chơng - khái niệm 1.1.- Bức xạ, ánh sáng màu sắc 1.- Khái niệm xạ Mọi vật thể nhiệt độ lớn không độ tuyệt đối ( 0K ) không ngừng xạ lợng vào không gian chung quanh dới dạng sóng điện từ Bức xạ điện từ tợng lan truyền đồng thời theo đờng thẳng điện trờng ( biểu diễn vectơ cờng độ điện trờng E ) từ trờng ( biểu diễn vectơ từ cảm B ) Các trờng có tính chất sau : - Sự phân bố trờng theo phơng truyền, ký hiệu x xoay chiều hình sin, có bớc sóng tiến hành hai mặt phẳng vuông góc cho x , E , B tạo nên tam diện thuận - Các biên độ trờng điểm tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm đến nguồn phát - Sự phân bố trờng điện từ xa nguồn có biên độ suy giảm, có vận tốc phụ thuộc vào môi trờng truyền sóng, gọi vận tốc truyền hay vận tốc pha ; điểm cho không gian trờng điện từ có tần số dao động Một nguồn xạ ( ví dụ mặt trời ) phát vô số xạ : - Số phơng xung quanh nguồn vô hạn - Với phơng x có vô số mặt phẳng chứa E B - Trong cặp mặt phẳng chứa E B có vô số sóng điện từ gọi sóng phẳng có bớc sóng Trờng hợp đơn giản : sóng điện từ phẳng, bớc sóng , lan truyền chân không ( không khí ) Trong trờng hợp hai trờng biến thiên pha với vận tốc truyền C = 3.108 m/s Một cách tự nhiên suy : C = Hình 1.1 minh hoạ phân bố điện trờng từ trờng thời điểm cho hai vị trí phơng truyền sóng phẳng chân không không khí Đó sóng có bớc sóng thay đổi phạm vi rộng, từ 10-10m đến ữ km Nh lợng điện từ đợc truyền tải quan hệ với tích vectơ E B thể lợng tử hữu hạn tuân theo định luật học lợng tử Các sóng mang theo hạt lợng cực nhỏ, gọi Photon lợng : W = h. : h - số Planck h = 6,6 10 -34 J/Hz Hình 1.1.- Sự phân bố điện trờng từ trờng sóng phẳng Có thể chia bớc sóng sóng điện từ thành phạm vi nh sau : Từ Từ Từ Từ Từ Từ Từ Từ 3000 m đến 10 m 10 m đến 0,5 m 500 mm đến 1,0 mm 1000 àm đến 0,78 àm 780 nm đến 380 nm 380 nm đến 10 nm 100 A đến 0,01 A 0,01 A đến 0,001 A Sóng radio Sóng TV , FM Sóng rada Tia hồng ngoại ánh sáng Tia cực tím Tia X Tia , tia vũ trụ àm = 10-6 m ; nm = 10-9 m ; A = 10-10 m 2.- Khái niệm ánh sáng ánh sáng sóng điện từ có bớc sóng nằm khoảng 380 nm đến 780 nm ánh sáng đợc chia thành : ánh sáng đơn sắc ánh sáng phức hợp Hay nói cách khác xạ phạm vi bớc sóng hẹp từ 380 nm đến 780 nm ( nanomet = 10 -9 m ) gây mắt ( mắt - não ng ời ) cảm giác sáng đợc gọi ánh sáng Hình 1.2.- Dải phổ sóng điện từ ánh sáng gồm tổng hữu hạn tia sáng có bớc sóng khác quan sát thấy phổ vạch theo giá trị khác ứng với màu đơn sắc gọi ánh sáng đơn sắc , có màu khiết Hay ánh sáng đơn sắc sóng điện từ chứa bớc sóng xác định Thực tế coi xạ có dải tần hẹp ánh sáng đơn sắc Ví dụ : Laser nguồn xạ ánh sáng đơn sắc nhân tạo Nếu ánh sáng pha trộn liên tục ( hỗn hợp liên tục ) tất bớc sóng ( phạm vi từ 780 nm đến 380 nm ) với liều lợng khác nhau, có phổ ánh sáng liên tục chuyển từ màu sang màu khác Sự pha trộn tất màu tự nhiên tạo nên ánh sáng không màu hay gọi ánh sáng trắng Nh ánh sáng trắng hay ánh sáng phức hợp tập hợp nhiều ánh sáng đơn sắc Đặc trng cho ánh sáng đơn sắc phân bố lợng theo tần số ( đặc tính phổ ánh sáng ) Trong thiên nhiên chủ yếu ánh sáng phức hợp Trên hình 1.1a biểu diễn phổ bốn nguồn sáng trắng khác : đèn nung sáng (A), ánh sáng ban ngày trời (B) trời đầy mây (C), ánh sáng đèn Xênon (W) ánh sáng W có đặc điểm lợng toàn phạm vi bớc sóng ánh sáng Phổ ánh sáng không liên tục hay gọi phổ vạch, ví dụ nh ánh sáng loại đèn phóng điện ( hình 1.3.b ) Hình 1.3.- Phổ ánh sáng a.- Phổ liên tục ( ánh sáng trắng ) ; b.- Phổ vạch ( đèn phóng điện MEF , MAZDA ) A.- Của đèn nung sáng ; B.- ánh sáng ban ngày trời ; C.- ánh sáng ban ngày trời đầy mây ; W.- Của đèn Xenon a) b) 3.