TRNG I HC KIN TRÚC À NNG
Khoa K thut h tng đô th và Qun lý xây dng
Nguyn Mnh Hà
BÀI GING
K THUT CHIU SÁNG Ô TH
à
N
n
g
thán
g
02-2009
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 1
LI CM N
Bài ging K thut chiu sáng đô th đc biên son làm tài liu ging dy chính thc cho
ngành K thut h tng đô th, Trng i hc kin trúc à Nng. Trong quá trình biên son,
tác gi đã nhn đc s ng h, đng viên cng nh ý kin đóng góp và s giúp đ ca các t
chc, cá nhân sau đây:
- Các thy giáo, cô giáo trong Khoa K thut h tng đô th và Q
un lý xây dng.
- Phòng Qun lý đin, S Công Thng thành ph à Nng.
- Công ty Qun lý vn hành đin chiu sáng công cng à Nng
- Công ty Schréder Vit Nam.
- Gia đình và bn bè đng nghip.
Tác gi xin chân thành cm n s giúp đ quý báu đó.
Do biên son ln đu vi thi gian, kinh nghim có hn, chc chn tp bài ging này còn
có nhiu thiu sót, tác gi rt mong nhn đ
c các ý kin đóng góp ca các đng nghip, sinh
viên và bn đc quan tâm đn lnh vc chiu sáng đ tin ti biên son thành giáo trình hoàn
chnh phc v công tác ging dy, hc tp cng nh công tác ca sinh viên sau khi ra trng.
Các ý kin dóng góp xin gi v đa ch:
Vn phòng Khoa K thut h tng đô th và Qun lý xây dng
Tng 4, Trng i hc Kin trúc à Nng
S 566 N
úi Thành, qun Hi Châu, thành ph à Nng.
Email :
Tác gi
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 2
MC LC
PHN M U 5
LCH S CHIU SÁNG NHÂN TO VÀ VAI TRÒ CA NÓ 5
CHNG 1 7
KHÁI NIM C BN VÀ CÁC I LNG O ÁNH SÁNG 7
1.1. Bn cht ca ánh sáng 7
1. Bn cht sóng - ht ca ánh sáng: 7
2. Ngun sáng t nhiên và quang ph liên tc 7
3. Ngun sáng nhân to và quang ph vch: 8
1.2. Mt s hin tng phát sáng và phm vi ng dng trong chiu sáng nhân to: 9
1. Hin tung phát sáng do nung nóng: 9
2. Hin tung phát sáng do phóng đin: 9
3. Hin tng phát sáng hunh quang 11
4. Hin tng phát sáng lân quang 11
5. Hin tng phát sáng th cp: 12
1.3. Các đi lng c bn đo ánh sáng 12
1. Góc khi (còn gi là góc đc, góc nhìn) 12
2. Thông lng nng lng ca bc x ánh sáng nhìn thy 14
3. Quang thông 15
4. Quang hiu 16
5. Cng đ sáng 16
6. ri 17
7. sáng (còn gi là đ trng): 18
8. chói 19
9. Nhit đ màu: 19
10. hoàn màu (còn gi là ch s th hin màu): 20
1.4. Các đnh lut quang hc và ng dng trong k thut chiu sáng : 21
1. S phn x: 21
2. S truyn x : 22
3. S khúc x: 23
4. S che chn: 24
5. S hp th: 24
6. nh lut Lambert v s khuych tán đu : 25
CHNG 2 27
MT NGI VÀ S CM TH ÁNH SÁNG 27
2.1 Cu to mt ngi 27
1. Hin tng th giác: 27
2. Hin tng điu tit ca mt: 27
3. Võng mc: 27
4. Khái nim “con mt quc t”: 27
2.2 S gii mã hình nh: 28
2.3 Quá trình thích nghi : 28
2.4 Cm giác chiu sâu ca vt cn nhìn: 28
2.5 Cc cn và cc vin ca mt : 29
2.6. Trng nhìn (th trng) ca mt : 29
2.7 tng phn : 29
2.8 Hin tng chói lóa: 30
1. Khái nim: 30
2. Gii thích hin tng chói lóa : 30
3. Ch s hn ch chói lóa G (còn gi là ch s tin nghi) : 31
CHNG 3 33
CÁC LOI NGUN SÁNG NHÂN TO THÔNG DNG 33
3.1 Bóng đèn nung sáng: 33
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 3
1. Cu to ca bóng đèn nung sáng (hình 3.1): 33
2. Mt s loi bóng đèn nung sáng thông dng: 34
3.2 Bóng đèn hunh quang 35
1. c đim cu to: 35
2. Mt s bóng đèn hunh quang thông dng 37
3.3 Bóng đèn phóng đin cung đ cao (HID) 38
1. Cu to ca bóng đèn phóng đin: 38
2. Mt s loi bóng đèn phóng đin HID thông dng: 39
3.4 èn phát sáng quang đin (LED: Lighting Emitting Diode) 42
3.5 èn cm ng (đèn không đin cc) 43
3.6 èn Sulfua : 43
CHNG 4 45
CU TO CA B ÈN CHIU SÁNG CÔNG CNG 45
4.1. Cu to chung ca mt b đèn chiu sáng công cng: 45
4.2. Các b phn chính ca b đèn chiu sáng công cng 46
1. Tm phn quang: 46
2. Thit b mi đèn (tc te) và chn lu: 46
3. Kính bo v : 47
4. L đui đèn : 48
4.3. Các thông s c hc ch yu ca b đèn chiu sáng công cng: 48
1. kín (IP): 49
2. Cp bo v c hc chng n (còn gi là đ chu va đp ca kính đèn): 49
3. Din tích cn gió 50
4. Ch tiêu lão hóa kính bo v: 50
5. Trng lng: 50
4.4. Các thông s đin ch yu ca b đèn chiu sáng công cng: 50
1. Cp cách đin : 51
2. dao đng đin áp: 51
4.5. Các thông s v quang hc ca b đèn chiu sáng công cng: 51
1. H s suy gim quang thông: 51
2. H s phn quang : 52
3. ng cong trc quang : 52
4. Hiu sut ca b đèn : 54
5. Cp b đèn : 55
6. H s s dng ca b đèn: 56
7. Góc bo v 57
4.6. Phân loi các b đèn chiu sáng công cng: 58
CHNG 5 59
THIT K H THNG CHIU SÁNG CÔNG CNG 59
5.1. S lc v lch s các phng pháp, trình t thit k: 59
5.2. Các tiêu chun chiu sáng đng giao thông và yêu cu c bn : 59
5.3. Các nguyên tc c bn: 59
1. Phng và v trí quan sát ca ngi lái xe: 60
2. chói mt đng : 60
3. đng đu ca đ chói mt đng: 61
4. Ch s chói lóa G ca b đèn: 62
5. Hiu qu dn hng ti các v trí đc bit 63
5.4. Phng pháp t s R trong thit k chiu sáng : 63
1. Các thông s hình hc b trí đèn : 63
2. Các phng án b trí đèn 65
3. Chn công sut và loi b đèn : 67
5.5. Phng pháp đ chói đim trong thit k chiu sáng : 68
1. chói ca mt đim trên mt đng : 68
2. Phân loi các lp ph mt đng : 69
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 4
3. Tính toán đ chói và đ ri đim 70
5.6. Thit k chiu sáng ti các đim đc bit trên đng giao thông: 72
1. Chiu sáng ti đim giao nhau đng mc: 72
2. Chiu sáng nút giao vi đng st : 74
3. Chiu sáng đng cong 74
4. Chiu sáng bùng binh 75
5. Chiu sáng đng hm 76
5.7. Thit k chiu sáng vi s tr giúp ca máy tính: 78
5.8. S dng phn mm thit k chiu sáng công cng Ulysse 2.2 79
1. Khi đng 79
2. Chn phng án b trí đèn 81
3. Chn đèn và các thông s v đèn 82
4. Xem kt qu và lp báo cáo 84
5.9. Mt s ni dung thit k khác ca h thng chiu sáng đng giao thông 87
1 Thit k đin : 87
2 Thit k xây dng : 89
3 Thit k kt cu 89
CHNG 6 90
QUN LÝ, VN HÀNH H THNG CHIU SÁNG CÔNG CNG 90
6.1. Ni dung qun lý, vn hành : 90
6.2. C cu t chc và trang thit b vn hành 91
6.3. Vn đ tit kim đin : 91
6.4. Thc trng qun lý vn hành 92
6.5. T đng hoá công tác qun lý, vn hành h thng đin chiu sáng : 92
CHNG 7 93
THIT K CHIU SÁNG CÔNG TRÌNH CÔNG CNG TRONG Ô TH 93
7.1. Chiu sáng công viên, vn hoa 93
1. Các nguyên tc chung 93
2. Ch tiêu k thut v chiu sáng : 93
7.2. Chiu sáng công trình th thao ngoài tri - nhng nguyên tc chung : 95
CHNG 8 98
MT S VN CN NGHIÊN CU CA CHIU SÁNG Ô TH 98
8.1. Ô nhim ánh sáng 98
8.2. Quy hoch chiu sáng 99
PH LC 101
1. Bng giá tr và biu thc hàm V(λ): 101
2. Công sut và quang thông các loi đèn phóng đin thông dng 101
3. Bng phân loi các lp ph mt đng : 102
TÀI LIU THAM KHO 106
PHN BÀI TP 107
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 5
PHN M U
LCH S CHIU SÁNG NHÂN TO VÀ VAI TRÒ CA NÓ
T thi k s khai con ngi đã bit to ra ánh sá
ng t la, tuy nhiên lúc đó con ngi
dùng la vi t cách là ngun nhit ch không phi là ngun sáng. Tri qua mt thi k dài
ca lch s, con ngi mi phát minh ra loi đèn thp sáng bng cht khí. Sau khi nhà hoá
hc ngi Áo K.Auer phát minh ra đèn mng sông ch to bng cht chu đc nhit đ cc
cao đã cho ánh sáng trng khi đt cháy trong ngn la cht khí thì đèn mng sông tr nên ph
bin khp các thành ph ln trên th gii, đn ni tng nh không th còn loi đèn nà
o có
th thay th đc.
