BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ   BỘ MÔN : THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỀ TÀI : KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG GVHD : TS LƯU THẾ VINH SVTH : LƯƠNG XUÂN DUY HỌC PHẦN: 111200604 MSSV: 10244441 Tp.HCM… ngày….tháng .10 năm 2011 MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN A . ÁNH SÁNG , CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN ĐO ÁNH SÁNG 1. Ánh sáng Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (tức là từ khoảng 400nm đến 700 nm). Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím); ánh sáng Mặt Trăng mà chúng ta thấy được gọi là ánh trăng thực tế là ánh sáng do mặt trời chiếu tới mặt trăng phản xạ đi tới mắt người; do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn; do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học. "Ánh sáng lạnh" là ánh sáng có bước sóng tập trung gần vùng quang phổ tím. "Ánh sáng nóng" là ánh sáng có bước sóng nằm gần vùng đỏ. Ánh sáng cóquang phổ trải đều từ đỏ đến tím là ánh sáng trắng; còn ánh sáng có bước sóng tập trung tại vùng quang phổ rất hẹp gọi là "ánh sáng đơn sắc". Môn học nghiên cứu sự lan truyền và các tính chất của ánh sáng trong và giữa các môi trường khác nhau gọi là quang học. Vận tốc trong chân không Trong chân không, các thí nghiệm đã chứng tỏ ánh sáng nói riêng, hay các bức xạ điện từ nói chung, đi với vận tốc không thay đổi, thường được ký hiệu là c = 299.792.458 m/s, thậm chí không phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Hiện tượng này đã thay đổi nhiều quan điểm về cơ học cổ điển của Isaac Newton và thúc đẩy Albert Einstein tìm ra lý thuyết tương đối. năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, với h là hằng số Planck và c là tốc độ ánh sáng trong chân không. Photon không có khối lượng nghỉ, do đó động lượng của hạt photon bằng năng lượng của nó chia cho tốc độ ánh sáng, h/λ. Tính toán trên thu được từ công thức của thuyết tương đối: E2-p2c2 = m02c4 với: E là năng lượng của hạt p là động lượng của hạt m0 là khối lượng nghỉ tương tác với vật chất Với mắt người Độ hấp thụ ánh sáng theo bước sóng của ba tế bào thần kinh hình nón (các đường màu) và của tế bào cảm thụ ánh sáng yếu (đường gạch) ở mắt người Các dao động của điện trường trong ánh sáng tác động mạnh đến các tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người. Có 3 loại tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người, cảm nhận 3 vùng quang phổ khác nhau (tức ba màu sắc khác nhau). Sự kết hợp cùng lúc 3 tín hiệu từ 3 loại tế bào này tạo nên những cảm giác màu sắc phong phú. Để tạo ra hình ảnh màu trên màn hình, người ta cũng sử dụng 3 loại đèn phát sáng ở 3 vùng quang phổ nhạy cảm của người (xem phối màu phát xạ). Tế bào cảm giác màu đỏ và màu lục có phổ hấp thụ rất gần nhau, do vậy mắt người phân biệt được rất nhiều màu nằm giữa màu đỏ và lục (màu vàng, màu da cam, xanh nõn chuối, ). Tế bào cảm giác màu lục và màu lam có phổ hấp thụ nằm xa nhau, nên mắt người phân biệt về các màu xanh không tốt. Trong tiếng Việt, từ "xanh" đôi khi hơi mơ hồ - vừa mang