- Khái niệm màu sắc Màu sắc thực chất ánh sáng có bớc sóng khác cảm nhận mắt ngời với phổ tần khác cho ta cảm giác màu sắc ( hình 1.4) Chúng ta xem xét màu sắc khác nguồn sáng cho ánh sáng chiếu qua lăng kính thuỷ tinh thạch anh theo thí nghiệm tiếng Newton, tơng tự nh tợng cầu vồng ta thờng thấy ánh sáng mặt trời bị khúc xạ qua đám ma - lăng kính tự nhiên.Với bớc sóng lăng kính thể nh vật liệu có chiết suất khác xạ đơn sắc bị lệch lệch nhiều bớc sóng nhỏ Hình 1.4.- Dải phổ màu sắc Màu sắc vừa mang tính chất chủ quan ( cảm nhận mắt ngời - yếu tố sinh lý ) vừa mang tính khách quan ( phổ phân bố lợng màu sắc yếu tố vật lý ) Mắt có vai trò nh hệ thống quang điện, nh tế bào quang điện Cụ thể mắt thiết bị thu nhận ánh sáng theo dải hẹp phạm vi 780 nm đến 380 nm ánh sáng kích thích lên võng mạc, gây xung dòng điện tế bào nhạy cảm với ánh sáng, xung có biên độ không đổi nhng có tần số lặp lại, xung truyền theo dây thần kinh thị giác đa đến não Quá trình gia công xung thực tế bào trung gian, trình giải mã thực não Nh mắt ngời thu nhận ánh sáng dải hẹp cho ta cảm giác màu sắc khác chuyển đổi vô tinh tế từ màu đỏ sang màu tím, mà khó định xác bớc sóng giới hạn chúng Xin dẫn dới bảng chia giới hạn màu CIE ( commission Internationale de lEleclairage Uỷ ban quốc tế chiếu sáng ), ghi rõ b ớc sóng giới hạn bớc sóng cực đại màu , nm Màu max , nm 380 Cực tím 439 Tím 412 498 Lam 470 568 Lục 515 592 631 780 Vàng Cam Đỏ Hồng 577 600 673 ngoại 1.2.- đặc điểm Mắt ngời cảm thụ ánh sáng, màu sắc 1.- Cấu tạo hệ thống thị giác Khó khăn chủ yếu việc chiếu sáng làm trở ngại việc nghiên cứu trực tiếp định luật vật lý tổng quát chỗ mắt Đây công cụ thu ấn tợng thị giác biến đổi theo quy luật không tuyến tính biến thiên theo thời gian ấn tợng quang học thành tín hiệu có nguồn gốc điện phép óc tái tạo lại tợng gọi thị giác Do vậy, đứng trớc chênh lệch lớn khả mắt liên quan đến tuổi tác khuyết tật mắt cần lu ý mắt quốc tế nh C.I.E định nghĩa vào năm 1924, ngời quan sát quy chiếu trung bình dới 30 tuổi Hệ thống thị giác quan thu nhận tin tức trông thấy từ giới bên nh kích thứơc, hình dáng, màu sắc vật không gian Hệ thống thị giác gồm có mắt hệ thống thần kinh thị giác Mắt ngời quan cảm thụ ánh sáng có khả chuyển đổi không tuyến tính thay đổi theo thời gian kích thích quang học thành tín hiệu điện để truyền lên não tạo nên tợng gọi : nhìn Trên hình 1.5 giới thiệu mắt bổ dọc Hình 1.5.- Cấu tạo mắt ngời Mắt bao gồm : giác mạc, thuỷ tinh thể, thuỷ tinh dịch, võng mạc Phần lớn ánh sáng đợc hội tụ điểm vàng võng mạc, nơi mật độ tế bào thần kinh thị giác lớn Võng mạc tập trung hàng triệu tế bào cảm quang ( receptors ) gồm có : tế bào hình que (rods) nhạy cảm với ánh sáng cờng độ yếu, tế bào hình nón (cones) nhạy cảm với ánh sáng cờng độ mạnh phân biệt mằu sắc ánh sáng Hình 1.6.- Góc độ tính từ điểm vàng Nếu ví mắt ngời nh máy ảnh máy ảnh tự động tinh vi xác Nó tự động điều chỉnh độ cong thuỷ tinh thể ( tơng ứng với thay đổi kinh quang học có tiêu cự khác ) để hình ảnh xa gần khác rơi võng mạc ( hình 1.6 ) Những máy ảnh đại cố gắng bắt chớc tự động điều chỉnh này, nhng thực đợc cách thay đổi vị trí thấu kính nhờ điều chỉnh học Hiện tợng vừa nêu gọi tợng điều tiết mắt 2.- Đặc điểm mắt ngời a.- Khả cảm quang Mắt ngời nhận đợc ánh sáng chiếu tới có cờng độ yếu, mắt ngời có khả phân biệt đợc màu sắc vật thể b.- Khả phân biệt hai độ chói khác thấp Khi đặt hai vật thể có độ chói khác gần mắt ng ời hoàn toàn phân biệt đợc ( đặc biệt mắt ngời phân biệt độ chói tốt phân biệt màu sắc tín hiệu hình nhiều lần, điều cần đặc biệt ý truyền hình màu ) c.- Khả phân tích tốt Mắt ngời phân biệt đợc chi tiết ảnh nhỏ rút ngắn khoảng cách chúng Góc nhìn ảnh nhỏ mà mắt ngời phân biệt đợc đến 1,5 d.