Tuy nhiên cui th k 19 ngi ta bt đu nhn thy u đim khi thp sáng bng đin.
Cho đn nay ngi ta vn cha bit chính xác ai là ngi đu tiên ch to ra chic đèn đin
đu tiên. Tuy nhiên đ đi đn c
hic bóng đèn hoàn thin nh ngày nay chc chn phi có s
cng hin ca nhiu nhà khoa hc, trong đó ngi có công ln nht và là ngi đã đng ký
bn quyn phát minh đu tiên v bóng đèn dây tóc vào nm 1878 là Thomas Edison - mt nhà
phát minh ni ting ca M. ghi nhn công lao và s n lc ca ông trong vic đem
ánh
sáng đn cho nhân loi mà ngày nay ngi ta đã tng nh ông nh là cha đ ca mi loi
bóng đèn đin dùng si đt.
êm 24/12/1879 Edison mi hàng trm ngi thuc đ mi thành phn trong xã hi
thành ph New York ti d ba tic ti nhà ông nhm qung cáo sn phm đèn đin do ông
ch to ln đu tiên. Ti ba tic này ông cho thp sáng hàng lot bóng đèn tt c khu nhà
, xng máy, phòng thí nghim và sân vn. Kt qu ba tic đã giúp ông nhn đc s tài
tr ca chính quyn cho đ án thp sáng thành ph. Cui cùng, đn 5 h sáng ngày 04/9/1882
hàng trm ngn đèn trên các ph đng lot bt sáng làm c mt góc thành ph NewYork tràn
ngp ánh sáng đin, đánh du thi khc lch s ánh sáng đin chinh phc bóng đêm. ây
cng đc xem là thi đim ra đi ca ngà
nh chiu sáng đô th.
Ti Vit Nam trc đây, chiu sáng đô th đc xây dng trên c s li đèn chiu sáng
công cng đc xây dng t thi Pháp thuc, ch yu dùng bóng đèn si tóc. n nm 1975,
nhng ngn đèn cao áp đu tiên đc lp đt ti khu vc qung trng Ba ình và lng Ch
tch H C
hí Minh. Ngoài chiu sáng đng ph, các loi chiu sáng khác ca đô th nh chiu
sáng công viên, vn hoa, chiu sáng cnh quan các công trình kin trúc vn hoá, lch s, th
thao, chiu sáng tng đài hu nh cha có gì.
Hi ngh chiu sáng đô th ln th nht (4/1992) là mt mc khi đu cho s phát trin
ca ngành chiu sáng đô th Vit Nam. Thc trng chiu sáng đô t
h lúc by gi vn còn rt
kém, lc hu so vi các đô th trong khu vc. Sau Hi ngh chiu sáng đô th toàn quc ln
th hai (12/1995) t chc ti à Nng, cùng vi s phát trin vt bc ca nn kinh t, lnh
vc chiu sáng đô th nc ta đã thc s hình thành và phát trin. Hin nay chúng ta đã có
Hi chiu sáng đô th Vit nam.
Vai trò ca chiu sáng đô th:
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 6
Ti các nc phát trin, đin nng dùng cho chiu sáng chim t 8 đn 13% tng đin
nng tiêu th. H thng chiu sáng đô th bao gm nhiu thành phn khác nhau, trong đó có
th k đn chiu sáng phc v giao thông, chiu sáng các c quan chc nng ca đô th
Chiu sáng đng ph to ra s sng đng, hp dn và tráng l cho các đô th v đêm,
góp phn nâng cao cht lng cuc sng cho ngi
dân đô th, thúc đy s phát trin thng
mi và du lch. c bit, h thng chiu sáng trang trí còn to ra không khí l hi, s khác
bit v cnh quan ca các đô th trong các dp l tt và các ngày k nim ln hoc trong thi
đim din ra các hot đng chính tr, vn hóa xã hi cng nh s kin quc t.
Trong điu kin t
hiu ht v đin nng ca nc ta, đã có nhng lúc, nhng ni chiu
sáng qung cáo b coi là phù phim, lãng phí và không hiu qu. iu này xut phát t góc đ
tiêu th nng lng mà cha nhn thc tng quát vai trò ca chiu sáng đô th. Do đó cn có
s đánh giá chính xác và khách quan v hiu qu mà chiu sáng đem li không ch v mt
kinh t, mà còn c trên các bình din vn hóa - xã hi. Không ch nhìn nhn nhng hiu qu
trc tip trc mt, có th tính đ
c bng tin mà còn c hiu qu gián tip và lâu dài mà
chiu sáng đem li trong vic qung bá, thúc đy s phát trin ca thng mi, du lch và dch
v. Ch có nh vy, h thng chiu sáng đô th mi có th phát trin và duy t
rì mt cách bn
vng, đóng mt vai trò ngày mt xng đáng trong các công trình h tng k thut đô th.
làm đc vic đó chúng ta phi đy mnh vic nghiên cu, ng dng, phát trin lý
thuyt v chiu sáng đô th ngày càng hoàn thin nhm xây dng đô th Vit Nam va mang
phong cách hin đi va gi gìn đc nét truyn thng.
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 7
CHNG 1
KHÁI NIM C BN VÀ CÁC I LNG O ÁNH SÁNG
1.1. Bn cht ca án
h sáng
1. Bn cht sóng - ht ca ánh s
áng:
+ Ánh sáng nhìn thy, tia cc tím, tia X, sóng radio, sóng truyn hình,…tt c đu là
nhng dng nng lng đin t đc truyn trong không gian di dng sóng, cng ging
nh các bc x đin t khác đc đc trng bi bc sóng , tn s , hoc chu k T vi =
1/T hoc c = ..
