nối từng mẩu dây đó với tĩnh điện kế, ta có thể đo

đợc hiệu điện thế U giữa điểm cắm dây và catốt b.- Sự phân bố điện thế dọc theo ống phóng điện.

U là hiệu điện thế, L là khoảng cách từ catốt tính theo dọc ống.

Nhờ có độ giảm hiệu điện thế mà các ion dơng ( trong không khí bao giờ cũng có sẵn một số điện tử và một số ion dơng tự do ) chuyển sang âm cực có động năng rất lớn khi đi qua khoảng tối âm cực đó Vì thế khi đập vào mặt âm cực chúng làm tách ra một số điện tử Các

điện tử này chuyển động về phía dơng cực

Vì chất khí trong ống rất kém nên các điện tử vợt đợc một khoảng nào đó mà cha va chạm vào các phần tử khí, khoảng đó ở gần âm cực, ở đó có khoảng tối âm cực

Vợt đợc khoảng tối đó rồi, điện tử đã thu đợc động năng rất lớn, đủ để ion hoá các phần

tử khí Các phần tử này phát quang khi bị ion hoá do đó mà có cột sáng dơng cực

Không khí trong ống càng kém đi thì các điện tử vợt đợc những khoảng cách càng dài

mà cha va chạm vào các phân tử Mặt khác các cơ hội va chạm giữa các điện tử và các phân

tử ít dần đi Cột sáng dơng cực sáng yếu đi và thu ngắn lại thì khoảng tối âm cực lại dài ra

Đến áp suất 1 / 1000 mmHg thì phần lớn các điện tử đi suốt cả ống mà không va chạm phải các phân tử Khi đập vào thành ống đối diện với âm cực, các điện tử làm cho thuỷ tinh phát ra ánh sáng màu lục hơi vàng

Qua sự phân tích trên ta thấy bản chất của hiện tợng phóng điện trong khí kém là sự ion hoá do va chạm và sự bắn điện tử của âm cực khi cực này bị các ion d ơng đập phải Nguyên nhân chủ yếu của hiện tợng này là độ giảm hiệu điện thế trong khoảng tối âm cực

ứng dụng của sự phóng điện trong khí kém đó chính là các loại đèn phóng điện trong chất khí Nh vậy ta chỉ cần đa thêm vào bên trong bóng đèn một số các chất khí khác nhau thì màu của ánh sáng đèn sẽ khác nhau : đèn nêon có ánh sáng màu đỏ, đèn agon có ánh sáng màu lục, đèn xênon và đèn hơi thuỷ ngân có ánh sáng xanh lam Tất cả ánh áng của các loại

đèn phóng điện trong chất khí là ánh sáng lạnh vì nhiệt độ trong ống không bao giờ lên quá 100ĢC

b.- Sự phóng điện sáng

Nếu lấy một bóng thuỷ tinh chứa

khí trơ hoặc hơi kim loại có áp suất

thấp và đặt hai điện cực nối với nguồn

điện áp một chiều biến thiên nhờ điện

Hình 2.11.

Đặc tính này thể hiện nhiều vùng khác nhau :

- Vùng AB : gọi là vùng phóng điện không tự duy trì Khi có tác dụng nh một chất cách

điện và dòng điện cực tiểu do các ion dơng và điện tử tách ra do các tia vũ trụ và sự phóng xạ của môi trờng

- Vùng CD : gọi là vùng phóng điện tự duy trì hay chế độ phóng điện toả sáng Bắt đầu

từ điểm B, ứng với điện áp mồi các điện tử có năng lợng đủ để ion hoá dây chuyền các nguyên

tử khác, do đó sinh ra hiện tợng thác điện tử ứng với vùng không ổn định BC có điện trở động

âm

Điểm làm việc ổn định nằm ở M đợc xác định bằng đ“ ờng đặc tính tải của tổng trở “mắc nối tiếp bên ngoài còn gọi là chấn l“ u ( đ“ ờng này sẽ là đờng thẳng nếu ta không lấy i theo thang logarit

Các điện tử phát xạ từ catốt đợc bắn phá bằng các ion dơng có năng lợng đủ lớn bao chùm một vùng catốt càng rộng khi dòng điện tăng lên, đồng thời xuất hiện một vùng sáng h-ớng anốt

Thực tế các ion ngày càng tái hợp phát ra năng lợng kích thích dới dạng bức xạ đặc trng của khí hay hơi