- Sự lu ảnh Khi mắt ngời nhìn vào vật hình ảnh vật ảnh lu lại võng mạc sau chấm dứt (1/24)s Đó tợng lu ảnh võng mạc hay gọi quán tính mắt 3.- Sự nhìn ( giải mã hình ảnh ) phía sau mắt, võng mạc đợc bao phủ tế bào thần kinh ( tế bào quang điện ) đợc liên hệ với não qua dây thần kinh thị giác Nhờ vậy, tín hiệu thần kinh ( điện ) đợc truyền lên não tơng thích với kích thích thị giác ( tín hiệu thần kinh ăn nhịp với ánh sáng kích thích vào ) Có hai loại tế bào thần kinh thị giác : loại hình nón loại hình que , với độ nhạy cảm ánh sáng khác Chúng phân bố không Cụ thể : Tế bào hình nón có khoảng triệu tế bào, tập trung phần giữa, quanh hố trung tâm võng mạc, phản ứng với ánh sáng mạnh, hầu nh không phản ứng ánh sáng yếu cho phép cảm thụ màu sắc Sự nhìn sử dụng tế bào hình nón gọi nhìn ban ngày hay nhìn trung tâm Tế bào hình que có số lợng nhiều ( khoảng 120 triệu ), nằm phần lại võng mạc ( vùng chung quanh ), có lẫn lộn số tế bào hình nón Ngợc lại với tế bào hình nón, tế bào hình que cảm thụ đợc ánh sáng thấp ( nh lúc hoàng hôn, dới ánh sáng trăng ) không cho cảm giác màu sắc ( lúc hoàng hôn ta nhìn thấy nhà cửa màu xám ), chúng truyền tri giác đen trắng Sự nhìn tế bào hình que gọi nhìn ban đêm hay nhìn ngoại vi Tất nhiên ranh giới rõ rệt vận động hai loại tế bào Chúng làm việc nhiều hay tuỳ theo mức chiếu sáng miền thị giác miền trung gian thị giác ban ngày thị giác ban đêm Trong bảng 1.1 tóm tắt đặc điểm cảm thụ ánh sáng mắt ngời Bảng 1.1.- Đặc điểm cảm thụ ánh sáng mắt ngời Đặc điểm sinh lý Tế bào cảm quang Mức độ chói để tế bào làm việc bình thờng Độ nhạy cảm theo phổ ánh sáng Cảm thụ màu Phân biệt chi tiết Nhìn ban ngày ( trung tâm ) Hình nón Cao ( từ 10 đến 500 cd / cm2 ) Cực đại vàng lục ( = 555 nm ) giảm dần đến tím đỏ Tốt Tốt Nhìn ban đêm ( ngoại biên ) Hình que Thấp ( dới 10 cd / cm2 ) Cực đại xanh lục ( = 510 nm ) giảm dần đến tím cam Không Kém Đặc biệt quan trọng võng mạc điểm nhỏ cạnh trục nhìn, có đờng kính khoảng mm ( tơng ứng với góc nhìn ) gọi điểm vàng Giữa điểm vàng có hố trung tâm, kích thớc tơng ứng với góc nhìn ( đủ nhìn nhà năm tầng cao 15 m xa km ) Tại tế bào cảm quang nằm dày đặc hình ảnh rơi vào rõ nét Cũng vậy, ta nhìn thấy phạm vi góc nhìn đến 50 ữ 60 ( so với trục nhìn, xem mục 1.2.e ), nhng muốn nhìn rõ nét vất ta phải quay đầu để đa hình ảnh vào hố trung tâm võng mạc Khi chuyển từ nhìn ban đêm ( tế bào hình que ) sang nhìn ban ngày ( tế bào hình nón ) ngợc lại, cảm giác sáng không xảy tức thời mà phải qua thời gian Đó t ợng thích ứng mắt Gọi thích ứng sáng chuyển từ tối sang sáng thích ứng tối chuyển từ sáng sang tối Sự thích ứng sáng xảy nhanh thích ứng tối chúng có ý nghĩa thiết kế chiếu sáng tự nhiên nhân tạo (sẽ đợc đề cập phía sau) 4.- Sự nhìn màu M.V.Lomonoxov ngời ( năm 1756 ) nói mắt ngời có ba loại tế bào cảm thụ màu ánh sáng : loại trội với màu đỏ, loại trội với màu lục loại trội với màu xanh trời ( hình 1.7 ) Từ ông đa thuyết ba màu mắt Với tiến khoa học y học, ngày xác nhận lý thuyết nhng có khác chút : Tế bào thứ ba trội với màu lam Ngoài ng ời ta phát thêm loại thứ t nhạy cảm với ba màu, nhờ mà ta có cảm giác độ chói Tuỳ theo tơng quan cảm giác ba loại tế bào với ánh sáng mà cảm nhận đợc màu sắc vật Nếu ánh sáng tới mắt ánh sáng đỏ ( hay ánh sáng lục, xanh ) chủ yếu tế bào đỏ ( hay lục, xanh ) phản ứng Nếu ánh sáng tới mắt ánh sáng tổng hợp ba loại tế bào phản ứng tuỳ theo tơng quan chúng mà ta có cảm giác màu sắc tới mắt : phản ứng ba loại tế bào cảm quang không đều, ta có cảm giác màu có sắc, phản ứng chúng nhau, ta cảm giác màu vô sắc Hình 1.7.