+ Có th chia bc sóng thành các phm
vi sau, ta nhn thy ánh sáng nhìn thy ch là di
hp t 380nm-780nm:
• T 3000 m đn 1000 m Sóng dài (LW = long wave)
• T 1000 m đn 100 m Sóng trung (MW = medium wave)
• T 100 m đn 10 m Sóng ngn (SW = Short wave)
• T 10 m đn 0,5 m Sóng vô tuyn (FM)
• T 0,5 m đn 1,0 mm Sóng rađa
• T1000 µm đn 0,78 µm Sóng hng ngoi
• T 780 nm đn 380 nm Ánh sáng nhìn thy
• T 380 nm đn 10 nm Tia cc tím (tia t ngoi, UV)
• T 100 A
0
đn 0,01 A
0
Tia X
• T 0,01 A
0
đn 0,001 A
0
Tia , tia v tr
( 1 µm = 10
-6
m; 1 nm = 10
-9
m; 1 A
0
= 10
-10
m)
+ Theo thuyt lng t, ánh sáng còn mang bn cht ht (photon), có nng lng E = h=
hc / ; trong đó h là hng s Plank = 6,626176 × 10
-34
Js
Ti sao các vt th phát ra ánh sáng ? Ta phi dùng thuyt lng t đ gii thích nh sau:
+ Mt photon b bin mt khi nó va vào và đy mt đin t vòng ngoài lên trng thái kích
thích các qu đo xa nhân hn î s hp thu nng lng ánh sáng ca vt cht.
+ Mt photon đc sinh ra khi đin t t trng thái kích thích chuyn sang mt qu đo
khác gn nhân hn và ti đi mt nng lng m
à nguyên t b mt di dng tia sáng mà bc
sóng t l nghch vi nng lng đc truyn đi î s phát ra nng lng ánh sáng ca vt
cht.
+ Nh vy cn c vào bc sóng ta có th phân bit đc sóng ánh sáng và các dng
nng lng khác trên quang ph đin t.
2. Ngun s
áng t nhiên và quang ph liên tc
+ Ánh sáng nhìn thy khác vi các dng bc x đin t khác kh nng làm kích hot
võng mc ca mt ngi.
+ Vùng ánh sáng nhìn thy có bc sóng dao đng t 380nm-780nm
+ Thí nghim đã chng minh: di ph ca ánh sáng mt tri là di quang ph liên tc có
bc sóng thay đi t 380nm –780nm nh hình sau:
+ Ánh sáng mt tri đc coi là ngun sáng chun đ đánh giá cht lng ca ngun sáng
nhâ
n to.
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 8
+ Ánh sáng mt tri có rt nhiu công dng khác ngoài chiu sáng : sinh ra vitamin D khi
tm nng bui sáng, dit vi khun (do có mt lng rt bé tia cc tím), phát đin, thu nhit,
sy khô,…
+ Hin nay ngi ta đang nghiên cu thit b dn ánh sáng t nhiên vào trong các toà nhà
nhm gim tin đin cng nh có li cho sc kho.
3. Ngun sá
ng nhân to và quang ph vch:
Hình 1.2_Thí
nghim quang
ph vch
Ngun sáng
nhân to
(đèn chiu
sáng)
Ln
g
kính
Khe h
p
Vt đen
Lng kính
Ánh
sáng
mt tri
Tia sáng đn
sc đu ra
lng kính
Ph ánh sáng
Hình 1.1_ Thí nghim quang ph liên tc
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 9
+ Ánh sáng nhân to có quang ph đt quãng (quang ph vch). Hình 1.2 là kt qu thí
nghim xác đnh quang ph ca mt s ngun sáng nhân to sau khi đi qua lng kính:
+ Nói chung ánh sáng nhân to không tt bng ánh sáng mt tri (xét di góc đ chiu
sáng). V mt tâm - sinh lý, tri qua hàng triu nm tin hóa, h thn kinh ca con ngi đã
thích nghi hoàn toàn vi ánh sáng ban ngày nên vi bt k ngun sáng nào không phi là ánh
sáng mt tri đu không tt đi vi mt. c m ca con ngi luôn luôn hng đn vic to
ra các ngun sáng ging nh ban ngày, do đó đ đá
nh giá cht lng ca các ngun sáng
nhân to ngi ta thng ly ánh sáng ban ngày làm chun đ so sánh.
Ánh sáng đèn tuyp ta thng thy cng ch có màu xanh, tc là có quang ph vch mc
dù ban đêm ta cm thy nó khá d chu. Vi s tin b ca k thut, hin nay ngi ta có th
ch to các ngun sáng có kh nng phát ra các bc x có quang ph liên tc gn vi án
h
sáng trng nh đèn xenon, song giá thành rt đt nên ch yu dùng cho các loi xe hi đt
tin.
1.2. Mt s hin tng
phát sáng và phm vi ng dng trong chiu sáng nhân to:
1. Hin tung
phát sáng do nung nóng:
Bt k vt th nào có nhit đ > 0
0
K đu bc x nng lng di dng sóng đin t, khi
đc nung nóng đn nhit đ khong 1000
0
K s phát ra bc x ánh sáng (cng là loi sóng
đin t). Nhit đ càng cao thì cng đ ánh sáng tng lên và màu sc b ngoài cng tr nên
sáng hn. Các loi đèn đin chiu sáng thng dùng dòng đin đ đt nóng si đt (dây tóc)
bng kim loi. Hin tng phát sáng khi nung nóng bng dòng đin đc nhà khoa hc Anh
Humphrey DaVy phát hin nm 1802. Sau đó nhà phát minh ngi M Edison mi ch to ra
đèn si đt đu tiên.
Hin tng phát x ánh sáng do nung nóng đ
c gii thích nh sau: Khi có đin áp đt
vào hai đu dây tóc, các đin t các lp ngoài ca nguyên t đc gii phóng khi nguyên
t và dch chuyn trong mng tinh th kim loi. Trong quá trình di chuyn, đin t luôn luôn
có va chm vi các nguyên t, do đó đng nng ca đin t đã truyn mt phn cho nguyên
t. Kt qu là các nguyên t b kích thíc
h và mt s đin t lp trong nhy ra lp ngoài (nu
lp đó cha đy). in t này có xu hng tr v v trí trng gn ht nhân hn (v trí n đnh)
và nu điu đó xy ra thì đin t s mt mt lng nng lng E (th nng) đng thi gii
phóng mt photon có bc són
g λ = c.h/E (có th là ánh sáng nhìn thy hoc không nhìn
thy).
Nng lng bc x có th bao gm quang nng, nhit nng và bc x hng ngoi,
ng dng hin tng này đ ch to các loi đèn si đt nh đèn si đt chân không
(trong dân dng 50W-75W), đèn si đt halogen (còn gi là đèn halogen-Vonfram).
2. Hin tung
phát sáng do phóng đin:
Hin tng này do nhà khoa hc Anh Edward Townsend phát hin đu tiên.
Hin tng phóng đin trong cht khí là quá trình din ra rt phc tp, ph thuc vào áp
sut khí, công sut ngun đin và dng đin trng. Tuy nhiên có th mô t tóm tt thông qua
thí nghim sau đây: cho ng phóng đin thy tinh cha hi kim loi hoc mt khí tr nào đó
áp sut thp, bên trong có đt 2 đin cc và đ
c ni vi ngun 1 chiu thông qua bin tr
điu chnh đc:
+ Khi đin áp tng lên thì dòng đin tng theo (đon AB). Nguyên nhân có dòng đin là
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 10
do các ion t do tn ti trong cht khí.
+ n đim B (đim xy ra phóng đin) thì dòng đin tng rt nhanh còn đin áp gim
xung đn đim M (đim duy trì phóng đin). Nguyên nhân dòng đin tng là do hin tng
ion hóa cht khí làm cho s đin t tng lên nhanh.
+ n đim D (bng cách gim R) s xy ra hin tng phóng đin h quang. Nguyên
nhâ
n là do đin cc b đt nóng quá mc làm phát x đin t bng hiu ng nhit-ion.
Cn lu ý là nu áp sut cao s xy ra hin tng phóng đin tia la ch không phi
phóng đin ta sáng vì áp sut cao, hin tng phóng đin không t duy trì đc.