Tất nhiên các bức xạ này đơn sắc do khoảng cách giữa các nguyên tử lớn hơn khoảng cách trong môi trờng chất rắn ( hình 2.1 )

- Vùng DE : gọi là chế độ hồ quang

Bắt đầu từ một giá trị nào đó của điện áp VA - VK , ví dụ từ điểm D, catốt trở nên đủ nóng để phát xạ điện tử bằng hiệu ứng nhiệt ion, vào khoảng 900– °, xảy ra hiện tợng thác

điện tử thứ cấp và đợc chấn lu ổn định ở điểm M, kết quả là sinh ra hồ quang trong bóng đèn

Để cho phép làm việc ở catốt phát xạ nóng, catốt phải đợc chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt nh vonfram và đợc phủ các chất dễ phát xạ điện tử nh các ôxit kiềm thổ

Chất này có thể đợc đốt nóng trớc bằng một dòng điện khác với dòng phóng điện Vai trò của anốt ít quan trọng vì nguồn cung cấp nói chung là xoay chiều nên hai điện cực giống nhau

Thực nghiệm cho thấy, muốn đạt đợc phóng điện tạo ra ánh sáng cần :

- Tạo điện áp đủ lớn giữa hai điện cực để châm đèn ( mồi đèn )

- Giảm điện áp để giữ ánh sáng ổn định

c.- Chấn lu

c.1.- Vai trò của chấn lu điện cảm

Theo quan điểm hiệu suất việc ổn định chế độ hồ quang bằng chấn lu điện trở là không tốt Ngời ta sử dụng một điện kháng quấn trên lõi có từ tán, tuỳ trờng hợp có thêm một tụ điện

để nâng cao hệ số công suất

Chấn lu điện cảm cũng cho phép san bằng dạng sóng dòng điện Dòng điện không còn hình sin nữa, ống phóng điện không thể đợc coi nh một phần tử tuyến tính

Hình 2.12 nêu lên các dạng sóng dòng điện và điện áp trên các cực của ống phóng

điện trong trờng hợp ổn định bằng điện trở ( a ), bằng cảm kháng ( b ) và tổ hợp cảm kháng và

tụ điện ( c ) sao cho sóng cơ bản dòng điện vợt tróc điện áp ( sơ đồ bù quá ).“ “

Hình 2.12.

c.2.- Các hạn chế của chấn lu hiện nay

Cần phải lu ý rằng chấn lu sẽ luôn có tổn hao do hiệu ứng Joule, cần phải cung cấp thêm công suất tiêu thụ trong đèn Tiếc rằng không thể thay thế chấn lu bằng tụ điện không tiêu thụ năng lợng ở tần số 50 Hz

Thực ra nếu ta coi dạng sóng điện áp hồ quang là một hàm dạng chữ nhật, khi điện áp này trở về nhanh chóng thì điện áp trên cực tụ điện nhảy vọt và dòng điện có dạng xung Ng ợc lại với hệ số công suất từ 0,4 đến 0,5 nếu chỉ có chấn lu cần phải nâng hệ số công suất lên để các điều kiện điện áp nguồn tốt hơn Tụ điện mắc nối tiếp với chấn lu hoặc mắc song song với

bộ đèn chấn l– u phải cho phép đạt đợc hệ số công suất 0,85

Về mọi phơng diện không thể đa cosϕ bằng một vì công suất tác dụng chỉ tính bằng tích số của trị số hiệu dụng điện áp sin với trị số hiệu dụng của điều hoà bậc một của dòng điện, trong khi công suất biểu kiến lấy giá trị hiệu dụng của dòng điện, xét tất cả các điều hoà

Hình 2.13 cho ví dụ hệ số công suất đối với đèn 40W-220V

Các đặc trng cơ bản của chấn lu ( ballast ) điện tử :

- Tiết kiệm 60% năng lợng so với chấn lu thông thờng

- Bật sáng tức thì, không gây ồn

- Bảo vệ mắt

- Chất lợng cao, tuổi thọ dài

- An toàn và thuận tiện khi sử dụng

- Hoạt động ở dảI điện áp rộng ( 160V ữ 240V )

- Tần số làm việc cao từ 25 ữ 30 kHz

Bảng 2.3.- Thông số kỹ thuật của chấn lu điện tử C.ty Bóng đèn Rạng Đông.