- Đặc tuyến độ nhạy mắt ngời với màu R, G, B Một chứng lý thuyết ba màu bệnh mù màu sắc số ngời Có số ngời không cảm thụ đợc màu đỏ, số khác màu lục loại thứ ba màu xanh Lúc cảm giác màu sắc họ giới xung quanh hoàn toàn đảo lộn so với ngời bình thờng Màu sắc : Theo chất vật lý màu sắc khái niệm đồng Tất màu gặp tự nhiên chia làm hai nhóm : màu vô sắc màu có sắc Màu vô sắc ( couleur achromatique ) : nh màu đen, trắng xám ( đen trắng ) Chúng phổ ánh sáng mặt trời, nên gọi chúng không màu Màu có sắc ( couleur chromatique ) : tất màu có phổ ánh sáng, màu pha trộn chúng ( trừ số trờng hợp ngoại lệ ) màu tía màu pha trộn đỏ tím với tỷ lệ khác ( nh màu hoa cà, anh đào ) Các màu tía phổ ánh sáng vạch nối màu đỏ màu tím 5.- Tác động tâm lý màu sắc Khi cảm thụ màu sắc, đồng thời chịu tác động mặt tâm lý Các tác động tâm lý màu sắc lên ngời cha đợc lý giải thật rõ ràng có nhiều cố gằng giải thích mặt vật lý, theo y học theo sinh học Nhiều ý kiến cho tác động màu sắc lên tâm lý ngời chủ yếu liên tởng họ Ví dụ : màu da cam làm ta liên tởng đến lửa gây cảm giác nóng Cạnh nó, màu đỏ, vàng, vàng lục thuộc loại nóng Màu xanh trời nhắc ta nhớ đến bầu trời, biển khơi, băng giá, kim loại cho ta cảm giác lạnh Các màu lân cận nh lục, lam, tím thuộc loại màu lạnh Do nơi sinh nhiều nhiệt, phòng nóng dùng màu lạnh ta có cảm giác nh giảm bớt đợc nóng Màu nhẹ màu sáng, màu bầu trời Màu nặng 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 màu vàng giữ nguyên vị trí Cảm giác thích nghi ngời nhiều quen thuộc với thiên nhiên xung quanh Ví dụ : tỷ lệ độ chói thiên nhiên quen thuộc đến mức coi hợp lý : bên màu nhẹ, sáng, bên dới màu nặng, tối Nếu đảo ngợc lại, ví dụ : sơn trần nhà màu đỏ đất ta có cảm giác bị đè nặng Một số tác giả cho tác động kích thích tạo yên tĩnh màu sắc có liên quan đến bớc sóng tần số Các màu đoạn phổ sóng ngắn nh tím, lam gây tác động yên tĩnh ; màu đoạn sóng dài có tác dụng kích thích nh màu đỏ, cam, vàng Do nhanh chóng gây cho ta mệt mỏi Đoạn màu sóng trung nh lục, vàng lục, xanh trời đợc coi màu cân tâm sinh lý , có tác động tốt đến tâm trạng ng ời làm nâng cao khả lao động Hoặc cho thích ứng mắt ngời trình tiến hoá hàng triệu năm ánh sáng mặt trời ánh sáng giầu bớc sóng đoạn sóng trung Chúng ta để ý thấy màu đậm ( độ bão hoà lớn ) tác động lên ngời mạnh Một số nhà y học tìm nguyên nhân tác động tâm lý màu sắc qua biến chuyển sinh lý quan thể Nh : Màu đỏ gây nâng cao áp suất máu làm tăng nhịp thở mà có tác động kích thích gây nên phản ứng mạnh, làm căng thẳng bắp, kích động thần kinh, làm cho 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 đợc coi màu có ảnh hởng tốt đến hệ thống tiêu hoá Màu vàng giống nh màu đỏ màu cam có tác động kích thích Một số nhà y học cho màu vàng kích thích khả làm việc trí óc Màu lục xanh trời gây cảm giác tơi mát, làm dịu kích động, tạo cảm giác bình yên màu xanh trời tạo điều kiện tốt cho nghỉ ngơi yên tĩnh, cho giấc ngủ Ng ợc với màu đỏ, màu lục xanh hạ thấp áp suất máu mạt khác màu lục có tác dụng ghép ng ời vào kỷ luật, bắt ngời nghiêm khắc tự kiểm tra Màu tím, gây cảm giác lạnh gây buồn nên tạo tâm lý thụ động Màu nâu làm cho ngời cảm thấy yên tĩnh nên gây buồn bã, đình trệ, ru ngủ ngời làm giảm xúc động Màu đen xám đen phần lớn gây ấn tợng nặng nề Tuy nhiên sử dụng màu đen với số lợng nhỏ theo quy luật tơng phản làm tăng độ chói, tăng tác động màu đứng bên cạnh Trắng tinh trắng xám thờng gây ấn tợng lạnh lùng trống rỗng Tuy nhiên chúng lại tốt cho bề mặt màu Lúc độ chói màu đặt bị giảm nhiều hiệu tơng phản Các màu nóng làm liên tởng tới ánh sáng, màu lạnh ( xanh trời, lam, tím ) gây cảm giác tối Nh phòng bị thiếu ánh sáng bù đắp cách sơn màu sáng nh màu vàng sáng, vàng anh Ngợc lại phòng thừa ánh sáng làm cho mắt mệt mỏi khắc phục cách sơn màu lạnh Màu sắc cho ta cảm giác trọng lợng Các vật sơn màu nóng, đậm cho ta cảm giác nặng