nghĩa xanh lục vừa mang nghĩa xanh lam. Võng mạc người được chia làm 2 lớp (xét về mặt chức năng) gồm lớp tế bào cảm nhận ánh sáng và lớp tế bào dẫn truyền xung thần kinh điện thế. Trong y học, người ta còn phân võng mạc thành 10 lớp theo cấu trúc giải phẫu mô học và hình thái của nó. Về tế bào học, võng mạc người chỉ có 2 loại tế bào: tế bào gậy và tế bào nón. Tế bào gậy có chức năng xác định về cấu trúc, hình thể vật, những hình ảnh trong tối Tế bào nón có chức năng xác định rõ về màu sắc, độ sắc nét Trong đó, tế bào nón lại được phân thành 3 loại, nhận cảm màu sắc ánh sáng tương ứng với 3 vùng quang phổ khác nhau Cường độ sáng theo bước sóng của bức xạ điện từ Mặt Trời ngay ngoài khí quyển Trái Đất Các sinh vật khác con người có thể cảm thụ được nhiều màu hơn (chim 4 màu gốc) hoặc ít màu hơn (bò 2 màu gốc) và ở những vùng quang phổ khác (ong cảm nhận được vùng tử ngoại). Với mắt các sinh vật Hầu hết mắt của các sinh vật nhạy cảm với bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 300 nm đến 1200 nm. Khoảng bước sóng này trùng khớp với vùng phát xạ có cường độ mạnh nhất của Mặt Trời. Như vậy có thể suy luận là việc các loài vật trên Trái Đất đã tiến hoá để thu nhận vùng bức xạ tự nhiên mạnh nhất đem lại lợi thế sinh tồn cho chúng. Không hề ngẫu nhiên mà bước sóng ánh sáng (vùng quang phổ mắt người nhìn được) cũng trùng vào khu vực bức xạ mạnh này. Trong lịch sử khám phá, đã có nhiều lý thuyết để giải thích các hiện tượng tự nhiên liên quan đến ánh sáng. Dưới đây trình bày các lý thuyết quan trọng, theo trình tự lịch sử. Lý thuyết hạt ánh sáng, được Isaac Newton đưa ra, cho rằng dòng ánh sáng là dòng di chuyển của các hạt vật chất. Lý thuyết này giải thích được hiện tượng phản xạ và một số tính chất khác của ánh sáng; tuy nhiên không giải thích được nhiều hiện tượng như giao thoa, nhiễu xạ mang tính chất sóng. Lý thuyết sóng ánh sáng, được Christiaan Huygens đưa ra, cho rằng dòng ánh sáng là sự lan truyền của sóng. Lý thuyết này giải thích được nhiều hiện tượng mang tính chất sóng của ánh sáng như giao thoa, nhiễu xạ; đồng thời giải thích tốt hiện tượng khúc xạ và phản xạ. Lý thuyết sóng và lý thuyết hạt ánh sáng ra đời cùng thời điểm, thế kỷ 17 và đã gây ra cuộc tranh luận lớn giữa hai trường phái. Năm 1817, Thomas Young đề xuất rằng sóng ánh sáng là sóng ngang, chứ không phải sóng dọc. Chúng dao động vuông góc với hướng truyền, chứ không theo hướng truyền, như đối với sóng âm. Sau khi lý thuyết sóng và lý thuyết hạt ra đời, lý thuyết điện từ của James Clerk Maxwell năm 1865, khẳng định lại lần nữa tính chất sóng của ánh sáng. Đặc biệt, lý thuyết này kết nối các hiện tượng quang học với các hiện tượng điện từ học, cho thấy ánh sáng chỉ là một trường hợp riêng của sóng điện từ. Các thí nghiệm sau này về sóng điện từ, như của Heinrich Rudolf Hertz năm 1887, đều khẳng định tính chính xác của lý thuyết của Maxwell. Sau thành công của lý thuyết điện từ, khái niệm rằng ánh sáng lan truyền như các sóng đã được chấp nhận rộng rãi. Các hiểu biết về sóng cơ học, như âm thanh, của cơ học cổ điển, đã dẫn các nhà khoa