Khi ng dng hin tng này vào đèn đin chiu sáng, ngi ta ch cho đèn làm vic
trong khong B-D vi đim làm v
ic M đc xác lp nh đin tr R gi là “chn lu”. in
áp ti đim B đc gi là đin áp phóng đin hay đin áp mi. Khi phóng đin, các nguyên t
khí b kích thích lên mc nng lng cao hn, sau đó tr v trng thái ban đu thì phát ra
phôton gây nên hin tng phát sáng hng t cc â
m sang cc dng. Ánh sáng phát ra
thng đn sc và mang màu đc trng ca khí trong ng thy tinh. Ngoài ánh sáng nhìn
thy, tùy vào cht khí mà còn có các tia hng ngoi hay t ngoi. Nu có phát tia t ngoi thì
ng phóng đin phi làm bng thy tinh có đc tính cn tia t ngoi (thy tinh natri cacbonat),
tránh hy dit sinh vt sng, tia hng ngoi không nguy him vì nó ch có tác dng nhit.
i vi ngun đin xoay chiu hình sin thì chiu dòng đin duy trì trong ng t
hy tinh
liên tc thay đi theo tn s ngun đin. C dòng đin và đin áp trong ng phóng đin không
còn là hình sin na nên nó đc xem là mt phn t phi tuyn. Mc dù mt ngi không cm
nhn đc nhng ánh sáng do đèn to ra là ánh sáng nhp nháy liên tc.
i
E
R
u
K
atot
Anot
Hi
kim
loi
300
200
100
u
(
V
)
A
E
B
C
M
D
E
M’
R=30
k
Ω
R=300Ω
lo
g
i
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
1
Hình 1.3_ Thí nghim phóng đin trong cht khí
Hình 1.4_ Phóng đin trong cht khí
vi ngun đin hình sin
M
M
B
B
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 11
Nng lng bc x gm quang nng, nhit nng, bc x hng ngoi, bc x t ngoi có
t l thay đi theo áp sut và loi khí s dng.
ng dng hin tng này đ ch to các loi đèn hi phóng đin Natri áp sut thp, Natri
áp sut cao, đèn halogen kim loi (hi thy ngân cao áp),…
3. Hin tng phát sáng hunh quang
Hin tng hunh quang đc bit đn vào gia th k 19 bi nhà khoa hc ngi A
nh
George G. Stoke. Khi cho ánh sáng t ngoi (không nhìn thy) chiu vào cht phát hunh
quang thì mt phn nng lng ca nó bin đi thành nhit, phn còn li bin đi thành ánh
sáng có bc sóng dài hn nm trong di quang ph nhìn thy đc. (inh lut Stoke)
Gii thích theo thuyt lng t nh trong hình 1.5: mt photon bc x t ngoi (hình bê
n
trái) va chm vi mt electron ca mt nguyên t cht hunh quang, kích thích và đa
electron này lên mc nng lng cao hn. Sau đó, electron này ri xung mc nng lng
thp hn và phát ra ánh sáng di dng mt photon (hình bên phi) trong vùng ánh sáng nhìn
thy đc.
ng dng hin tng này ngi ta ch to ra đèn hunh quang gm bóng thu tinh không
cho tia t ngoi xuyên qua, trong đó cha cht thu ngân áp sut thp. Khi phóng đin, các
đin t phát x t đin cc kích thích nguyê
n t thu ngân và to ra tia t ngoi (bc sóng
253,7nm), các tia t ngoi đp vào thành ng (có quét bt hunh quang) làm đèn phát sáng.
Nhìn chung hiu sut phát sáng ca đèn hunh quang khá cao. Cht hunh quang có rt
nhiu loi nhng thng dùng cht halophosphat canxi 3Ca(PO
4
)
2
.CaF
2
đ quét vào bên trong
thành ng phóng đin mt lp mng.
Nng lng bc x t hin tng phóng đin ngoài tia t ngoi có th còn có tia hng
ngoi, nhng theo đnh lut Stokes ta không th bin đi tia hng ngoi v min ánh sáng
nhìn thy (bc sóng ngn hn).
Các loi đèn hunh quang hin nay gm T12-T10-T8-T5, compact,… Ý ngha ca các ký
hiu này đc đ cp các chng sau.
4. Hin tng
phát sáng lân quang
in t trng
thái c bn
Ht nhân
Photon phát x
(ánh sáng nhìn thy)
Tia t
ngoi
Mc nng
lng thp
Mc nng
lng cao
in t b
kích thích
Hình 1.5_ Gii thích hin tng phát sáng hunh quang
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 12
Lân quang là mt dng phát quang, trong đó các phân t ca cht lân quang hp th ánh
sáng, chuyn hóa nng lng ca các photon thành nng lng ca các electron sang trng
thái lng t có mc nng lng cao nhng khá bn vng. Sau đó electron chm chp ri v
trng thái lng t mc nng lng thp hn và gii phóng mt phn nng lng tr li
di dng các photon.
Lân quang khác vi hunh quang ch vic electron tr v trng thái c kèm
theo nh ra
photon rt chm chp. Trong hunh quang, s ri v trng thái c ca electron gn nh tc
thi khin photon đc gii phóng ngay. Do vy các cht lân quang hot đng nh nhng b
lu tr ánh sáng: thu nhn ánh sáng và chm chp nh ra ánh sáng sau đó.
S d có s tr v trng thái c chm chp ca các electron là do mt trong s các trng
thái kích thích khá bn nên vic chuyn hóa t trng thái này v trng thái c bn b cm bi
mt s quy tc lng t. Vic xy ra s tr v trng thái c bn ch có th đ
c thc hin khi
dao đng nhit đy electron sang trng thái không bn gn đó, đ t đó nó ri v trng thái c
bn. iu này khin hin tng lân quang ph thuc vào nhit đ: nhit đ càng lnh thì trng
thái kích thích càng đ
c bo tn lâu hn.
a s các cht lân quang có thi gian tn ti ca trng thái kích thích ch và
o c miligiây,
có mt s cht có th lên ti vài phút hoc thm chí vài gi. Trong thc t ta thy con đom
đóm phát sáng đc là nh cht lân quang.
Cht d quang là cht có cha các nguyên t phát sáng lân quang.
Hin tng lân quang không đc ng dng trong k thut chiu sáng vì hiu qu thp và
trng thái phát sáng không bn. Nó ch dùng trong ch to các đ chi cho tr em,…
5. Hin tng phát sáng th cp:
Nói cách khác đâ
y không phi là ngun sáng thc s nh các hin tng đã nêu trên.
Khi mt vt đc chiu sáng thì bn thân nó cng có th phn x mt phn ánh sáng gi là
phát sáng th cp. Ch có vt đen tuyt đi mi hp th toàn b ánh sáng.
Da vào hin tng này ta có th gii thích màu sc ca các vt trong t nhiên: S th
hin màu ca vt là do ánh sáng phn x to thành (ví d vt màu đ phn x tia màu đ, các
màu khác thì nó hp th). Trc đây có rt nhiu lý thuyt màu sc khác nhau xut hin ch
yu s dng trong ngành dt nhum. Vi s ra đi ca thuyt lng t, hin nay ngi ta đã
xây dng hoàn chnh thuyt màu hin đi da vào bn cht sóng ht ca ánh sáng
Mt vt th bt k tip nhn á
nh sáng chiu vào s xy ra các hin tng : phn x, xuyên
qua, hp th. Mi hin tng này li có nhng tính cht riêng, ví d phn x li có các loi
phn x đu, phn x khuych tán,…. Các hin tng này đc nghiên cu đ ch to các b
phn ca đèn (đc bit là tm phn quang) nhm điu khin s phân b á
nh sáng ca ngun
sáng hiu qu nht. Vn đê này s xét trong các phn sau.
1.3. Các đi lng c bn đo ánh sáng
1. Góc khi (còn gi là góc đc, góc nhìn)
- Khái nim:
Xét mt đng cong kín bt k (L). T mt đim O trong không gian ta v các đng
thng ti mi đim trên đng cong (L) gi là các đng sinh. Khi đó phn không gian gii
hn bi các đng sinh này đc gi là góc khi nhìn đng cong (L) t đnh O.
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 13
đo ca góc khi là din tích phn mt cu có bán kính r = 1, tâm ti đim O b ct bi
góc khi trên.
- Ký hiu góc khi : Ω (Ch cái Hy Lp, đc là
Ômega).
- n v : Sr (steradian)
Steradian là góc khi mà di góc đó ngi quan sát
đng tâm O ca mt qu cu R=1m thì nhìn thy din
tích S=1m
2
trên mt cu.
- Ý ngha: Góc khi là góc trong không gian, đc
trng cho góc nhìn (tc là t mt đim nào đó nhìn vt
th di mt góc khi). Trong k thut chiu sáng, góc
khi biu th cho không gian mà ngun sáng bc x nng
lng ca nó.