sơn màu lạnh, sáng Màu sắc kết hợp với ánh sáng tạo cảm giác thời gian Khi phòng đợc chiếu sáng ánh sáng khuếch tán, phản xạ từ trần tạo cho ta cảm giác buổi tra ảm đạm Khi dùng màu nóng mạnh, chiếu sáng nghiêng chéo từ xuống tạo thành bóng rõ rệt vật cho ta cảm giác buổi chiều mùa hè, Trong nhà công nghiệp việc sử dụng màu sắc hợp lý có ý nghĩa quan trọng để đảm bảo an toàn lao động cho ngời công nhân làm tăng suất lao động Trong tín hiệu tác động lên ngời màu sắc ( ánh sáng ) tín hiệu tác động nhanh nhất, rút ngắn giải thích dài dòng lời nh phơng hớng, báo trớc nguy hiểm v.v Tác động màu sắc lên ngời phức tạp ngời, lứa tuổi nh Thậm chí với ngời, tuỳ theo trạng thái tâm sinh lý thay đổi, tác động màu sắc thay đổi không ổn định Bảng 1.2.- Tác động tâm sinh lý màu sắc phụ thuộc vào vị trí mặt màu Thực nghiệm tổng kết số tác động tâm sinh lý màu sắc tới ngời đợc giới thiệu bảng 1.2 Còn tác động lại phụ thuộc vào vị trí mặt màu đ ợc giới thiệu bảng 1.3 Bảng 1.3.- Tác động tâm sinh lý màu sắc lên ngời 6.- Độ nhạy cảm theo phổ ánh sáng Độ nhạy cảm ánh sáng mắt ngời phổ ánh sáng không bớc sóng khác Thực tế bào hình nón nhạy cảm với xạ gồm 380 nm chúng bắt đầu có cảm giác 780 nm chúng cảm giác, có tồn bớc sóng nhạy cảm ánh sáng cực đại theo định lý Rolle.Trong ánh sáng ban ngày, mắt nhạy cảm với tia vàng lục ( bớc sóng = 555 nm ) giảm dần hai phía tím đỏ Trong ánh sáng ban đêm hay hoàng hôn độ nhạy cảm lớn mắt ngời lại tia xanh lục ( bớc sóng = 510 nm ) giảm dần đến tím cam Điều đợc giải thích khúc xạ tia sáng qua mắt : tia có bớc sóng thấp ( xanh da trời ) bị lệch nhiều hội tụ trớc võng mạc tia màu đỏ lại hội tụ sau võng mạc ( xem hình 1.8 ) Các tia sáng có bớc sóng vào khoảng 550 nm tạo nên hình ảnh rõ nét võng mạc, lợng xạ tạo nên cảm giác sinh động Hiện tợng đợc gọi hiệu ứng Purkinje ( tên nhà nghiên cứu ngời Czech ) CIE - Uỷ ban quốc tế chiếu sáng đề nghị dùng Độ nhạy cảm tơng đối dới dạng hàm số V để đánh giá thay đổi độ nhạy cảm ánh sáng mắt ( so với độ nhạy cảm tia vàng lục ) Trên hình 1.9 biểu diễn đồ thị độ nhạy cảm tơng đối V Hình 1.8.- Sự khúc xạ tia sáng qua mắt Hình 1.9.- Độ nhạy cảm tơng đối mắt ngời 1.- Dới ánh sáng ban ngày ; 2.- Ban đêm, hoàng hôn Quan hệ thể lọc mắt, sau định nghĩa đại lợng quang học mà hệ thống đại lợng vật lý kinh điển cha nêu đầy đủ Trên hình 3.4 giới thiệu số kiểu đèn chiếu sáng đờng phố ngoại thất Các hãng sản xuất đèn lớn giới ngày cho đời nhiều kiểu dạng đèn khác cho phép ngời thiết kế có khả lạ chọn lớn Thông số quang học quan trọng đèn biểu đồ phân bố cờng độ sáng đèn Theo phân bố không gian, ngời ta chia thành ba kiểu đèn chiếu sáng đờng phố ( hình 3.5 bảng 3.2 ) : Kiểu che hoàn toàn ( gọi chụp sâu ) Kiểu nửa che ( gọi chụp vừa ) Kiểu không che ( gọi chụp rộng ) Tính đồng độ chói theo chiều dọc đờng định lựa chọn khoảng cách hai đèn liên tiếp Ngoài khoảng cách phụ thuộc độ cao đèn số phát xạ đèn Đèn không đợc che, chói mắt nên dùng để chiếu sáng cho đờng phố Có thể dùng kiểu vùng nhiều ngời ( đờng dạo mát cho ngời bộ, quảng trờng, khu nhà ) độ chói chúng chấp nhận đợc đèn đặt hình cầu khuếch tán ánh sáng đợc tính toán cách hợp lý Đèn đợc che hoàn toàn tránh đợc nguy bị loá mắt trực tiếp nhng cần phải thận trọng để tránh hiệu ứng bậc thang Thờng dùng cho đèn dùng nguồn sáng điểm Hình 3.4.- Các loại đèn chiếu sáng đờng phố ngoại thất A - đèn dùng cho bóng Natri cao áp 100 / 400 W ; b - đèn dùng bóng Natri cao áp 70 / 100 W ; C - đèn dùng bóng huỳnh quang 18 / 36 / 58 W ; d - đèn dùng bóng compacte / 18 W Bảng 3.2.