học đến giả thuyết rằng sóng ánh sáng lan truyền như sóng cơ học trong môi trường giả định ête, tràn ngập khắp vũ trụ, nhưng có độ cứng cao hơn cả kim cương. Cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, nhiều thí nghiệm tìm kiếm sự tồn tại của ête, như thí nghiệm Michelson-Morley, đã thất bại, cùng lúc chúng cho thấy tốc độ ánh sáng là hằng số không phụ thuộc hệ quy chiếu; do đó không thể tồn tại môi trường lan truyền cố định kiểu ête. Thuyết tương đối của Albert Einstein ra đời, 1905, với mục đích ban đầu là giải thích hiện tượng vận tốc ánh sáng không phụ thuộc hệ quy chiếu và sự không tồn tại của môi trường ête, bằng cách thay đổi ràng buộc của cơ học cổ điển. Trong lý thuyết tương đối hẹp, các tiên đề của cơ học được thay đổi, để đảm bảo thông qua các phép biến đổi hệ quy chiếu, vận tốc ánh sáng luôn là hằng số. Lý thuyết này đã giải thích được chuyển động của các vật thể ở tốc độ cao và tiếp tục được mở rộng thành lý thuyết tương đối rộng, trong đó giải thích chuyển động của ánh sáng nói riêng và vật chất nói chung trong không gian bị bóp méo bởi vật chất. Thí nghiệm đo sự bẻ cong đường đi ánh sáng của các ngôi sao khi đi qua gần Mặt Trời, lần đầu vào nhật thực năm 1919, đã khẳng định độ chính xác của lý thuyết tương đối rộng. Lý thuyết lượng tử của ánh sáng nói riêng và vật chất nói chung ra đời khi các thí nghiệm về bức xạ vật đen được giải thích bởi Max Planck và hiệu ứng quang điện được giải thích bởi Albert Einstein đều cần dùng đến giả thuyết rằng ánh sáng là dòng chuyển động của các hạt riêng lẻ, gọi là quang tử (photon). Vì tính chất hạt và tính chất sóng cùng được quan sát ở ánh sáng, và cho mọi vật chất nói chung, lý thuyết lượng tử đi đến kết luận về lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng và vật chất; đúc kết ở công thức de Broglie, 1924, liên hệ giữa động lượng một hạt và bước sóng của nó. 2. Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng Các đơn vị trắc quang trong SI Đại lượng Ký hiệu Đơn vị SI Viết tắt Ghi chú Năng lượng chiếu sáng Qv lumen giây lm·s đơn vị này đôi khi được gọi là Talbot Thông lượng chiếu sáng F lumen (= cd·sr) lm còn gọi là công suất chiếu sáng Cường độ chiếu sáng Iv candela (= lm/sr) cd Độ chói Lv candela / m2 cd/m2 còn gọi là độ sáng Độ rọi Ev lux (= lm/m2 lx Được sử dụng cho ánh sáng tới trên bề mặt Độ phát sáng Mv lux (= lm/m2) lx Được sử dụng cho ánh sáng phát ra từ bề mặt Hệ số chiếu sáng lumen / watt lm/W Tỷ số của thông lượng chiếu sáng với thông lượng bức xạ, tối đa có thể bằng 683 B . CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG,CÁC LOẠI ĐÈN CHIẾU SÁNG 1. Nguồn sáng Nguồn sáng: Có hai loại nguồn sáng, đó là nguồn sáng tự nhiên và nguồn sáng nhân tạo. Nguồn sáng tự nhiên: được phát ra từ những thực thể phát sáng trong tự nhiên như mặt trời, trăng, sao mà chủ yếu là nguồn sáng từ mặt trời. Chúng ta không điều khiển được nguồn sáng tự nhiên nhưng có thể thay đổi, điều tiết ánh sáng từ thiên nhiên bằng cách chọn thời điểm, chọn không gian hay những dụng cụ hỗ trợ để điều chỉnh tính chất và cường độ ánh sáng chiếu tới nơi cần