- Ví d tính toán mt s góc khi:
+ Cho qu cu tâm O bán kính R, mt hình nón có
đnh ti O ct mt cu vi mt din tích S thì đ ln ca
góc khi là :
2
R
S
=Ω
.
+ Cho 2 hình cu bán kính R và kR đng tâm O. Gi s mt góc khi Ω chn hình cu R
vi din tích S
1
=2πR
2
(1-cosα) và hình cu kR vi din tích S
2
= 2πk
2
R
2
(1-cosα). Khi đó góc
khi là:
() ()
2
2
2
22
2
1
)cos1(2)cos1(2
kR
S
kR
Rk
R
S
=−=−==Ω
απαπ
+ Cho mt cu tâm O, bán kính R. Góc khi chn bi hình nón đnh ti O, góc đnh 2α,
din tích mt cu b chn là S. Ta có góc khi:
)cos1(2
)cos(22
222
απ
α
π
π
−=
−
===Ω
R
RRR
R
Rh
R
S
Ta thy góc khi là đi lng không ph thuc bán kính R.
Trng hp ti đnh O nhìn toàn b mt cu (α=180
0
) ta có góc khi ln nht Ω = 4π (Sr)
+ Tính góc khi chn din tích dS bé tu ý t đim O: khi đó ta coi dS là mt phng. Trên
dS ta ly đim M là trng tâm ca dS, sau đó v mt cu tâm O bán kính R=OM thì góc khi
Ω=
S
O
r =1
(
L
)
Hình 1.6_ nh ngha góc khi
S = Din
tích trên
m
t cu
R
O
R
kR
S
2
=k
2
S
S
1
Ω
Hình 1.7a
O
Hình 1.7b
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 14
nhìn din tích dS t O là :
2
dS.cos
d
R
α
Ω=
Trong đó α là góc hp bi vect pháp tuyn ca mt dS và OM, còn dS.cosα là hình
chiu ca dS lên phng OM. Do dS bé tu ý nên dS.cosα đc xem là din tích mà góc khi
chn mt cu.
2. Thông lng nng lng ca bc x á
nh sáng nhìn thy
Nng lng đin cung cp cho ngun sáng không phi bin đi hoàn toàn thành ánh sáng
mà bin đi thành nhiu dng nng lng khác nhau nh hóa nng, bc x nhit, bc x đin
t. Các bc x ánh sáng ch là mt phn ca bc x đin t do ngun phát ra. Di góc đ k
thut chiu sáng ta ch qua
n tâm đn nng lng bc x ánh sáng nhìn thy mà thôi, do đó
ngi ta đa ra khái nim thông lng nng lng ca bc x ánh sáng nhìn thy, đó là phn
nng lng bc x thành ánh sáng ca ngun sáng trong mt giây theo mi hng đc xác
đnh theo các công thc:
Ph ánh sáng liên tc :
∫
2
1
).(
λ
λ
λλ
dW
vi 380nm ≤ λ
1
, λ
2
≤ 780nm
Ph ánh sáng ban ngày (loi ph liên tc):
∫
nm
nm
dW
780
380
).(
λλ
Ph ánh sáng ri rc (quang ph vch):
∑
=
n
i
i
P
1
)(
λ
Trong đó : W(λ) là phân b ph nng lng ca ngun sáng (W/nm).
P(λ
i
) là mc nng lng ca tia đn sc th i phát ra t ngun sáng (W).
λ
i
là bc sóng ca tia đn sc th i tho mãn 380nm ≤ λ
i
≤ 780nm
n v đo ca thông lng là (W).
h
a a
R
α
Ω
Hình 1.7c
O
R
dS’
M
α
n
d
Ω
Hình 1.7d
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 15
3. Quang thông
- Khái nim:
Thông lng nng lng ca ánh sáng nhìn thy là mt khái nim có ý ngha quan trng
v mt vt lý. Tuy nhiên trong k thut chiu sáng
thì khái nim này ít đc quan tâm.
Tht vy, gi s có hai tia sáng đn sc màu
đ (λ=700nm) và màu vàng (λ=577nm) có cùng
mc nng lng tác đng đn mt ngi thì kt
qu nhn đc là mt ngi cm nhn tia màu đ
tt hn màu vàng. iu này c
ó th gii thích là do
s khúc x qua mt (vai trò là thu kính hi t)
khác nhau: các tia sáng có λ bé b lch nhiu và
hi t trc võng mc, các tia có λ ln thì li hi
t sau võng mc, ch có tia λ=555nm (vàng) là hi
t ngay trên võng mc. Trên c s này ngi ta
xây dng đng cong hiu qu ánh sáng V(
λ
)
ca mt ngi (hình 1.8). ng cong 1 ng vi
th giác ban ngày và đng cong 2 ng vi th giác ban đêm. Biu thc gn đúng ca đng
cong V(λ) đc cho trong ph lc cui sách, đng thi trong ph lc cng có bng giá tr
ca hàm V(λ).
Nh vy rõ ràng thông lng nng lng không th dùng trong k thut chiu sáng phc
v con ngi, do đó ngi ta phi đa vào mt đi lng mi trong đó ngoà
i W(λ) còn phi
k đn đng cong V(λ), đi lng này gi là quang thông và đc xác đnh nh sau:
Ngun sáng phát quang ph vch (đèn chiu sáng):
)(.)(.683
1
i
n
i
i
VP
λλ
∑
=
=Φ
Ngun sáng đn sc : Φ = 683.P(λ).V(λ) vi λ=const
Ngun sáng có quang ph liên tc
∫
=Φ
2
1
).().(683
λ
λ
λλλ
dVW
Ánh sáng ban ngày
780
380
683 ( ). ( ).
nm
nm
WVd
λ
λλ
Φ=
∫
Trong các công thc trên :
n là tng s tia sáng đn sc do ngun phát ra
P(λ
i
) là mc nng lng ca tia đn sc th i (W).
W(λ) là phân b ph nng lng ca các tia sáng liên tc (W/nm)
λ
i
là bc sóng ca tia đn sc th i (nm).
683 lm/W là hng s vt lý xut phát t đnh ngha đn v cng đ sáng (Cadela),
biu th s chuyn đi đn v nng lng sang đn v cm nhn th giác. Giá tr 683 đc
đa vào đ to ra giá tr tng đng vi đnh ngha c ca cadela.
λ
1
và λ
2
là gii hn bc sóng (cn di và trên) ca quang ph liên tc.
- Ý ngha: V bn cht, quang thông cng chính là nng lng nhng đây đn v tính
không phi bng Oát mà bng Lumen. ây là đi lng rt quan trng dùng cho tính toán
chiu sáng, th hin phn nng lng mà ngun sáng bc x thành ánh sáng ra toàn b không
gian xung quanh. thy rõ s khác nhau gia Oát và Lumen ta có s so sánh sau:
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
,
0
400 450 500 550 600 650 700 nm
Hình 1.8
1
2
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 16
Gi s có mt ngun sáng công sut 1W bin đi toàn b công sut này thành ánh sáng
nhìn thy. Nu ánh sáng nó phát ra là mt tia đn sc λ=555nm (màu vàng) s cho quang
thông 683 lm nhng nu ánh sáng phát ra là quang ph liên tc vi nng lng phân b đu
thì quang thông khong 179 lm (xem ph lc 1).
- Ký hiu: Φ (ký hiu ch cái Hy Lp, đc là phi)
- n v: Lm (Lumen). Lumen là quang thông do ngun sáng phát ra trong mt góc khi
bng 1 Sr.
- Ví d giá tr quang thông mt s ngun sáng thông dng:
+ Xét mt ngun sáng đim có
cng đ sáng I không đi theo mi phng thì quang
thông là :
IId
π
π
4
4
0
=Ω=Φ
∫
+ Thit b dùng đ đo quang thông gi là Lumen k.
+ Quang thông do mt tri gi xung trái đt là 145.10
17
lm.
4. Quang hiu
- nh ngha: Quang hiu là t s gia quang thông do ngun sáng phát ra và công sut
đin m
à ngun sáng tiêu th.
- Ý ngha: Trong k thut chiu sáng ngi ta không dùng khái nim hiu sut theo ngha
thông thng (tính theo t l %) mà s dng khái nim quang hiu. Quang hiu th hin đy
đ kh nng bin đi nng lng mà ngun sáng tiêu th thành quang nng.
Mt s tài liu gi khái nim này là hiu sut ca ngun sáng. Tuy nhiê
n, nu ta s dng
khái nim hiu sut thì s liên tng đn t l % (giá tr ≤ 1) gia các đi lng cùng đn v
đo. Trái ngc hoàn toàn vi quan nim v hiu sut, quang hiu li có giá tr ln hn 1 rt
nhiu và là t s ca 2 đn v đo khác nhau (lm/W) do đó vic dùng khái nim hiu sut là
không hp lý.
- Ký hiu: η (Ch cái Hy Lp, đc là êta)
- n v: lm/W (lumen/Oát)
- Ví d: Q
uang hiu mt s ngun sáng thông dng (theo tài liu Schréder nm 2006)
Ngun sáng Công sut (W) Quang thông (Lm) Quang hiu (Lm/W)
Bóng đèn dây tóc 100 1500 15
Bóng hunh quang 36 2600 80
Bóng compact 20 1200 60
Bóng cao áp thy ngân 250 13000 52
Bóng cao áp MetalHalide 250 20000 80
Bóng cao áp Sodium 250 27000 108
5. Cng
đ sáng
- Khái nim:
+ Xét trng hp mt ngun sáng đim đt ti O và ta quan sát theo phng Ox. Gi dΦ
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 17
là quang thông phát ra trong góc khi dΩ lân cn phng Ox. Cng đ sáng ca ngun theo
phng Ox đc đnh ngha là :
Ω
Φ
=
d
d
I
+ Cng đ sáng I ca ngun ph thuc vào
phng quan sát. Trong trng hp đc bit, nu I
không thay đi theo phng (ngun đng hng), ta
có quang thông phát ra trong toàn không gian là:
4
I
π
Φ= .
- Ý ngha : Cng đ sáng là đi lng quang hc
c bn, các đi lng quang hc khác đu là đi
lng dn sut xác đnh qua cng đ sáng.
- Ký hiu : I (Vit tt ca ting Anh là Intensity : cng đ)
- n v :
+ Cd (cadela). Cadela có ngha là “ngn nn”, đây là mt trong 7 đn v đo lng c bn
(m, kg, s, A, K, mol, cd)
+ nh ngha Cd (t tháng 10-1979): “Cadenla là cng đ sáng theo mt phng đã ch
o
ca ngun phát bc x đn sc có tn s 540.10
12
Hz (λ=555mm) và cng đ nng lng
theo phng này là 1/683 W/Sr”
- Ví d :
+ èn si đt 40W/220V có I= 35 Cd (theo mi hng)
+ Ngn nn có I=0,8 Cd (theo mi hng).
+ Theo đnh ngha vi ngun sáng đn sc λ=555nm thì 1W=683lm. Nu ngun sáng
đn sc có λ≠555nm thì 1W=683.V(λ). Ví d : ngun sáng đn sc có λ=650nm thì
1W=683.0,2=136,6 lm.
6. ri
- Khái nim: Gi thit mt S đ
c ri sáng bi mt ngun sáng. ri ti mt đim nào
đó trên mt S là t s
dS
d
E
Φ
= , trong đó dΦ là quang thông toàn phn do ngun gi đn din
tích vi phân dS lân cn đim đã cho.
Nu mt S đc chiu sáng đu vi tng quang thông gi đn S là Φ thì đ ri ti mi
đim trên mt S là
E
S
Φ
=
- Ký hiu : E
- n v: Lux hay Lx (đc là luych)
Lux là đn v đo đ chiu sáng ca mt b mt. chiu sáng duy trì trung bình là các
mc lux trung bình đo đc ti các đim khác nhau ca mt khu vc xác đnh. Mt lux bng
x
d
Ω
I
d
Φ
O
Hình 1.9
n
O
dS
M
d
Ω
α
I
dSc
os
α
Hình 1.11
Hình 1.10_nh ngha đ ri
dS
d
Φ
S
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 18
mt lumen trên mi mét vuông.
- Ý ngha: Th hin lng quang thông chiu đn 1 đn v din tích ca mt b mt đc
chiu sáng, nói cách khác nó chính là mt đ phân b quang thông trên b mt chiu sáng.
- nh lut t l nghch bình phng :
Xét mt ngun sáng đim O, bc x ti mt nguyên t hình tròn dS có tâm M cách O mt
khong r. Cng đ sáng ca ngun theo phng OM là I (hình 1.11). Do dS khá nh nên
xem là mt phng, do đó ta gi
→
n là pháp tuyn ca dS và α là góc gia (
→
n , OM). Ta có công
thc đ ri:
⇒=
Ω
=
Φ
=
dS
r
dSI
dS
dI
dS
d
E
.
cos
2
α
Công thc này cho thy đ ri trên b mt nào đó ph thuc vào khong cách r và đ
nghiêng ca mt so vi phng quan sát và nó đc s dng ch yu trong các tính toán
chiu sáng. ây chính là công thc ca đnh lut t l nghch bình phng.
- Mt s giá tr đ ri thng gp:
* Tra nng không mây 100.000 lux
* êm trng tròn không mây 0,25 lux
* Ban đêm vi h thng chiu sáng công cng 10-30 lux
* N
hà bình thng ban đêm: 159-300lux
* Phòng làm vic: 400-600lux.
7. sáng (còn gi là đ trng
):
- Khái nim: Cho mt mt phát sáng S có kích thc
gii hn (có th là b mt ca ngun sáng hoc b mt
vt phn x ánh sáng,…). sáng ti mt đim nào đó
trên mt S là t s
d
R
dS
Φ
=
, trong đó dΦ là quang thông
do phn t dS (lân cn đim đã cho) phát ra theo mi
hng.
Mt phát sáng đu là mt có đ trng nh nhau mi đim ca mt
- c đim và ý ngha:
+ trng đc trng cho s phát sáng theo mi phng ca vt phát sáng (bao gm
ngun sáng và ánh sáng phn x ca vt đc chiu sáng).
+ Xét v công thc tính và th nguyên thì đ trng ging đ ri nhng đ ri xét b
mt vt đc chiu sáng bi ngun sáng khác còn đ trng xét b mt ca vt m
à bn thân nó
phát sáng. n v ca đ ri là Lux cng khác đn v đ trng là Lm/m
2
.
+ Ngun sáng đây cn hiu theo ngha rng hn là "mt phát sáng" bao gm ngun phát
ra ánh sáng và ngun ánh sáng phn x ca vt đc chiu sáng.
+ ri E trên b mt đc chiu sáng không ph thuc vào h s phn x b mt nhng
đ trng ca b mt đc chiu sáng thì ph thuc vào h s phn x b mt.
- Ký hiu: R
- n v: Lm/m
2
là đ trng ca mt ngun sáng hình cu có din tích mt ngoài 1m
2
phát
ra quang thông 1 Lumen phân b đu theo mi phng.
α
cos.
2
r
I
E
=
Hình 1.12_nh ngha đ sáng
dS
dΦ
S
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 19
8. chói
- Khái nim:
+ Hai bóng đèn si đt hình tròn công sut 40W
thì có cùng quang thông. Mt bóng thy tinh trong,
mt bóng thy tinh m thì bóng thy tinh trong s gây
chói mt hn. iu này đc gii thích là: vi bóng
thu tinh m, tia sáng bc x t ngun khi đp vào b
mt thu tinh m (v bóng đèn), nó b tán x theo
nhiu hng và cng đ sáng theo mt hng nht
đnh gim đi so vi cng đ ca tia ti do đó ít chói
hn > đ chói ph thuc vào cng đ sáng.
Mt khác vi đèn pha xe máy nu nhìn trc din
ta thy chói mt nhng nu nhìn nghiêng mt góc nào
đó thì s bt chói mt hn > đ chói ph thuc vào
phng quan sát, đc đc trng bng din tích biu
kin ca mt phát sáng theo phng quan sát.
T nhng nhn xét trên ta thy cn thit phi đa
ra khái nim đ chói ph th
uc vào cng đ sáng ca ngun và din tích biu kin ca mt
phát sáng.
+ Mt ngi đt ti đim O quan sát b mt phát sáng dS theo phng OM. B mt dS
nghiêng mt góc α so vi phng OM. Gi dI là cng đ sáng phát ra bi dS theo phng
OM thì ta có đnh ngha đ chói là
α
cos.d
S
dI
L
= .
- Ý ngha:
+ Th hin mt đ phân b cng đ sáng phát ra t mt đn v din tích ca b mt đó
theo mt hng xác đnh đn mt ngi quan sát.
+ chói ph thuc vào tính cht phn quang ca b mt và hng quan sát (không ph
thuc vào khong cách t mt đó đn đim quan sát).
+ Nhìn chung mi vt th đc chiu sáng ít nhiu đu phn x ánh sáng (đóng vai trò
nh ngun sáng th cp) nê
n cng có th gây ra chói mt ngi. Ví d ban đêm ánh sáng ht
lên t mt đng nha đc chiu sáng cng có th làm chói mt ngi lái xe.
+ chói đóng vai trò rt quan trng khi thit k chiu sáng, là c s khái nim v tri
giác và tin nghi nhìn.
+ chói trung bình ca mt đng là tiêu chun đu tiên đ đánh giá cht lng ca
chiu sáng đ
ng ph.
- Ký hiu: L
- n v: Cd/m
2
. 1 Cd/m
2
là đ chói ca mt mt phng phát sáng đu có din tích 1 m2
và có cng đ sáng 1 Cd theo phng vuông góc vi ngun đó.
- Ví d v đ chói mt s b mt:
+ B mt đèn hunh quang: 5.000-15.000cd/m
2
+ B mt đng nha chiu sáng vi đ ri 30lux có đ chói khong 2cd/m
2
+ Mt tri mi mc : khong 5.10
6
Cd/m
2
+ Mt tri gia tra : khong 1,5 – 2.10
9
Cd/m
2
9. Nhit đ màu:
Nhit đ màu
ca mt ngun sáng đc th hin theo thang Kelvin (K) là biu hin màu
sc ca ánh sáng do nó phát ra. Tng tng mt thanh st khi ngui có màu đen, khi nung
dScos
α
dS
α
n
dI
O
M
Hình 1.13_nh ngha đ chói
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 20
đu đn khi nó rc lên ánh sáng da cam, tip tc nung nó s có màu vàng, và tip tc nung
cho đn khi nó tr nên “nóng trng”. Ti bt k thi đim nào trong quá trình nung, chúng ta
có th đo đc nhit đ ca thanh thép theo đ Kelvin (
0
C + 273) và gán giá tr đó vi màu
đc to ra.
i vi đèn si đt, nhit đ màu chính là nhit đ bn thân nó. i vi đèn hunh
quang, đèn phóng đin (nói chung là các loi đèn không dùng si đt) thì nhit đ màu ch là
tng trng bng cách so sánh vi nhit đ tng ng ca vt đen tuyt đi b nung nóng.
Khi nói đn nhit đ màu ca đèn
là ngi ta có ngay cm giác đó là ngun sáng “m”,
“trung tính” hay là “mát”. Nói chung, nhit đ càng thp thì ngun càng m, và ngc li.
d hình dung điu này ta xét mt s giá tr nhit đ màu sau đây:
2500
0
K - 3000
0
K Lúc mt tri ln, đèn si đt
4500
0
K - 5000
0
K Ánh sáng ban ngày quang mây
6000
0
K - 10.000
0
K Ánh sáng khi tri nhiu mây (ánh sáng lnh)
Khi thit k chiu sáng cn phi chn nhit đ màu ca ngun sáng phù hp vi đc đim
tâm-sinh lý ngi, đó là vi đ ri thp thì chn ngun sáng có nhit đ màu thp và ngc
li vi yêu cu đ ri cao thì chn các ngun sáng "lnh" có nhit đ màu cao. c đim sinh
lý này đã đc Kruithof chng minh. Qua các công trình nghiên cu ca mình, ông đã xây
dng đ
c biu đ Kruithof làm tiêu chun đu tiên la chn ngun sáng ca bt k đ án
thit k chiu sáng nào (tt nhiên sau đó còn có các tiêu chun khác).
Trong biu đ Kruithof, vùng gch chéo gi là vùng môi trng ánh sáng tin nghi. Vi
mt đ ri E (lux) cho trc, ngi thit k chiu sáng phi chn ngun sáng có nhit đ màu
nm trong min gch chéo đ đm bo không nh hng đn tâm
-sinh lý ca con ngi, nu
không đm bo điu kin này s gây ra hin tng "ô nhim ánh sáng", có th gây tn hi đn
sc khe.
10. hoàn màu (còn gi là ch s th hin màu):
Cùng mt vt nhng nu đc chiu sáng bng các ngun sáng đn sc khác
nhau thì mt
s cm nhn màu ca vt khác nhau, tuy nhiên bn cht màu sc ca vt thì không h thay
đi. Ví d mt t giy bình thng màu đ, nu đt trong bóng ti nó có th có màu xám, tuy
nhiên ta vn nói đó là t giy màu đ.
Nh vy cht lng ánh sáng phát ra ca ngun sáng còn phi đc đá
nh giá qua cht
lng nhìn màu, tc là kh nng phân bit màu sc ca vt đt trong ánh sáng đó. đánh giá
Hình 1.14_ Biu đ Kruithof
Vùng môi
trng
tin nghi
50 100 200 300 400 500 1000 1500 2000
ri (Lux)
Nhit đ
màu
(
0
K
)
7000
6000
5000
4000
3000
2000
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 21
s nh hng ánh sáng (do ngun phát ra) đn màu sc ca vt, ngi ta dùng ch s đ hoàn
màu hay còn gi là ch s th hin màu ca ngun sáng, ký hiu CRI (Color Rendering
Index). Nguyên nhân s th hin màu ca vt b bin đi là do s phát x ph ánh sáng khác
nhau gia ngun sáng và vt đc chiu sáng.
Ch s CRI ca ngun sáng thay đi theo thang chia t 0 đn 100. Giá tr CRI=0 ng vi
ngun á
nh sáng đn sc khi làm bin đi màu ca vt mnh nht, CRI=100 ng vi ánh sáng
mt tri khi màu ca vt đc th hin thc cht nht. Nói chung ch s CRI càng cao thì cht
lng ngun sáng đc chn càng tt. d áp dng trong k thut chiu sáng, ngi ta chia
CRI thành 4 thang cp đ sau:
Bng phm vi ng dng ca các nhóm hoàn màu
Nhóm
hoàn màu
Ch s hoàn
màu CRI
Cht lng
nhìn màu
Cht lng nhìn màu và phm vi ng dng
1A CRI > 90 Cao
Công vic cn s hoàn màu chính xác, ví d
vic kim tra in màu, nhum màu, xng v
1B 80 < CRI < 90 Cao
Công vic cn đánh giá màu chính xác hoc
cn có s hoàn màu tt vì lý do th hin, ví d
chiu sáng trng bày
2 60 < CRI < 80 Trung bình Công vic cn s phân bit màu tng đi
3 40 < CRI < 60 Thp
Công vic cn phân bit màu sc nhng ch
chp nhn biu hin s sai lch màu sc ít
4 20 < CRI < 40 Thp Công vic không cn phân bit màu sc
i vi chiu sáng nhà dân thng ít quan tâm đn CRI, nhng gia đình có mc sng cao
mi chú ý đn tiêu chun này và tt nhiên khi đó môi trng sng s tin nghi hn kèm theo
chi phí đu t tng lên.
i vi chiu sáng đng ph ch có mc đích đm bo an toàn giao thông là chính hn
na chi phí đu t ban đu khá ln nên gn nh không quan tâm đn ch s CRI.
Cui cùng cn lu ý: chúng ta rt d b nhm ln gia nhit đ m
àu và đ hoàn màu, do
đó đây cn nhc li: nhit đ màu biu th màu sc ca ngun sáng - là ni ánh sáng phát ra,
còn đ hoàn màu biu th đ chính xác màu ca ngun khi chiu lên vt th.
1.4. Các đnh lut qua
ng hc và ng dng trong k thut chiu sáng :
1. S phn x:
a) S phn x đu:
- Hin tng nà
y tuân theo đnh lut quang hình đã nghiên cu trong giáo trình Vt lý đi
cng: Góc ti ca tia sáng chiu lên b mt phn x bng góc phn x. S phn x đu đc
đc trng bng h s phn x đu ρ
pxđ
=
p
xd
i
Φ
Φ
< 1, trong đó Φ
pxđ
, Φ
i
ln lt là quang thông
phn x đu và quang thông ri ti din tích b mt đang xét.
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 22
- ng dng :
S phn x đu là trng hp phn x lý tng, xy ra trên các vt liu rt mn, nhn
tuyt đi. Hin tng này đc dùng trong nghiên cu ch to tm phn quang (đ điu khin
phân b ánh sáng theo ý mun) hoc tính toán đ chói b mt các vt liu mn, phng có phn
x đu.
b) S phn x kh
uych tán
- Hin tng này không tuân theo đnh lut quang hình. c đim là khi có tia sáng chiu
đn b mt phn x khuych tán, các tia sáng phân b phn x đi theo nhiu hng khác
nhau. u mút các vect cng đ sáng phn x nm trên mt mt cong nào đó. S phn x
khuych tán đc đc trng bng h s phn x khuych tán ρ
pxkt
=
pxkt
i
Φ
Φ
< 1, trong đó Φ
pxkt
,
Φ
i
ln lt là quang thông khuych tán và quang thông ri ti din tích b mt đang xét.
Trong thc t, trên b mt các vt liu luôn xy ra đng thi hai hin tng phn x đu và
phn x khuych tán do đó ngi ta đnh ngha h s phn x hn hp ρ
px
= ρ
pxđ
+ ρ
pxkt
=
pxd pxkt
i
Φ+Φ
Φ
<1.
- Phân loi :
+ Phn x khuych tán đu: u mút các vect cng đ sáng phn x nm trên mt mt
cu tip xúc vi mt phn x và có tâm nm trên đng vuông góc vi mt phn x. Hin
tng này tuân theo đnh lut Lambert và đc nghiên cu ng dng trong k thut chiu
sáng (s trình bày phn di).
+ Phn x khuych tán kiu hn hp: các vect cng đ sáng phn x là hn hp ca
hin tng phn x đu và phn x khuych
tán đu.
+ Phn x khuych tán kiu phân tán: u mút các vect cng đ sáng phn x nm trên
mt mt cong có hình dng bt k.
- ng dng : Trng hp phn x khuych tán là loi phn x hay gp trong thc t, đc
nghiên cu đ tính toán đ chói mt đng, mt sàn (đng nha, đng bêt
ông, tng xây,
b mt vt liu xây dng, sàn nhà,…).
2. S truyn x :
a) S truyn x đu:
- Hin tng nà
y tuân theo đnh lut quang hình đã nghiên cu trong giáo trình Vt lý đi
cng. Ch lu ý tia sáng ra khi vt liu dng tm đng nht thì song song vi tia ti. S
u
i =
r
i
r
n
Phân tán
n
I
n
Khuych tán đu
I
α
= I
n
.cosα
I
α
α
n
Khuych tán hn hp
I
α
= I
n
.cosα và i = r
I
α
α
n
I
r
r
i
I
n
Hình 1.15_ Các hin tng phn x
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 23
truyn x đu đc đc trng bng h s truyn x đu ρ
txđ
=
txd
i
Φ
Φ
< 1, trong đó Φ
txđ
, Φ
i
ln
lt là quang thông truyn x đu và quang thông ri ti din tích b mt đang xét.
- ng dng : Nghiên cu ch to kính bo v phng cho b đèn, ch to bóng đèn bng
thu tinh trong sut (bóng đèn si đt, ng phóng đin,…).
b) S truyn x khuych tán:
- Hin tng này không tuân theo đnh lut quang hình. c đim là khi có tia sáng chiu
đn b mt tru
yn x khuych tán, các tia sáng phân b truyn đi theo nhiu hng khác
nhau. u mút các vect cng đ sáng truyn x nm trên mt mt cong nào đó. S truyn
x khuych tán đc đc trng bng h s truyn x khuych tán ρ
txkt
=
txkt
i
Φ
Φ
< 1, trong đó
Φ
txkt
, Φ
i
ln lt là quang thông truyn x khuych tán và quang thông ri ti din tích b mt
đang xét. Trong thc t, trên b mt các vt liu luôn xy ra đng thi hai hin tng truyn
x đu và truyn x khuych tán do đó ngi ta đnh ngha h s truyn x hn hp ρ
tx
= ρ
txđ
+ ρ
txkt
<1
- Phân loi :
+ Truyn x khuych tán đu: u mút các vect cng đ sáng truyn x nm trên mt
mt cu tip xúc vi mt truyn x và có tâm nm trên đng vuông góc vi mt truyn x.
Hin tng này tuân theo đnh lut Lambert và s đc nghiên cu ng dng trong k thut
chiu sáng (s trình bày phn di).
+ Truyn x khuych tán kiu hn hp: các vect cng đ sáng truyn x là hn hp ca
hin tng truyn x đu và truyn x khuych tán đu.
+ Truyn x khuych tán kiu phân tán: u mút các vect cng đ sáng truyn x nm
trên mt mt cong có hình dng bt k.
- ng dng : Hiên tng truyn x khuych tán đc nghiên cu đ ch to kính bo v
đèn truyn ánh sáng kiu khuych tán (kính m, kính c
ó các ht trng nh,…) nhm gim đ
chói cho ngi quan sát, nghiên cu ch to bóng đèn m (đèn tuyp, đèn sn m,…)
3. S khúc
x:
Phân tán
u
i =
r
i
r
n
n
I
n
Khuych tán đu
I
α
= I
n
.cosα
I
α
α
n
Khuych tán hn hp
I
α
= I
n
.cosα và i = r
I
α
α
n
I
r
r
i
I
n
i
Hình 1.16_Các hin tng truyn x
Bài ging K thut chiu sáng đô th
Nguyn Mnh Hà - Trng i hc Kin trúc à Nng 24
Khúc x là hin tng thay đi hng ca các tia sáng liên tip qua các tit din lng
kính.
Trong k thut chiu sáng, đa s kính bo v các b đèn có dng phng, tuy nhiên kính bo v
ca mt s b đèn li đc ch to dng rng ca ( mt trong) nhm mc đích phân tán ánh
sáng đ gim đ chói. Thông thng góc đnh ca rng ca đ
c nghiên cu rt k đ khúc
x ánh sáng theo mc đích cho trc. Nu góc đnh bng 90
0
thì ta gi đó là b đèn “hình t
ong
”.
Gi i
1
là góc gia pháp tuyn mt trong và tia ti (gi s tia ti vuông góc vi mt ngoài)
i
4
là góc gia pháp tuyn mt ngoài vi tia ra khi kính đèn.
n là chit sut vt liu làm kính.
α là góc đnh.
Ta có quan h gia góc ti và góc ca tia ra là
4
cos
2
sin . os arcsin
2
inc
n
α
α
⎛⎞
⎛⎞
⎜⎟
⎜⎟
=+
⎜⎟
⎜⎟
⎜⎟
⎜⎟
⎜⎟
⎝⎠
⎝⎠
vi n=1,6 (thu tinh), khi : α=30
0
thì i
4
=80
0
α=90
0
thì i
4
=30
0
α=150
0
thì i
4
=09
0
Nh vy góc đnh s cho phép điu chnh hng ca tia sáng
4. S che chn:
B phn che chp ca mt b đèn ch
iu sáng thng ch to bng các vt liu màu đen
hoc vt liu m nhm ngn cn mt ngi nhìn trc tip gây ra lóa mt, nó còn có tác dng
chng hi m và các vt l bên ngoài xâm nhp vào bên trong đèn. Phm vi che chn đc
đc trng bng góc gia đng thng đng đi qua tâm ngun sáng và phng mà mt ngi
bt đu nhìn không b lóa mt (hoc không nhìn thy ngun sáng).
5. S hp t
h:
Khi ánh sáng chiu vào bt k vt liu nào cng b hp th mt phn nng lng. Mc đ
hp th ít hay nhiu ph thuc vào mt s yu t nh: loi vt liu, bc sóng ca tia sáng
(màu) và góc chiu ca tia sáng vào vt liu.
đc trng cho s hp th ánh sáng ca vt liu ngi ta đa ra khái nim h s hp th
i
1
Mt trong
α
i
4
Kính đèn
Tia ti
Mt ngoài
Tia ló
Hình 1.17_ Hin tng khúc x