- Các kiểu đèn chiếu sáng đờng phố Kiểu đèn Hớng Che hoàn toàn ( chụp sâu ) Nửa che ( chụp vừa ) Không che ( chụp rộng ) I max ữ 65 ữ 75 ữ 90 Cờng độ lớn theo hớng 90 10 cd / 1000 lm 50 cd / 1000 lm 100 cd / 1000 lm Cờng độ lớn theo hớng 80 30 cd / 1000 lm 100 cd / 1000 lm Đèn nửa che phân bố ánh sáng rộng thờng thích hợp với nguồn sáng dạng ống có độ chói nhỏ, ví dụ : nh đèn huỳnh quang, đèn natri áp thấp Hình 3.5.- Phân kiểu đèn theo biểu đồ cờng độ sáng 3.4.- Thiết kế sơ chiếu sáng đờng phố Thiết kế chiếu sáng đờng phố có nhiều phơng pháp khác nhau, phơng pháp thiết kế ngày đợc hoàn thiện Kỹ thuật chiếu sáng đờng phố coi bắt đầu đợc đánh dấu từ năm 1940, có hớng dẫn quốc tế nhằm bảo đảm độ rọi đồng đờng phố Chính đặt móng cho phát triển khoa học chiếu sáng sau Năm 1965, C.I.E cho công bố phơng pháp tính toán chiếu sáng đờng phố tiếng có tên Phơng pháp tỷ số R , khái niệm độ rọi đợc thay khái niệm độ chói mặt đờng Đó bớc tiến đáng kể với khái niệm có tham gia tợng tơng phản cảm thụ mắt Năm 1975, C.I.E lại công bố tiếp Phơng pháp độ chói điểm , cho phép thực tính toán máy tính điện tử để xác định độ chói điểm phơng án thiết kế, nhờ kiểm tra chất lợng phơng án lựa chọn Tuy nhiên phơng pháp tỷ số R đợc coi sở cho thiết kế sơ Một thiết kế sơ chiếu sáng đờng phố bao gồm nội dung sau : Chọn kiểu bố trí đèn Chọn kiểu đèn khoảng cách chúng Xác định công suất đèn 1.- Các kiểu bố trí đèn Kiểu bố trí đèn có ảnh hởng đến mức độ đồng độ chói mặt đờng khả dẫn cho ngời lái xe Có bốn kiểu bố trí đèn : a.- Kiểu đơn phơng ( bên đờng ) - hình 3.6.a Bố trí đèn phía đờng giao thông Điều kiện áp dụng kiểu : Khi đờng phố tơng đối hẹp Khi có cối phía đờng Khi có đoạn đờng uốn cong Lúc thiết bố trí đèn phía đờng cong nhằm đảm bảo hớng tầm nhìn cho phép đánh giá tầm quan trọng chỗ rẽ cho ngời lái xe Yêu cầu để đảm bảo đồng độ chói theo phơng ngang : h l ( 3.4 ) b.- Kiểu so le - hình 3.6.b Bố trí đèn so le hai phía đờng giao thông áp dụng đờng phố có hai chiều chuyển động Khi độ đồng chung độ chói tốt nhng phải tránh uốn khúc lợi lái xe Yêu cầu để đảm bảo đồng độ chói theo phơng ngang : l h c.- Kiểu đối mặt - hình 3.6.c ( 3.5 ) áp dụng chiều rộng đờng giao thông lớn đảm bảo độ cao định đèn Khi đó, yêu cầu để bảo đảm đồng độ chói theo phơng ngang : h 0,5 l ( 3.6 ) d.- Kiểu trục ( theo trục đờng ) - hình 3.6.d Đợc sử dụng trờng hợp đờng đôi có phân cách giữa, bố trí nh cho phép sử dụng cột có hai đầu nhô ra, đồng thời đờng cung cấp điện Yêu cầu để bảo đảm đồng độ chói theo phơng ngang : h Trong công thức : l ( 3.4.a ) h - độ cao đèn so với mặt đờng, l - chiều rộng đờng ( xem hình 3.3 ) Khi nguồn cung cấp dây treo, đèn đợc treo theo trục đờng cột đỡ tơng đối xa Cách bố trí đảm bảo tầm nhìn tốt gây loá mắt Nó đợc sử dụng Pháp, thờng đợc sử dụng Bắc Âu, lý khía cạnh thẩm mỹ dây treo Cũng cần lu ý việc bảo dỡng đèn bố trí kiểu gây trở ngại cho việc lại cần có xe cầu thang đỗ đờng Hình 3.6.- Các kiểu bố trí đèn a kiểu đơn phơng ; b kiểu so le ; c kiểu đối mặt ; d kiểu trục 2.- Xác định khoảng cách cực đại đèn Khoảng cách đèn có ảnh hởng đến đồng độ chói theo phơng dọc đờng giao thông phụ thuộc : - Kiểu đèn , - Kiểu bố trí đèn , - Độ cao đặt đèn Khoảng cách cực đại đèn e max xác định theo tỷ số ( e / h ) bảng 3.3 max theo Bảng 3.3.- Xác định tỷ số ( e / h ) max Kiểu bố trí đèn ( e / h ) max theo kiểu đèn Che hoàn toàn Nửa che 3,5 2,7 3,2 Đơn phơng, đối mặt So le Từ bảng 3.3 , biết độ cao treo đèn ta xác định đợc khoảng cách cực đại emax = [ ( e / h ) max ].h ( 3.7 ) 3.- Xác định quang thông yêu cầu đèn ( phơng pháp tỷ số R ) Tỷ số R đợc C.I.E định nghĩa tỷ số độ rọi trung bình ( E tb lux ) độ chói trung bình ( Ltb , cd / m2 ) mặt đờng, nghĩa : R = E L tb ( 3.8 ) tb Các trị số R phụ thuộc vào chất lớp phủ mặt đ ờng ( với thời tiết khô, lớp phủ mặt đờng bố trí đèn theo tiêu chẩn ) kiểu đèn, đợc xác định thực nghiệm theo bảng 3.4 Bảng 3.4.