tiêu chuẩn kỹ thuật

( W ) Dòng công tác ( A ) cosϕ Hàm lợng sóng hài

( Athd ) Hiệu suất

sử dụng với đèn

đ.1.- Đèn hơi natri áp suất thấp

Đèn có dạng ống, đôi khi ống dạng hình chữ U, trong chứa natri ( khi nguội ở trạng thái giọt ) trong khí neon cho phép mồi ống ( ánh sáng đỏ da cam ) và bay hơi natri - hình 2.14.–

Sau vài phút natri bốc hơi phát bộ đôi vạch ( 589 đến 589,6 nm ) màu vàng da cam rất gần với cực đại nhạy cảm của mắt 555 nm ( hình 1.3 ) với điều kiện áp suất natri thấp vào khoảng 10-3 mmHg

Các đặc trng của đèn :

- Hiệu quả phát sáng có thể đạt tới 190 lm / W , vợt xa các nguồn sáng khác

- Chỉ số màu bằng không do sự toả tia hầu nh là đơn sắc ( vàng da cam ).–

- Tuổi thọ lý thuyết bằng 8000 giờ ( xác định trong các điều kiện già hoá của phòng thí nghiệm, các tuổi thọ cho phép so sánh giữa các loại đèn nhng tuổi thọ sử dụng rất ít )

- Công suất nhỏ : từ 18 ữ 180 W

- Độ chói nhỏ

Vì thế việc sử dụng của nó dành cho các trờng hợp thể hiện màu không quan trọng, khái niệm về số lợng quan trọng hơn chất lợng nh dùng trong chiếu sáng bảo vệ, lối đi, bãi xe, chiếu sáng đô thị

Các tính năng của loại đèn chính cho trong các bảng từ 2.3 đến 2.7

d.2.- Đèn hơi natri áp suất cao

ở nhiệt độ trên 1000° , có áp suất cao natri phát ra các vạch khác trong phổ nhìn thấy

và do đó cho ánh sáng trắng hơn, có màu trắng ấm, nhiệt độ màu từ 2000 đến 2500°K

Hình 2.14.- Bóng đèn phóng điện hơi natri và hơi thuỷ ngân cao áp.

- Hiệu quả ánh sáng có thể đạt tới 120 lm / W

- Chỉ số màu xấu ( IRC ≈ 20 ), nhng bù lại đèn có nhiệt độ màu thấp, dễ chịu ở mức độ rọi thấp ( gần đây đã xuất hiện các loại có IRC ≥ 80 tơng ứng 35 W 1300 lm , 50 W 2300– –lm

- Tuổi thọ lý thuyết là 10.000 giờ

Đợc sử dụng chủ yếu để chiếu sáng ngoài trời trong các vùng dân c nh đờng phố, bến

đỗ xe lớn, một số công trình thể thao

Các tính năng của loại đèn chính cho trong các bảng từ 2.3 đến 2.7

d.3.- Đèn halogen kim loại

Trong hỗn hợp hơi thuỷ ngân và halogen áp suất cao nh iođua natri hoặc tali sự phóng

điện cho phép thu đợc một màu rất trắng từ 4000 đến 6000°K

Các đặc trng của đèn :

- Hiệu quả ánh sáng có thể đạt tới 95 lm / W

- Chỉ số màu chấp nhận đợc vào khoảng từ 60 đến 90

- Tuổi thọ trung bình là 4000 giờ

Công suất có từ 250 đến 2000 W, đèn halogen kim loại đợc sử dụng để chiếu sáng diện tích lớn yêu cầu về thể hiện màu là quan trọng : đó là chiếu sáng các sân thể thao khi tiếp phát truyền hình màu

Loại đèn này có nhợc điểm : giá thành cao, sự giảm nhiệt độ màu trong quá trình sử dụng : sau thời gian từ 500 đến 1000 giờ cần phải thay đèn để giữ vững chất l ợng phóng sự truyền hình màu

Các tính năng của loại đèn chủ yếu hiện nay cho trong bảng 2.4

Bảng 2.4.- Công suất và quang thông các môđun đèn phóng điện 20 / 240 V thông dụng.

Natri áp P w

suất thấp Φ -lm

10 18 1.800

20 35 4.800

20 55 8.000

20 90 13.500

30 135 22.500

30 180 33.000 Natri P w

cao áp Φ -lm

bóng sáng →

13 50 3.300 4.000

13 70 5.800 6.500

20 150 14.000 15.500

* 210 18.000

25 250 25.000 26.000

* 350 14.000

40 400 47.000 48.000

60 1000 120.000 125.000

Halogen P w

Φ -lm

11 35 2.400

22 70 5.000

15 150 11.200

20 250 17.000

30 400 32.500

30 1.000 93.000

2.000 185.000 Bóng

huỳnh P w

quang Φ -lm

Loại cao áp

10 50 2.000 2.000

10 80 3.800 3.850

10 125 6.300 6.500

15 250 13.500 14.000

20 400 23.000 24.000

30 700 42.000

30 1.000 60.000

30 2.000 125.000

ánh sáng P w

hỗn hợp Φ -lm

160 3.150 5.700250 14.000500

3.- Đèn huỳnh quang

Các đèn phóng điện cũng liên quan đến nguyên lý huỳnh quang

a.- Sự huỳnh quang

Một số chất có khả năng phát ra ánh sáng khi chịu một tác động không gây ra nhiệt đó

là hiện tợng huỳnh quang tức là khi có một tia đơn sắc va chạm vào một chất phát quang thì một phần năng lợng của nó đợc biến đổi thành nhiệt trong khí đó phần còn lại xuất hiện dới dạng một phổ liên tục có bớc sóng lớn hơn và sự phân bố phụ thuộc vào bản chất của chất

Hiện tợng huỳnh quang xuất hiện do phản ứng hóa học, phản ứng quang học, phản ứng

điện học trong thực tế th– ờng dùng là phản ứng quang và điện Phổ biến hơn là hiện tợng huỳnh quang lợi dụng phản ứng quang học của những bột tinh thể phát ra ánh sáng dới tác

Màu của ánh sáng quan sát phụ thuộc vào bản chất, vào liều lợng bột huỳnh quang quét trong thành ống cũng nh áp suất trong ống

Hình 2.15 nêu một phổ sơ cấp kích thích trong miền tử ngoại có thể đợc biến đổi thành phổ ánh sáng trắng bằng cách cho qua một lớp halophosphat canxi

Cần chú ý rằng : năng lợng thu nhận lại rất nhỏ vì với một dải chiều rộng đã cho năng lợng đợc xác định dW = h.dν = h.c.λ-2.dλ

Hình 2.15

b.- Đèn hơi thuỷ ngân

Khi phóng điện trong hơi thuỷ ngân có áp suất cao giữa 1 và 10 at trong ánh sáng nhìn thấy có bốn vạch chính ( tơng ứng với các bớc sóng 400, 430, 540 và 560 nm ) Mặc dù cho

ánh sáng trắng song không đảm bảo sự thể hiện màu tốt Ngợc lại có rất nhiều bức xạ tử ngoại

mà ta có thể biến đổi huỳnh quang bằng cách bao quanh ống phóng điện một vỏ hình quả trứng, bên trong có quét một lớp bột huỳnh quang Nh vậy có thể cải thiện chất lợng ánh sáng, nhng về số lợng chất huỳnh quang hấp thụ một phần bức xạ

Các đặc trng của đèn hơi thuỷ ngân ( thuỷ ngân cao áp ) :

- Hiệu suất sáng từ 40 đến 60 lm / W, có thể đến 95 lm / W

- Chỉ số hoàn màu IRC là 50 ở nhiệt độ màu 4000°K và 60 đối với sêri cao cấp ở“ “3300°K

- Tuổi thọ lý thuyết 10.000 giờ

Đèn hơi thuỷ ngân dùng trong chiếu sáng ngoài trời và các cơ sở công nghiệp lớn Mặc

dù xuất hiện trớc loại đèn natri cao áp nhng do sự u việt của đèn natri ( cùng một công suất

nh nhau đèn natri cho ánh sáng vàng cam, phổ của ánh sáng này cho độ nhạy cảm t– ơng đối của mắt ngời là tốt nhất, mặt khác với màu sắc của ánh sáng đó làm cho các loại côn trùng xâm nhập vào đèn bị hạn chế rất nhiều nên giảm đợc công sức vệ sinh đèn theo thời gian sử dụng ) dùng cho chiếu sáng ngoài trời và các đèn ống dùng cho chiếu sáng trong nhà làm cho

đèn hơi thuỷ ngân bị mất dần vị trí

Trong lĩnh vực chiếu sáng công cộng những u điểm của nó vẫn giữ nguyên nh : tính chắc chắn, độ tin cậy và giá thành Đó là loại đèn đang không đợc phát triển

Bảng 2.5.- Cấu tạo và thông số kỹ thuật đèn halogen kim loại cao áp - đèn HPI (/T)