chiếu sáng. Nguồn sáng nhân tạo là các loại đèn do con người tạo ra, từ các loại thô sơ nhất là nguồn sáng của lửa đốt như đuốc, nến, đèn dầu cho tới các loại đèn hiện đại. Với nguồn sáng nhân tạo, ta có thể chủ động bố trí, điều chỉnh được. Ở bài viết này, chúng tôi chỉ đề cập tới nguồn sáng nhân tạo và chiếu sáng nhân tạo 2. Các loại đèn chiếu sang Đèn sợi đốt thường được cho là kém hiệu quả về mặt sử dụng năng lượng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, việc thay thế chúng bằng các bóng đèn hùynh quang com-pắc làchưakhảthi . Đèn sợi đốt halogen được đánh giá cao hơn về mặt hiệu suất phát sáng và tuổi thọ. Chủng lọai đèn này kế thừa tất cả các đặc điểm của đèn sợi đốt truyền thống như: bật sáng tức thì, phù hợp với các bộ điều chỉnh độ sáng (dimmer) thông dụng, không chứa thủy ngân, Dưới đây là các so sánh về 2 chủng loại đèn này, sử dụng các thông số đèn của nhà sản xuất bóng đèn Osram. ĐÈN SỢI ĐỐT Đèn sợi đốt thường CLAS A CL 75 Công suất: 75 W Điện áp: 240 V Tuổi thọ: 1000 giờ Độ sáng: 925 lm => hiệu suất phát sáng: 12.3 lm/W Đèn sợi đốt halogen 64547 A ECO Công suất: 70 W Điện áp: 240 V Tuổi thọ: 2000 giờ Độ sáng: 1200 lm => hiệu suất phát sáng: 17.1 lm/W Có thể thấy rằng đèn sợi đốt halogen có hiệu suất cao hơn 40% và tuổi thọ cao gấp đôi so với đèn sợi đốt truyền thống. Đèn sợi đốt halogen (với bóng tungsten halogen nằm bên trong bầu thủy tinh truyền thống) có thể là một lựa chọn tốt để thay thế các bóng đèn sợi đốt kém hiệu quả. LED [...]... tưởng để chiếu sáng trong nhà tại những nơi diện tích rộng như nhà máy, kho hàng, trường đấu và phố buôn bán Nó cũng lý tưởng cho chiếu sáng ngoài trời và tiềm tàng cho ứng dụng chiếu sáng kiến trúc và an ninh Bóng đèn sulphur có thể điều chỉnh độ sáng về đến mức 30% cung cấp ánh sáng có nhiệt độ màu đến 6.000 Kelvin với CRI = 80 Do không có dây tóc nên loại bóng này không thay đổi màu và cường độ sáng. .. trong kĩ thuật huỳnh quang, chiếu sáng đơn sắc, và trong các lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng như kĩ thuật quét laser đồng tiêu, phản xạ nội toàn phần, truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang, và kính hiển vi nhân quang Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ khoa học kỹ thuật như hiện nay, hi vọng trong tương tai sẽ có ngày càng nhiều những phát minh, tìm tòi trong lĩnh vực chiếu sáng tạo... nóng đỏ lên sẽ phát sáng Vấn đề lớn nhất là cùng với việc chiếu sáng, đèn halogen còn tạo ra nhiệt lượng dư thừa lớn, gây lãng phí năng lượng Một vấn đề nữa là sự phản ứng của bóng đèn halogen với các chất Ví dụ, khi thay bóng đèn hỏng, bạn không được sờ vào bầu thuỷ tinh Muối trong mồ hôi tay sẽ làm giảm tuổi thọ bóng đèn Tuy vậy, đèn halogen có khá nhiều ưu điểm: chúng chiếu sáng hơn - chủ yếu nhờ... dụng cụ phẫu thuật Ánh sáng đỏ quen thuộc của laser helium-neon (thường viết tắt là He-Ne) được dùng để quét mã vạch hàng hóa, nhưng cũng đóng vai trò quan trọng trong nhiều hệ thống hiển vi quét laser đồng tiêu Ứng dụng laser trong kính hiển vi quang học cũng ngày càng trở nên quan trọng, vừa là nguồn sáng duy