- Tỷ số R R = Kiểu đèn Mặt đờng bêtông Che hoàn toàn Nửa che Sạch 12 Bẩn 14 10 E L tb tb Mặt đờng phủ ( áo đờng ) Sáng 14 10 T.bình 20 14 Tối 25 18 Hè đờng lát 18 13 Do độ chói trung bình mặt đờng đợc quy định theo tiêu chuẩn, nên độ rọi thực tế phải cao mặt đờng tối Vì phần lớn trờng hợp đợc khuyến cáo nên dùng mặt đờng sáng màu Độ rọi trung bình mặt đờng thực tế xác định từ công thức 3.8 : Etb = R.Ltc ( 3.9 ) : Ltc - độ chói tiêu chuẩn lấy theo bảng 3.1 Quang thông cần thiết đèn để đảm bảo độ chói yêu cầu xác định tơng tự nh thiết kế sơ chiếu sáng nội thất, cụ thể : Fđ = : l.e Ltc R ( 3.10 ) V U l e - kích thớc đèn ( hình 3.3 ) Ltc - trị số tiêu chuẩn độ chói trung bình mặt đờng ( bảng 3.1 ) R - tỷ số thực nghiệm ( bảng 3.4 ) U - hệ số lợi dụng quang thông đèn V - hệ số suy giảm quang thông a.- Hệ số lợi dụng quang thông U Hệ số lợi dụng quang thông tỷ số phần trăm quang thông rơi xuống mặt đờng ( diện tích l.e ) so với quang thông xạ đèn, nghĩa U = Quangthongroixuongdientichle 100% Quangthongdodenbucxa ( 3.11 ) Đối với đèn chiếu sáng đờng phố, hệ số U f u phụ thuộc vào độ mở góc nhị diện chùm tia sáng cắt mặt đờng Hình 3.7 thể hai trờng hợp xảy góc nhìn Trong trờng hợp chia góc nhị diện thành hai phần nhỏ lấy trục đèn h đờng đèn làm thành mặt nhị diện nhỏ : - Phần phía trớc hay gọi góc nhị diện trớc [ h , l ] giới hạn hàng đèn cạnh đối diện với đèn, đợc xác định ( l a )/ h - Phần phía sau hay gọi góc nhị diện sau [ h , ờng, đợc xác định a / h l ] góc cạnh hè đ- Tơng ứng với chúng, quang thông xạ đèn chia làm hai phần, phần phía tr ớc xạ góc nhị diện trớc phần phía sau xạ góc nhị diện sau Do ta phân biệt hai hệ số sử dụng : - Hệ số sử dụng trớc Ut hay f u.AV a > f u.AV - Hệ số sử dụng sau Us hay f u.AR a < f u.AR Trờng hợp đầu ( khí a > ) quang thông sử dụng tổng quang thông nhị diện trớc nhị diện sau, hệ số lợi dụng quang thông tổng chúng : U = Ut + Us hay fu = fAV + fAR ( 3.11.a ) Trờng hợp sau ( a < ) quang thông sử dụng hiệu quang thông phần trớc phần sau, tơng ứng hệ số lợi dụng quang thông hiệu chúng : U = Ut - Us hay fu = f AV - f AR ( 3.11.b ) Các nhà chế tạo đèn thờng cho hệ số đồ thị, trục hoành tỷ số l / h tla a ơng ứng tỷ số hay , trục tung giá trị hệ số sử dụng h h Hình 3.7.- Hai trờng hợp phân bố quang thông đèn Trên hình 3.8 giới thiệu biểu đồ xác định hệ số lợi dụng quang thông đèn hãng MAZDA loại biểu đồ thể giá trị thờng dùng để xác định hệ số lợi dụng quang thông b.- Hệ số suy giảm quang thông Đó trị số ngợc với hệ số dự trữ công thức 2.4 , nhng chất tơng tự giống Sự suy giảm quang thông đèn xảy già bóng đèn bụi bẩn bám vào đèn bóng đèn Hệ số suy giảm quang thông thờng đợc xem xét sau năm sử dụng xác định theo công thức : V = V V2 ( 3.12 ) : V1 - hệ số suy giảm quang thông bóng đèn già ( bảng 3.5 ) V2 - hệ số suy giảm quang thông đèn bị bám bụi ( bảng 3.6 ) Hình 3.8.- Biểu đồ xác định hệ số lợi dụng quang thông đèn hãng Mazda kiểu thông thờng Bảng 3.5 - Hệ số suy giảm V1 Thời gian sử dụng 3000 h 6000 h 9000 h Bóng Natri cao áp 0,95 0,90 0,85 Đèn ống huỳnh quang 0,90 0,85 0,80 Bóng huỳnh quang 0,85 0,80 0,75 Bóng Natri hạ áp 0,85 0,80 - Bảng 3.6.- Hệ số suy giảm V2 Môi trờng không khí Bẩn Sạch Đèn chụp 0,65 0,90 Đèn có chụp 0,70 0,95 4.- Xác định khoảng cách đèn Kết xác định quang thông đèn theo công thức 3.10 cần phải so sánh với quang thông thực đèn để điều chỉnh lại khoảng cách đèn Khoảng cách đèn e đợc xác định theo công thức : c e = F V U l L R d , m ( 3.13 ) tc Các đại lợng công thức tơng tự nh công thức 3.10 nhng có khác chỗ F d quang thông thực đèn chọn c Chú ý : Khoảng cách đèn tính toán theo công thức 3.13 phải không đợc vợt khoảng cách cực đại xác định mục 2.- Trờng hợp ngợc lại ( e > emax ) có nghĩa công suất đèn chọn lớn Khi phải giảm công suất đèn phải thay đổi kiểu đèn 5.- Kiểm tra chói loá tiện nghi Việc phân loại đèn theo kiểu che hoàn toàn ( chụp sâu ) nửa che ( chụp vừa ) không hoàn toàn xác mà xét góc độ quan điểm gây loá mắt Trong khí chói loá tiện nghi đèn chiếu sáng gây nguyên nhân nguy hiểm nhất, dễ dàng gây tai nạn cho ngời lái xe phơng tiện giao thông khác Vì sau thiết kế, bố trí đèn bớc cần đợc đánh giá chất lợng giải pháp chiếu sáng Việc đánh giá thông qua số chói loá G hay gọi số tiện nghi công thức 3.3 Bảng 3.7 - Đặc tính kỹ thuật đèn hãng MAZDA, kiểu SYPLAN - 41502 Sử dụng bóng Natri cao áp MAC 150 W ( 12.700 lm ) MAC 250 W ( 23.000 lm ) Đặc tính kỹ thuật đèn SYPLAN Nhiệt độ màu Tm = 2150 K Chỉ số hoàn màu IRC 65 Đèn kiểu che hoàn toàn Bảng 3.7 - Đặc tính kỹ thuật đèn hãng PHILIPS SRS 201 SOX 55 Nửa che ( chụp vừa ) I.S.L = 4,5 Imax = 285 cd / 1000 lm với C = 10 hay = 70 Điều chỉnh vị trí Nửa che ( chụp vừa ) I.S.L = 3,9 Imax = 285 cd / 1000 lm với C = 10 hay = 70 Điều chỉnh vị trí Độ nghiêng 10 SRS 201 SOX 135 Nửa che ( chụp vừa ) I.S.L = 3,8 Imax = 233 cd / 1000 lm với C = hay = 70 Điều chỉnh vị trí Nửa che ( chụp vừa ) I.S.L = 3,3 Imax = 252 cd / 1000 lm với C = 30 hay = 70 Điều chỉnh vị trí Độ nghiêng 10 Hệ số sử dụng Hệ số sử dụng Bảng 3.7 - Đặc tính kỹ thuật đèn hãng PHILIPS ( ) Bảng 3.8 - Đặc tính kỹ thuật đèn hãng national Trờng Đại học Xây dựng Bộ Môn Vi khí hậu Môi trờng khí -G.V.C - Th.S Nguyễn Anh Mỹ Trang bị hệ thống chiếu sáng,mạng điện loại mạng khác công trình ( dùng cho sinh viên ngành Cấp thoát nớc, Hệ thống kỹ thuật, môi trờng đô thị ) Hà nội - 2009 [...]... 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... 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... đèn phóng điện trong chất khí là ánh sáng lạnh vì nhiệt độ trong ống không bao giờ lên quá 100C 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 trở R ( hình 2.10 ) Nếu ta đo điện áp giữa các điện cực V = VA - VB bằng một vôn kế có điện trở trong rất lớn, đồng thời đo dòng điện qua... 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... 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. .. 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... theo giá trị tơng đối sự thay đổi của các đại lợng này theo điện áp U Ta sẽ nhận thấy rằng ảnh hởng đặc biệt của điện áp đến tuổi thọ của đèn, nó chuyển từ 3700 giờ khi điện áp giảm đi 10 % sang nhỏ hơn 500 giờ khi quá điện áp 5 % 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... 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. .. 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... lới điện - Kích thớc nhỏ - Bất công tắc sáng ngay - Giá thành rẻ - Tạo ra màu sắc ấm áp Các nhợc điểm là tốn điện và phát nóng Ngoài ra còn một nhợc điểm khác trong việc sử dụng các đèn sợi đốt đó là tình trạng của đèn thay đổi đáng kể theo biến thiên điện áp nguồn Thật vậy, ở các nhiệt độ đã cho điện trở suất của vonfram có thể bằng 12 đến 16 lần điện trở suất ở trạng thái nguội Mọi biến thiên điện ... lệch nhiều bớc sóng nhỏ Hình 1.4.- Dải phổ màu sắc Màu sắc vừa mang tính chất chủ quan ( cảm nhận mắt ngời - yếu tố sinh lý ) vừa mang tính khách quan ( phổ phân bố lợng màu sắc yếu tố vật lý... thụ thành nhiều ba hiệu ứng sau : hoá, nhiệt, điện từ Các xạ ánh sáng phận nhỏ xạ điện từ, chúng mang theo phần công suất nguồn 1.- Quang thông F , lumen ( lm ) Bức xạ ánh sáng nguồn vào không... sáng sân khấu Bóng đèn halogen đợc làm thạch anh vỏ đơn vỏ kép, dùng cho đèn chiếu : chiếu sáng giao thông, điện ảnh, thiết bị thể thao với mẫu từ 75 đến 250 W Loại đèn cạnh tranh với đèn nung