nhất, vừa là nguồn sáng kết hợp với các nguồn sáng huỳnh quang và/hoặc nguồn nóng sáng Mặc dù... CRI tương đối thấp, có nghĩa là màu sắc họ chiếu sáng xuất hiện đáng kể khác nhau hơn là dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng cao CRI khác Khí Màu Spectrum Ghi chú Hình ảnh Trắng cam , theo một số điều kiện có thể là màu Helium xám, màu xanh, hoặc màu xanh lá câyxanh Được sử dụng bởi các nghệ sĩ cho ánh sáng mục đích đặc biệt Neon Màu đỏ cam Intense ánh sáng Sử dụng thường xuyên trong các dấu hiệu... không chỉ nhằm phục vụ cho mục đích thắp sáng thông thường mà còn phục vụ cho thắp sáng trang trí, nghệ thuật C NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐÈN Chiếc bóng đèn sợi đốt, đèn sợi đốt hay gọi ngắn gọn hơn là bóng đèn tròn là một loại bóng đèn dùng để chiếu sáng, dây tóc là bộ phận chính để phát ra ánh sang, thông qua vỏ thủy tinh trong suốt Các dây tóc - bộ phận phát sáng chính của đèn được bảo vệ bên ngoài... không cao Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra Ứng dụng Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phátánh sáng trắng LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng... ánh sáng của đầu ra thấp hơn nhiều đã được tạo ra, mở rộng các ứng dụng của ánh sáng xuất viện về nhà hoặc sử dụng trong nhà Màu Mỗi khí, tùy thuộc vào cơ cấu nguyên tử phát ra bước sóng nhất định, có thể dịch các màu sắc khác nhau của đèn Như một cách để đánh giá khả năng của một nguồn ánh sáng để tạo lại màu sắc của các đối tượng khác nhau đang được thắp sáng bởi nguồn , các Ủy ban quốc tế về sáng. .. màu của các vật mà chúng chiếu sáng ĐÈN LASER Một nguồn phát ánh sáng khả kiến nữa đang có tầm quan trọng ngày càng cao trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, đó là laser Laser là tên viết tắt từ Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation (Khuếch đại ánh sáng bằng sự phát bức xạ cưỡng bức) Một trong những đặc điểm vô song của laser là chúng phát ra chùm ánh sáng liên tục gồm một bước... thường được gọi là đèn cao áp, dùng để chiếu sang BÓNG ĐÈN NATRI Đây là một trong các bóng đèn phóng điện Áng sáng phát ra do bức xạ của hơi natri LPS là loại bóng đèn hiệu suất cao nhất hiện nay có giá trị đến 200 lm/W Bởi vì ánh sáng của đèn là màu vàng đơn sắc nên chỉ dùng chúng ở những chỗ không cần đến sự phân biệt màu sắc Thông thường chúng dùng để chiếu sáng đường BÓNG ĐÈN METAL HALIDE Đây là . thông lượng chiếu sáng với thông lượng bức xạ, tối đa có thể bằng 683 B . CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG,CÁC LOẠI ĐÈN CHIẾU SÁNG 1. Nguồn sáng Nguồn sáng: Có hai loại nguồn sáng, đó là nguồn sáng tự nhiên. chú Năng lượng chiếu sáng Qv lumen giây lm·s đơn vị này đôi khi được gọi là Talbot Thông lượng chiếu sáng F lumen (= cd·sr) lm còn gọi là công suất chiếu sáng Cường độ chiếu sáng Iv candela. HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ   BỘ MÔN : THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỀ TÀI : KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG GVHD : TS LƯU THẾ VINH SVTH : LƯƠNG XUÂN DUY HỌC PHẦN: 111200604 MSSV: