Giáo trình mạng điện 2009

chơng 1 .- các

khái niệm cơ bản

1.1.- Bức xạ, ánh sáng và màu sắc.
1.- Khái niệm về bức xạ.
Mọi vật thể khi ở nhiệt độ lớn hơn không độ tuyệt đối ( 0K ) sẽ không ngừng bức xạ
năng lợng vào không gian chung quanh nó dới dạng sóng điện từ.
Bức xạ điện từ là hiện tợng lan truyền đồng thời theo đờng thẳng của điện trờng
( biểu diễn bằng vectơ cờng độ điện trờng E ) và từ trờng ( biểu diễn bằng vectơ từ cảm B ).
Các trờng này có tính chất sau :
- Sự phân bố trờng theo phơng truyền, ký hiệu x là xoay chiều hình sin, có bớc sóng
và tiến hành trong hai mặt phẳng vuông góc sao cho x , E , B tạo nên một tam diện
thuận.
- Các biên độ của trờng tại một điểm tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm đó đến nguồn
phát.
- Sự phân bố trờng điện từ ở xa nguồn có biên độ suy giảm, có vận tốc phụ thuộc vào
môi trờng truyền sóng, còn gọi là vận tốc truyền hay vận tốc pha ; do vậy ở một điểm đã cho
trong không gian trờng điện từ có tần số dao động .
Một nguồn bức xạ bất kỳ ( ví dụ mặt trời ) phát vô số bức xạ :
- Số phơng xung quanh nguồn là vô hạn.
- Với mỗi phơng x có vô số mặt phẳng có thể chứa E và B .
- Trong mỗi cặp mặt phẳng chứa E và B có vô số sóng điện từ gọi là sóng phẳng
có bớc sóng .
Trờng hợp đơn giản nhất : sóng điện từ phẳng, bớc sóng , lan truyền trong chân
không ( hoặc không khí ). Trong trờng hợp này hai trờng biến thiên cùng pha với vận tốc
truyền là C = 3.108 m/s . Một cách tự nhiên suy ra : C = . .
Hình 1.1 minh hoạ sự phân bố điện trờng và từ trờng ở một thời điểm đã cho tại hai vị
trí của phơng truyền một sóng phẳng trong chân không hoặc trong không khí.
Đó là các sóng có bớc sóng thay đổi trong một phạm vi rất rộng, từ 10-10m đến 2 ữ 3 km.
Nh vậy năng lợng điện từ đợc truyền tải quan hệ với tích vectơ E B và thể hiện bằng

các lợng tử hữu hạn tuân theo các định luật cơ học lợng tử. Các sóng này cũng mang theo
những hạt năng lợng cực nhỏ, gọi là các Photon năng lợng :
W = h.
trong đó : h - là hằng số Planck và h = 6,6 . 10 -34 J/Hz .


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

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

trong đó 1 àm = 10-6 m ; 1 nm = 10-9 m ; 1 A = 10-10 m .
2.- Khái niệm về ánh sáng.
ánh sáng là sóng điện từ có bớc sóng nằm trong khoảng 380 nm đến 780 nm. ánh sáng
đợc chia thành : ánh sáng đơn sắc và ánh sáng phức hợp.
Hay nói cách khác bức xạ trong một phạm vi bớc sóng rất hẹp từ 380 nm đến 780 nm
( 1 nanomet = 10 -9 m ) gây ra trong mắt chúng ta ( mắt - não con ng ời ) cảm giác sáng và
đợc gọi là ánh sáng.

Hình 1.2.- Dải phổ sóng điện từ.

ánh sáng gồm một tổng hữu hạn các tia sáng có bớc sóng khác nhau và khi quan sát
thấy trên màn một phổ vạch theo các giá trị khác nhau ứng với các màu đơn sắc gọi là
ánh sáng đơn sắc , nó chỉ có một màu thuần khiết. Hay ánh sáng đơn sắc là sóng điện từ chỉ


chứa một bớc sóng xác định. Thực tế coi bức xạ có dải tần hẹp là ánh sáng đơn sắc. Ví dụ :
Laser là nguồn bức xạ ánh sáng đơn sắc nhân tạo.
Nếu ánh sáng là sự pha trộn liên tục ( hỗn hợp liên tục ) của tất cả các bớc sóng ( trong
phạm vi từ 780 nm đến 380 nm ) với liều lợng khác nhau, chúng ta sẽ có một phổ ánh sáng
liên tục chuyển từ màu này sang màu khác. Sự pha trộn của tất cả các màu tự nhiên tạo nên
một ánh sáng không màu hay còn gọi là ánh sáng trắng. Nh vậy ánh sáng trắng hay ánh
sáng phức hợp là tập hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc. Đặc trng cho ánh sáng đơn sắc là sự
phân bố năng lợng theo tần số ( đặc tính phổ của ánh sáng ). Trong thiên nhiên chủ yếu là ánh
sáng phức hợp.

Trên hình 1.1a biểu diễn phổ của bốn nguồn sáng trắng khác nhau : đèn nung sáng
(A), ánh sáng ban ngày khi trời trong (B) và khi trời đầy mây (C), ánh sáng của đèn Xênon (W).
ánh sáng W có đặc điểm là năng lợng bằng nhau trong toàn phạm vi bớc sóng ánh sáng.
Phổ của một ánh sáng cũng có thể không liên tục hay gọi là phổ vạch, ví dụ nh ánh
sáng của một loại đèn phóng điện ( hình 1.3.b ).
Hình 1.3.- Phổ của ánh sáng
a.- Phổ liên tục ( ánh sáng
trắng ) ;
b.- Phổ vạch ( đèn phóng
điện MEF , MAZDA ).
A.- Của đèn nung sáng ;
B.- ánh sáng ban ngày khi
trời trong ;
C.- ánh sáng ban ngày khi
trời đầy mây ;
W.- Của đèn hơi Xenon.

a)

b)

3.- Khái niệm về màu sắc.
Màu sắc thực chất là ánh sáng có bớc
sóng khác nhau và do sự cảm nhận của mắt
ngời với các phổ tần khác nhau cho ta cảm
giác về màu sắc ( hình 1.4). Chúng ta có thể
xem xét màu sắc khác nhau của một nguồn
sáng khi cho ánh sáng chiếu qua một lăng
kính thuỷ tinh hoặc thạch anh theo thí nghiệm
nổi tiếng của Newton, tơng tự nh hiện tợng

cầu vồng ta thờng thấy khi ánh sáng mặt trời
bị khúc xạ qua một đám ma - đó là một lăng
kính tự nhiên.Với mỗi bớc sóng lăng kính thể
hiện nh một vật liệu có chiết suất khác nhau
và do đó mỗi bức xạ đơn sắc bị lệch càng
lệch càng nhiều khi bớc sóng của nó càng nhỏ.

Hình 1.4.- Dải phổ của màu sắc.

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


Mắt có vai trò nh một hệ thống quang điện, nh một tế bào quang điện. Cụ thể mắt là
một thiết bị thu nhận ánh sáng theo từng dải rất hẹp trong phạm vi 780 nm đến 380 nm..
ánh sáng kích thích lên võng mạc, gây ra các xung dòng điện ở các tế bào nhạy cảm với ánh
sáng, các xung này có biên độ không đổi nhng có tần số lặp lại, các xung sẽ truyền theo dây
thần kinh thị giác đa đến não. Quá trình gia công các xung này thực hiện tại tế bào trung gian,
quá trình giải mã thực hiện ở não. Nh vậy khi mắt ngời thu nhận ánh sáng trong mỗi dải hẹp đó
cho ta một cảm giác màu sắc khác nhau chuyển đổi vô cùng tinh tế từ màu đỏ sang màu tím,
mà rất khó chỉ định chính xác bớc sóng giới hạn giữa chúng.
Xin dẫn ra dới đây bảng chia giới hạn các màu của CIE ( commission Internationale
de lEleclairage Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng ), trong đó ghi rõ các b ớc sóng giới hạn và bớc
sóng cực đại của các màu cơ bản nhất.
, 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 và sự cảm thụ ánh sáng, màu sắc.
1.- Cấu tạo của hệ thống thị giác.
Khó khăn chủ yếu của việc chiếu sáng đã làm trở ngại việc nghiên cứu trực tiếp bằng
các định luật vật lý tổng quát là ở chỗ con mắt. Đây là công cụ thu các ấn tợng thị giác biến đổi

theo quy luật không tuyến tính và biến thiên theo thời gian các ấn tợng quang học thành các tín
hiệu có nguồn gốc điện để cho phép bộ óc tái tạo lại hiện tợng gọi là thị giác .
Do vậy, đứng trớc sự chênh lệch rất lớn về khả năng của con mắt liên quan đến tuổi tác
và khuyết tật của mắt chỉ cần lu ý con mắt quốc tế nh C.I.E đã định nghĩa vào năm 1924,
đối với ngời quan sát quy chiếu trung bình dới 30 tuổi.
Hệ thống thị giác là cơ quan thu nhận mọi
tin tức trông thấy từ thế giới bên ngoài nh kích
thứơc, hình dáng, màu sắc của các vật trong
không gian. Hệ thống thị giác gồm có mắt và hệ
thống thần kinh thị giác.
Mắt ngời là một cơ quan cảm thụ ánh
sáng có khả năng chuyển đổi không tuyến tính
và thay đổi theo thời gian các kích thích quang
học thành các tín hiệu điện để truyền lên não và
tạo nên ở đó một hiện tợng gọi là : sự nhìn .
Trên hình 1.5 giới thiệu một con mắt bổ dọc.

Hình 1.5.- Cấu tạo mắt ngời.

Mắt bao gồm : giác mạc, thuỷ tinh thể, thuỷ tinh dịch, võng mạc. Phần lớn ánh sáng đợc
hội tụ tại điểm vàng trên võng mạc, nơi mật độ các tế bào thần kinh thị giác lớn nhất. 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 và phân biệt mằu sắc của ánh sáng.


Hình 1.6.- Góc độ tính từ điểm vàng.

Nếu ví mắt ngời nh một máy ảnh thì đó là một máy ảnh tự động cực kỳ tinh vi và chính
xác. Nó có thể tự động điều chỉnh độ cong của thuỷ tinh thể ( tơng ứng với sự thay đổi các kinh

quang học có tiêu cự khác nhau ) để các hình ảnh xa gần khác nhau rơi đúng ở võng mạc.
( hình 1.6 ). Những máy ảnh hiện đại nhất hiện nay đều cố gắng bắt chớc sự tự động điều
chỉnh này, nhng chỉ thực hiện đợc bằng cách thay đổi vị trí thấu kính nhờ bộ điều chỉnh cơ học.
Hiện tợng vừa nêu trên gọi là hiện tợng điều tiết của mắt.
2.- Đặc điểm của mắt ngời.
a.- Khả năng cảm quang.
Mắt ngời có thể nhận đợc ánh sáng chiếu tới có cờng độ yếu, mắt ngời có khả năng
phân biệt đợc màu sắc của vật thể.
b.- Khả năng phân biệt hai độ chói khác nhau thấp.
Khi đặt hai vật thể có độ chói khác nhau ở gần nhau thì mắt ng ời hoàn toàn có thể phân
biệt đợc ( đặc biệt mắt ngời phân biệt độ chói tốt hơn phân biệt màu sắc của tín hiệu hình nhiều
lần, đây là điều cần đặc biệt chú ý trong truyền hình màu ).
c.- Khả năng phân tích tốt.
Mắt ngời có thể phân biệt đợc các chi tiết ảnh nhỏ khi rút ngắn khoảng cách giữa chúng.
Góc nhìn ảnh nhỏ nhất mà mắt ngời có thể phân biệt đợc là 1 đến 1,5.
d.- Sự lu ảnh.
Khi mắt ngời nhìn vào một vật nào đó và hình ảnh của vật đó mất đi thì ảnh có thể lu lại
trên võng mạc sau khi chấm dứt là (1/24)s. Đó chính là hiện tợng lu ảnh trên võng mạc hay còn
gọi là quán tính của mắt.
3.- Sự nhìn ( sự giải mã hình ảnh ).
ở phía sau mắt, võng mạc đợc bao phủ bằng các tế bào thần kinh ( các tế bào quang
điện ) đợc liên hệ với não qua các dây thần kinh thị giác. Nhờ vậy, các tín hiệu thần kinh
( điện ) đợc truyền lên não tơng thích với các kích thích thị giác ( tín hiệu thần kinh ăn nhịp với
ánh sáng kích thích vào nó ).
Có hai loại tế bào thần kinh thị giác : loại hình nón và loại hình que , với độ nhạy
cảm ánh sáng khác nhau. Chúng phân bố không đều. Cụ thể :
Tế bào hình nón có khoảng 7 triệu tế bào, tập trung ở phần giữa, quanh hố trung tâm
của võng mạc, chỉ phản ứng với ánh sáng mạnh, hầu nh không phản ứng đối với ánh sáng yếu

và cho phép cảm thụ màu sắc. Sự nhìn sử dụng tế bào hình nón gọi là sự nhìn ban ngày hay
nhìn trung tâm.
Tế bào hình que có số lợng nhiều hơn ( khoảng 120 triệu ), nằm ở những phần còn lại
của võng mạc ( vùng chung quanh ), có lẫn lộn một số ít tế bào hình nón. Ngợc lại với tế bào
hình nón, tế bào hình que chỉ cảm thụ đợc ánh sáng thấp ( nh lúc hoàng hôn, dới ánh sáng
trăng ) và không cho cảm giác màu sắc ( vì vậy lúc hoàng hôn ta chỉ nhìn thấy nhà cửa một
màu xám ), chúng chỉ truyền các tri giác đen trắng. Sự nhìn đối với tế bào hình que gọi là sự
nhìn ban đêm hay nhìn ngoại vi .
Tất nhiên không có ranh giới rõ rệt đối với sự vận động của hai loại tế bào này. Chúng
làm việc nhiều hay ít tuỳ theo mức chiếu sáng nhất là trong miền thị giác là miền trung gian
giữa thị giác ban ngày và thị giác ban đêm.
Trong bảng 1.1 sẽ tóm tắt đặc điểm cảm thụ ánh sáng của mắt ngời.
Bảng 1.1.- Đặc điểm cảm thụ ánh sáng của mắt ngời.
Đặc điểm sinh lý
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 ở vàng lục
( = 555 nm ) giảm dần đến
tím và đỏ.
Tốt

Tốt

Nhìn ban đêm ( ngoại biên )
Hình que
Thấp
( dới 10 cd / cm2 )
Cực đại ở xanh lục
( = 510 nm ) giảm dần đến
tím và cam.
Không
Kém

Đặc biệt quan trọng trên võng mạc là một điểm nhỏ cạnh trục nhìn, có đờng kính
khoảng 1 mm ( tơng ứng với góc nhìn 2 ) gọi là điểm vàng. Giữa điểm vàng có một hố trung
tâm, kích thớc tơng ứng với góc nhìn 1 ( đủ nhìn một ngôi nhà năm tầng cao 15 m ở xa 1
km ). Tại đây các tế bào cảm quang nằm dày đặc vì vậy hình ảnh nếu rơi vào đây sẽ rõ nét
nhất. Cũng chính vì vậy, tuy ta có thể nhìn thấy trong phạm vi góc nhìn đến 50 ữ 60 ( so với
trục nhìn, xem mục 1.2.e ), nhng muốn nhìn rõ nét một vất nhất thì ta phải quay đầu để đa hình
ảnh vào đúng hố trung tâm trên võng mạc.
Khi chuyển từ nhìn ban đêm ( tế bào hình que ) sang nhìn ban ngày ( tế bào hình nón )
hoặc ngợc lại, cảm giác sáng không xảy ra tức thời mà phải qua một thời gian. Đó là hiện t ợng
thích ứng của mắt. Gọi là thích ứng sáng khi chuyển từ tối sang sáng và thích ứng tối khi
chuyển từ sáng sang tối. Sự thích ứng sáng xảy ra nhanh hơn thích ứng tối và chúng rất
có ý nghĩa trong thiết kế chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo (sẽ đợc đề cập ở phía sau).
4.- Sự nhìn màu.
M.V.Lomonoxov là ngời đầu tiên ( năm 1756 ) nói rằng trong mắt ngời có ba loại tế bào
cảm thụ màu của ánh sáng : loại trội với màu đỏ, loại trội với màu lục và loại trội với màu
xanh trời ( hình 1.7 ). Từ đó ông đã đa ra thuyết ba màu của mắt.
Với những tiến bộ của khoa học y học, ngày nay chúng ta đã xác nhận lý thuyết trên nhng có khác một chút : Tế bào thứ ba trội với màu lam. Ngoài ra ng ời ta cũng phát hiện thêm
loại thứ t nhạy cảm với cả ba màu, nhờ đó mà ta có cảm giác về độ chói. Tuỳ theo tơng quan

giữa cảm giác của ba loại tế bào trên với ánh sáng mà chúng ta cảm nhận đợc màu sắc của
mọi vật. Nếu ánh sáng tới mắt là ánh sáng đỏ ( hay ánh sáng lục, xanh ) thì chủ yếu chỉ các tế
bào đỏ ( hay lục, xanh ) phản ứng. Nếu ánh sáng tới mắt là ánh sáng tổng hợp thì cả ba loại tế


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

Hình 1.7.- Đặc tuyến độ nhạy của
mắt ngời với 3 màu R, G, B.

Một bằng chứng của lý thuyết ba màu là bệnh mù màu sắc ở một số ngời. Có một số ngời
không cảm thụ đợc màu đỏ, số khác thì màu lục và loại thứ ba là màu xanh. Lúc đó cảm giác
màu sắc của họ về thế giới xung quanh hoàn toàn đảo lộn so với những ngời bình thờng.
Màu và sắc :
Theo bản chất vật lý thì màu và sắc không phải là một khái niệm đồng nhất. Tất cả các
màu chúng ta gặp trong tự nhiên có thể chia ra làm hai nhóm : màu vô sắc và màu có sắc.
Màu vô sắc ( couleur achromatique ) : nh màu đen, trắng và xám ( giữa đen và
trắng ). Chúng không có trong phổ ánh sáng mặt trời, nên cũng có thể gọi chúng là không
màu .
Màu có sắc ( couleur chromatique ) : là tất cả các màu có trong phổ ánh sáng, các
màu pha trộn giữa chúng ( trừ một số trờng hợp ngoại lệ ) và màu tía là màu pha trộn giữa đỏ
và tím với các tỷ lệ khác nhau ( nh màu hoa cà, anh đào ). Các màu tía cũng không có trong
phổ ánh sáng và là vạch nối giữa màu đỏ và màu tím.
5.- Tác động tâm lý của màu sắc .
Khi cảm thụ màu sắc, chúng ta còn đồng thời chịu tác động về mặt tâm lý của nó. Các
tác động tâm lý màu sắc lên con ngời cho đến nay còn cha đợc lý giải thật rõ ràng tuy đã có
nhiều cố gằng giải thích nó về mặt vật lý, theo y học và theo sinh học.
Nhiều ý kiến cho rằng tác động của màu sắc lên tâm lý con ngời chủ yếu là do sự liên tởng của họ. Ví dụ : màu da cam làm ta liên tởng đến ngọn lửa do đó gây ra cảm giác nóng.

Cạnh nó, các màu đỏ, vàng, vàng lục cũng thuộc loại nóng. Màu xanh trời nhắc ta nhớ đến
bầu trời, biển khơi, băng giá, kim loại và bất giác cho ta cảm giác lạnh. Các màu lân cận nh
lục, lam, tím cũng thuộc loại màu lạnh.
Do đó những nơi sinh ra nhiều nhiệt, các phòng nóng khi dùng màu lạnh ta có cảm giác
nh giảm bớt đợc cái nóng.
Màu nhẹ là những màu sáng, màu của bầu trời. Màu nặng là những màu tối, làm ta liên
tởng đến mặt đất, cứng.


Cũng tơng tự nh màu đỏ, cam gây cảm giác gần gũi. Màu lam, xanh trời gây cảm giác
xa xôi. Chỉ có màu lục và màu vàng là giữ nguyên vị trí.
Cảm giác thích nghi của con ngời nhiều khi là sự quen thuộc với thiên nhiên xung
quanh. Ví dụ : tỷ lệ độ chói thiên nhiên đã quen thuộc đến mức chúng ta coi là hợp lý : bên
trên các màu nhẹ, sáng, bên dới là các màu nặng, tối. Nếu đảo ngợc lại, ví dụ : sơn trần nhà
màu đỏ đất ta sẽ có cảm giác bị đè nặng.
Một số tác giả cho rằng tác động kích thích hoặc tạo yên tĩnh của màu sắc có liên quan
đến bớc sóng và tần số của nó. Các màu trong đoạn phổ sóng ngắn nh tím, lam sẽ gây tác
động yên tĩnh ; các màu trong đoạn sóng dài có tác dụng kích thích nh màu đỏ, cam, vàng. Do
đó nhanh chóng gây cho ta mệt mỏi. Đoạn các màu sóng trung nh lục, vàng lục, xanh trời đợc
coi là màu cân bằng tâm sinh lý , có tác động tốt đến tâm trạng con ng ời làm nâng cao khả
năng lao động. Hoặc cho rằng đó là do sự thích ứng của mắt ngời trong quá trình tiến hoá hàng
triệu năm trong ánh sáng mặt trời là ánh sáng giầu các bớc sóng trong đoạn sóng trung này.
Chúng ta nếu để ý sẽ thấy các màu càng đậm ( độ bão hoà càng lớn ) sẽ tác động lên
con ngời càng mạnh.
Một số nhà y học đi tìm nguyên nhân của các tác động tâm lý của màu sắc qua các
biến chuyển sinh lý trong các cơ quan của cơ thể. Nh :
Màu đỏ gây ra sự nâng cao áp suất máu và làm tăng nhịp thở và vì thế mà nó có tác
động kích thích gây nên các phản ứng mạnh, làm căng thẳng cơ bắp, kích động thần kinh, làm
cho con ngời vội vã.
Màu cam tạo cảm giác nóng, cảm giác vui tơi, hng phấn nhng chóng mệt mỏi. Trong

khung cảnh màu cam nhịp tim tăng lên. Màu cam còn đợc coi là màu có ảnh hởng tốt đến hệ
thống tiêu hoá.
Màu vàng cũng giống nh màu đỏ và màu cam cũng có tác động kích thích. Một số nhà y
học cho rằng màu vàng kích thích khả năng làm việc trí óc.
Màu lục và xanh trời gây cảm giác tơi mát, làm dịu kích động, tạo ra cảm giác bình yên.
màu xanh trời tạo điều kiện tốt cho sự nghỉ ngơi yên tĩnh, cho giấc ngủ. Ng ợc với màu đỏ, màu
lục và xanh hạ thấp áp suất máu. mạt khác màu lục có tác dụng ghép con ng ời vào kỷ luật, bắt
con ngời nghiêm khắc tự kiểm tra mình.
Màu tím, ngoài gây cảm giác lạnh còn gây ra buồn nên tạo tâm lý thụ động.
Màu nâu làm cho con ngời cảm thấy yên tĩnh nên gây buồn bã, đình trệ, ru ngủ con ngời
làm giảm các xúc động.
Màu đen và xám đen phần lớn gây ấn tợng nặng nề. Tuy nhiên nếu sử dụng màu đen
với số lợng nhỏ thì theo quy luật tơng phản sẽ làm tăng độ chói, tăng tác động của màu đứng
bên cạnh.
Trắng tinh và trắng xám thờng gây ấn tợng lạnh lùng và trống rỗng. Tuy nhiên chúng lại
là cái nền tốt cho các bề mặt màu. Lúc đó độ chói của các màu đặt trên nó bị giảm đi ít nhiều
do hiệu quả tơng phản.
Các màu nóng làm liên tởng tới ánh sáng, còn các màu lạnh ( xanh trời, lam, tím ) gây
cảm giác tối đi. Nh vậy những phòng bị thiếu ánh sáng có thể bù đắp bằng cách sơn các màu
sáng nh màu vàng sáng, vàng anh. Ngợc lại các phòng thừa ánh sáng sẽ làm cho mắt mệt mỏi
có thể khắc phục bằng cách sơn các màu lạnh.


Màu sắc còn cho ta cảm giác về trọng lợng. Các vật sơn màu nóng, đậm cho ta cảm
giác nặng hơn khi sơn màu lạnh, sáng.
Màu sắc kết hợp với ánh sáng tạo ra cảm giác về thời gian. Khi phòng đợc chiếu sáng
bằng ánh sáng khuếch tán, phản xạ từ trần sẽ tạo cho ta cảm giác một buổi tra ảm đạm. Khi
dùng màu nóng và mạnh, chiếu sáng nghiêng chéo từ trên xuống tạo thành bóng rõ rệt của
các vật sẽ cho ta cảm giác một buổi chiều mùa hè,
Trong các nhà công nghiệp việc sử dụng màu sắc hợp lý có ý nghĩa rất quan trọng để

đảm bảo an toàn lao động cho ngời công nhân và làm tăng năng suất lao động. Trong các tín
hiệu tác động lên con ngời thì màu sắc ( ánh sáng ) là tín hiệu tác động nhanh nhất, rút ngắn
những giải thích dài dòng bằng lời nh chỉ phơng hớng, báo trớc nguy hiểm .v.v.
Tác động của màu sắc lên con ngời rất phức tạp và không phải ở mọi ngời, mọi lứa tuổi
đều nh nhau. Thậm chí ngay cả với mỗi con ngời, tuỳ theo trạng thái tâm sinh lý thay đổi, các
tác động của màu sắc cũng thay đổi và không ổn định.
Bảng 1.2.- Tác động tâm sinh lý của màu sắc phụ thuộc vào vị trí mặt màu.

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


6.- Độ nhạy cảm theo phổ ánh sáng.
Độ nhạy cảm ánh sáng của mắt ngời trong phổ ánh sáng không đều nhau khi bớc
sóng khác nhau. Thực ra các tế bào hình nón chỉ nhạy cảm với các bức xạ gồm giữa 380
nm ở đó chúng bắt đầu có cảm giác và 780 nm ở đó chúng mất cảm giác, có tồn tại ít nhất
một bớc sóng ở đó sự nhạy cảm ánh sáng là cực đại theo định lý Rolle.Trong ánh sáng ban
ngày, mắt nhạy cảm nhất với tia vàng lục ( bớc sóng = 555 nm ) và giảm dần về
hai phía tím và đỏ. Trong ánh sáng ban đêm hay hoàng hôn độ nhạy cảm lớn nhất của
mắt ngời lại ở tia xanh lục ( bớc sóng = 510 nm ) và cũng giảm dần đến tím và
cam. Điều này có thể đợc giải thích bằng sự khúc xạ của tia sáng qua mắt : các tia có bớc
sóng thấp ( xanh da trời ) bị lệch nhiều và hội tụ trớc võng mạc một ít trong khi đó các tia màu
đỏ lại hội tụ sau võng mạc một ít ( xem hình 1.8 ). Các tia sáng có bớc sóng vào khoảng 550
nm tạo nên một hình ảnh rõ nét trên võng mạc, cũng vậy năng lợng bức xạ tạo nên một cảm
giác sinh động hơn. Hiện tợng này đợc gọi là hiệu ứng Purkinje ( tên một nhà
nghiên cứu ngời Czech ). CIE - Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng đề nghị dùng
Độ nhạy cảm tơng đối dới dạng một hàm số V để đánh giá sự thay đổi độ nhạy cảm
ánh sáng này của mắt ( so với độ nhạy cảm ở tia vàng lục ). Trên hình 1.9 biểu diễn đồ

thị của độ nhạy cảm tơng đối V .

Hình 1.8.- Sự khúc xạ các tia sáng qua mắt.

Hình 1.9.- Độ nhạy cảm tơng đối
của mắt ngời.
1.- Dới ánh sáng ban ngày ;
2.- Ban đêm, hoàng hôn.

Quan hệ này thể hiện bộ lọc của mắt, sau đây chúng ta sẽ định nghĩa các đại lợng
quang học mới mà hệ thống các đại lợng vật lý kinh điển cha nêu đầy đủ.


Cuối cùng đối với thị giác ban đêm, C.I.E đã định nghĩa một đờng cong hiệu quả ánh
sáng tơng đối thứ hai V có dạng tơng tự nh V nhng lệch về các tia tử ngoại một
khoảng 50 nm.
Nh vậy hiệu ứng Purkinje đã đợc giải thích. Purkinje đã nhận thấy rằng các mặt màu
xanh da trời và màu đỏ cũng nh các ánh sáng ban ngày xuất hiện lúc rạng đông theo thứ tự
màu ghi sáng và màu đen.
Chúng ta lu ý tiếp theo rằng hàm V liên quan đến các mức chiếu sáng yếu và chỉ
tác động đến lĩnh vực kỹ thuật chiếu sáng trong trờng hợp đặc biệt.
7.- Trờng nhìn.
Trờng nhìn của mắt ngời đợc
xác định nh sau :
Trờng nhìn ngang : khoảng 180 .
Trờng nhìn đứng : khoảng 130 .
Nhng trờng nhìn trung tâm chỉ có
khoảng 2 ( xem hình 1.10 ).
Hình 1.10.- Trờng nhìn của mắt ngời.

1.3.- Các đơn vị cơ bản.
Trong phần này chỉ trình bày những đại lợng
cơ bản thờng sử dụng nhất trong kỹ thuật chiếu
sáng cùng các khái niệm liên quan đến chúng.
Tất cả các nguồn sáng khi biến đổi năng lợng
mà nó tiêu thụ thành một hoặc nhiều trong ba hiệu ứng
sau đây : hoá, nhiệt, điện từ. Các bức xạ ánh sáng chỉ là một bộ phận nhỏ của các bức xạ
điện từ, do vậy chúng chỉ mang theo một phần công suất của nguồn.
1.- Quang thông F , lumen ( lm ).
Bức xạ ánh sáng của một nguồn vào không gian trớc hết đợc đánh giá bằng năng lợng
bức xạ, đo bằng oat ( W ).
Oát là một đơn vị vật lý thuần tuý.
Các thực nghiệm về ánh sáng cho thấy, cùng một năng lợng nhng bức xạ dới dạng các
bớc sóng khác nhau lại không gây hiệu quả giống nhau trong mắt chúng ta. Vì vậy cần phải
hiệu chỉnh đơn vị đo theo độ nhạy cảm phổ của mắt ngời ( đờng cong V , hình 1.6 ).
Đơn vị mới này đợc gọi là quang thông, ký hiệu là F , và đợc biểu diễn theo công thức
sau :

2
F =

wV d

1

,

trong đó : W - phân bố phổ của năng lợng bức xạ,

( 1.1 )

V - hàm số độ nhạy cảm tơng đối,
k - hệ số chuyển đổi đơn vị,
1 = 380 nm ; 2 = 780 nm.
Nếu năng lợng bức xạ đo bằng oát, quang thông bằng lumen thì theo thực nghiệm
K = 683 lm / W. Khi đó ta có thể viết :

2
F = 683

wV d

1

, lm

( 1.2 )

Nh vậy quang thông là một đơn vị đo ánh sáng đã xét đến đặc điểm cảm thụ ánh sáng
của mắt ngời.
Để làm rõ sự khác nhau giữa oát và lumen, chúng ta lu ý rằng nếu một nguồn biến đổi
tất cả các năng lợng của nó thành ánh sáng thì 1 oát cung cấp 683 lm trong một tua đơn sắc
bớc sóng 555 nm, nhng chỉ có 200 lm trong một phổ liên tục có năng lợng phân bố đều trong
miền các bức xạ nhìn thấy.
2.- Cờng độ sáng I , canđela ( cd ) .
Một cách chung nhất xét khi một nguồn sáng bức xạ quang thông không đồng đều vào
không gian xung quanh nó.
Giả thiết có một nguồn sáng O bức xạ một lợng quang thông dF tới một điểm A, đó là
tâm của một diện tích dS. Nếu gọi d là góc khối nhìn diện tích dS từ O . Chúng ta có thể

định nghĩa Cờng độ sáng I là :

I

OA


=

lim

d 0

dF
d

( 1.3 )

Nh vậy cờng độ sáng luôn gắn liền với một hớng đã cho và đợc biểu diễn bằng
một vectơ theo hớng đó mà môdun của nó đợc đo bằng candela ( viết tắt là cd ).
Nói một cách khác, cờng độ
sáng là mật độ không gian của
quang thông do nguồn bức xạ.
Để có thể hiểu rõ thêm về
cờng độ sáng xin dẫn ra một vài
trị số cờng độ sáng của các nguồn
sáng thờng gập :
Ngọn nến : 0,8 cd ( theo mọi
hớng không gian ).

Hình 1.8.- Xác định cờng độ sáng.


Đèn nung sáng 40W / 220V : 35 cd ( theo mọi hớng ).
Đèn nung sáng 300W / 220V : 400 cd ( theo mọi hớng ).
Đèn nung sáng : 300W / 220V : 1500 cd ( hớng trung tâm - có chao đèn ).
Do đó mà tất cả các loại bóng đèn khi chế tạo nhà sản xuất đều đã xác định
sẵn cờng độ sáng theo tất cả các hớng trong không gian, tính từ điểm gốc là tâm quang học
của nguồn và lập nên Biểu đồ cờng độ sáng .
Trên hình 1.9 cho một ví dụ về biểu đồ cờng độ sáng của một nguồn sáng đối xứng
tròn xoay. Đó là một đờng cong vẽ trên một nửa mặt phẳng theo toạ độ cực, trong đó cho
các giá trị cờng độ sáng I theo các góc lập với trục của mặt tròn xoay.
Chú ý : trong sổ tra cứu các loại đèn, các biểu đồ cờng độ sáng đợc vẽ cho
quang thông quy về 1000 lm ( quy chuẩn ).
Ngời làm công tác thiết kế chiếu sáng thờng coi biểu đồ cờng độ sáng nh thẻ
căn cớc của mỗi loại đèn.

Hình 1.9.- Biểu đồ cờng độ sáng ứng với
quang thông quy chuẩn 1000 lm của đèn
MAFD400 và MAFD700.

Góc khối , steradian ( sr ) .
Mặc dù khái niệm hình học này không chỉ dùng cho phép đo ánh sáng, nhng cần thiết
cho sự lập luận trong không gian nên ta cần nhắc lại định nghĩa của nó.
Góc khối , ký hiệu là , là góc trong không gian, cũng tơng tự nh góc phẳng trong một
mặt phẳng.
Góc khối là góc không gian mà qua nó ta nhìn diện tích S trên mặt cầu từ tâm O
của cầu ( hình 1.10 ). Ta có định nghĩa :
=

S

R

2

( 1.4 )


Vậy góc khối đợc định nghĩa nh là tỷ số giữa diện tích S ( mặt cầu ) trên bình ph ơng bán kính R của mặt cầu đó.
Đơn vị đo của nó là steradian, viết tắt là sr . Góc khối có giá trị cực đại khi từ tâm O ta
nhìn toàn bộ mặt cầu bao quanh nó.
Khi đó :
2
S
4 R
max =
= 4
( sr )
2 =
2

R

R

Một steradian là một góc khối dạng hình nón có diện tích bề mặt là 1 m 2 trong một hình
cầu có bán kính là 1 m.

Hình 1.10.- Định nghiã góc khối.

Chúng ta có định nghĩa candela :
Một candela là cờng độ sáng theo một phơng đã cho của một nguồn bức xạ đơn
sắc có tần số 540.1012 Hz với bớc sóng = 555 nm và có năng lợng bức xạ là 1 / 683
W trong một góc khối 1 sr.
3.- Độ rọi E , lux ( lx ) .
Độ rọi đợc định nghĩa nh sau :
Độ rọi là mật độ quang thông rơi trên bề mặt đợc chiếu sáng.
Nh vậy nếu một bề mặt diện tích S nhận đợc một quang thông F thì độ rọi E đợc xác
định theo công thức :
F
E =
( 1.5 )
S
Đơn vị đo độ rọi là lux ( lx ) , 1 lux = 1 lm / m2 .
Kết quả tính toán trên chúng ta đợc độ rọi trung bình của bề mặt S .
Chúng ta hãy lấy một điểm M trên bề mặt đó, điểm là một phần tử của bề mặt khi diện
tích của nó giảm dần đến không. Quang thông bức xạ theo hớng tới điểm M (khi góc khối


giảm dần đến không ) cũng chính là cờng độ sáng trên hớng này. Vậy cờng độ sáng này cho ta
độ rọi điểm tại điểm M ( đo bằng lux ).
Tóm lại, mỗi một điểm M của bề mặt tồn tại một độ rọi điểm ứng với cờng độ sáng tới
điểm đó. Trị số trung bình của độ rọi tất cả các điểm trên bề mặt S chính là độ rọi trung bình
của bề mặt này.
Tỷ số giữa độ rọi ở điểm chiếu sáng yếu nhất và độ rọi trung bình của một bề mặt đ ợc
gọi là hệ số đồng đều độ rọi.
Xin đa ra một vài trị số độ rọi thờng gập :
Độ rọi giữa tra trên mặt đất ở Hà Nội thay đổi từ 35.000 đến 70.000 lx.
Cũng nh trên khi trời đầy mây thay đổi từ 25.000 đến 35.000 lx.

Độ rọi đêm trăng rằm

0,25 lx.

Độ rọi cho phòng làm việc

200 ữ 400 lx .

Độ rọi trong nhà ở

100 ữ 300 lx .

Độ rọi trên đờng phố có đèn chiếu sáng

20 ữ 50 lx .

Quan hệ giữa độ rọi, cờng độ sáng và khoảng cách .
Trên hình 1.11 là một nguồn điểm O bức xạ quang thông với cờng độ sáng I tới một
vi phân diện tích ds ở khoảng cách r so với nguồn.
d là góc khối từ O nhìn dS.



n

là pháp tuyến của dS và

Theo định nghĩa góc khối ta có :
d
vì

I =

dS cos

=

r

2

dF
d

nên

dF = I

mà

E =

dF
dS

nên

Khi = 0

E =

ta có

dS cos

r

2

Hình 1.11.- Quan hệ giữa độ rọi, cờng độ sáng và khoảng cách.

IdS cos

r

2

do đó

dS

E =

I

r

2

E =

( cos = 1 ).

I cos

r

2

( 1.6 )

( 1.6.a )

Quan hệ ( 1.6 ) cho thấy độ rọi tỷ lệ thuận với cờng độ sáng và tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách từ nguồn tới mặt đợc chiếu sáng. Công thức ( 1.6 ) còn đợc gọi là định luật
bình phơng khoảng cách của độ rọi.


4.- Độ chói L , cd / m2 .
Một bề mặt đợc chiếu sáng sẽ phản xạ lại một phần quang thông nhận đ ợc một
cách khác nhau và tác động nh một nguồn phát sáng thứ cấp phát các c ờng
độ sáng khác nhau theo mọi hớng. Bề mặt của nó sẽ bức xạ quang thông theo mọi hớng.

Hình 1.12.- Định nghĩa độ chói.

Để đặc trng cho các quan hệ của nguồn, kể cả nguồn sơ cấp lẫn nguồn thứ cấp đối
với mắt cần phải thêm vào các cờng độ sáng cách xuất hiện ánh sáng.
Ngời ta định nghĩa độ chói L của một bề mặt phát sáng dS theo một hớng
khảo sát là tỷ số giữa cờng độ sáng I theo hớng đó và diện tích mặt bao nhìn thấy dS
từ hớng đó ( hình 1.12 ).

I

L =

( 1.7 )

dS cos

đơn vị độ chói là cd / m2 .
Nhận xét : Độ choí của một bề mặt bức xạ phụ thuộc hớng quan sát bề mặt đó.
Khi

= 0



L

=

I



dS

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

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

Một vài trị số độ chói thờng gập :
Bề mặt mặt trời
Bề mặt mặt trăng
Bầu trời xanh ( cách mặt trời 75 )
Bầu trời xám
Đèn nung sáng 100 W / 220 V
Đèn huỳnh quang 40 W / 220 V
Giấy trắng khi độ rọi 400 lux
Độ chói cha gây cảm giác chói mắt

165.10 7 cd / m2
2.500 cd / m 2
1.500 cd / m2
1.000 cd / m 2
6.10 6 cd / m2
7.000 cd / m 2
80 cd / m 2
5.000 cd / m 2.

5.- Đặc tính quang học của vật liệu .
Khi có một lợng quang thông Fi chiếu đến bề mặt một vật thể, trờng hợp chung nhất sẽ
có : một phần bị phản xạ trở lại, một phần bị vật liệu hấp thu và phần còn lại xuyên suốt qua


vật thể để đi vào không gian phía sau. Ba phần đó có thể nhiều hay ít hoặc không có tuỳ tình
trạng bề mặt và tính chất vật liệu của vật thể.
Chẳng hạn, đối với một tấm kính cửa sổ trong suốt thì phần xuyên suốt rất lớn, phần
hấp thu và phản xạ đều nhỏ. Đối với bức tờng gạch xây trát vữa thì phần xuyên suốt bằng
không, phần bị hấp thu đáng kể, còn phần phản xạ nhiều hay ít thì tuỳ theo màu sắc và độ

láng của mặt vữa.
Nếu gọi :
- Một phần của quang thông tới sẽ phản xạ từ bề mặt đó, ký hiệu là F ,
- Một phần của quang thông tới sẽ bị vật liệu hấp thu, ký hiệu là F ,
- Một phần của quang thông tới sẽ xuyên qua vật liệu, ký hiệu là F ,
khi đó ta có
Fi = F + F + F
Nếu gọi

F = là hệ số phản xạ ánh sáng,
F
F = là hệ số hấp thu ánh sáng,
F
F = là hệ số xuyên sáng.
F
i

Nếu gọi

i

Nếu gọi

i

Ta có

+ + = 1

( 1.8 )

Giá trị của các hệ số , , thay đổi tuỳ theo đặc tính quang học của các vật liệu.
Bảng 1.4 cho ta hệ số phản xạ, xuyên suốt của một số vật liệu thờng gập trong chiếu
sáng.
Các hệ số nói trong bảng là trị số trung bình trong toàn phạm vi bớc sóng ánh sáng.
Mặt khác, sự phản xạ và xuyên suốt nói chung không giống nhau khi ánh sáng có b ớc
sóng khác nhau. Đó là tính chất phản xạ và xuyên sáng có chọn lựa, biểu thị bằng hệ số phản
xạ và xuyên sáng theo phổ và . Chính nhờ có đặc tính này mà chúng ta nhìn thấy màu
sắc của vật.
Trên hình 1.13 giới thiệu hệ số phản xạ hoặc xuyên sáng theo phổ của tuyết trắng (1),
giấy vàng (2), kính lọc màu lục (3), kính lọc màu đỏ (4) và kính lọc màu lam (5).
Theo sự phân bố không gian của quang thông phản xạ hoặc xuyên sáng ta lại chia
thành các vật liệu phản xạ hoặc xuyên sáng định hớng ( hình 1.14.a ), hỗn hợp định hớng
( hình 1.14.b ), hỗn hợp khuếch tán ( hình 1.14.c ) hoặc khuếch tán hoàn toàn ( hình 1.14.d ).
Hãy chú ý đến các mặt phản xạ ( hoặc xuyên sáng ) khuếch tán hoàn toàn. Khi bề mặt
này đợc chiếu sáng, độ chói quan sát với bất kỳ hớng nào đều nh nhau. Đây là trờng hợp ta thờng gập với tất cả các vật liệu có mặt nhám mịn nh giấy trắng, bột màu và các bề mặt xây
dựng thông thờng. Nh biểu diễn trên hình 1.14.d đờng bao của các điểm đầu mút các vectơ cờng độ sáng trong các trờng hợp này là một mặt cầu. Nói khác đi đối với các bề mặt phản xạ


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

( 1.9 )

trong đó : I - cờng độ sáng theo hớng ,
I - cờng độ sáng theo hớng vuông góc với bề mặt ,
- góc tạo bởi hớng quan sát và pháp tuyến của mặt bức xạ.

Bảng 1.4.- Các trị số gần đúng hệ số phản xạ và hệ số xuyên suốt của một số vật liệu

Tên vật liệu

Kính
Kính cửa số trong suốt 2 ữ 3
mm
Kính sữa dày 2 ữ 3 mm
Kính mờ dày 2 ữ 3 mm
Kính mài mờ (mài bằng cơ học )
Kính ô-pan

Kính tráng gơng và các
bóng
Kính tráng bạc
Nhôm màu
Bạc
Vàng
Crôm
Niken

(%)

(%)

8

87ữ 91

50
35
mặt

60
65
35
35

Các
Ván gỗ màu sáng
Ván gỗ màu tối
Cát khô
Cát ẩm

Hình 1.13.- Hệ số phản xạ và
xuyên sáng theo phổ
1 tuyết trắng ; 2 giấy vàng ;
3 kính lọc màu lục ;
4 kính lọc màu đỏ ;
5 kính lọc màu lam.

loại
10ữ20
đén 40
từ 10
đến 30
từ 8

Giấy dùng cho k.t ch.sáng
Giấy da không màu
Vải mịn trắng

nhẵn

86
82
92
82
65
55

Kim loại đen thô ( cha gia công )

Tên vật liệu

Vật liệu dùng cho kỹ thuật

Liệu

sáng

31ữ 40

35ữ48

48
35

42
57

80

60
50
50
40
30
20

khác

Phấn, thạch cao, vôi
Giấy viết
Giấy dán tờng màu sáng
Giấy dán tờng màu tối
Nhung đen

(%

chiếu

Tờng
Tờng quét vôi màu trằng
Tờng quét vôi màu vàng nhạt
Tờng quét vôi màu vàng đậm
Tờng quét vôi màu lục nhạt
Tờng quét vôi màu lục đậm
Tờng quét vôi màu nâu
Tờng quét vôi màu xanh lam

vật

(%)

85
60ữ 80

đến 50
từ 6
từ 0,2


Hình 1.14.- Đặc điểm phản xạ
và xuyên sáng của các vật liệu.

1.4.- Tiện nghi nhìn .
Trong phần này chỉ giới thiệu một số khái niệm có liên quan nhiều nhất đến các phơng
pháp thiết kế chiếu sáng cũng nh phơng pháp tiêu chuẩn chiếu sáng.
1.4.a.- Một số đặc điểm sinh lý của sự nhìn .


1.- Khả năng phân biệt của mắt ngời .
Đợc xác định bằng góc ( đo bằng phút ) mà ngời quan sát có thể phân biệt đợc hai điểm
hoặc hai vạch đặt gần nhau.
Sự nhìn là bình thờng nếu góc phân biệt là 1 phút. Để đọc sách cần góc phân biệt là từ
3 ữ 5 phút.
Khả năng phân biệt đợc xem xét khi định tiêu chuẩn độ rọi cho các công việc khác
nhau.
2.- Độ tơng phản C .
Hai tờ giấy trắng giống nhau, đợc đặt cách nhau nhng tiếp nhận các độ rọi khác nhau
xuất hiện đối với con mắt một cách khác nhau.
Ngợc lại cũng có khả năng con mắt không phân biệt đợc sự khác nhau nào giữa một tờ

giấy màu ghi sáng ít đợc chiếu sáng đặt cạnh một tờ giấy màu ghi sẫm hơn nhng đợc chiếu
sáng nhiều hơn.
Đó là độ nhạy của mắt với sự tơng phản, sự chênh lệch tơng đối của hai độ chói của các
vật cạnh nhau mà mắt có thể phân biệt đợc.
Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng định nghĩa độ tơng phản C nh sau :
C

=

L L
L
v

n

L

=

L

n

trong đó :

( 1.11 )

n

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

C có thể dơng ( độ tơng phản của vật sáng ỷtên nền tối ) hoặc âm ( độ tơng phản của
vật tôí trên nền sáng ). C thay đổi từ 0 đến 1 .
Đối với con mắt quan sát một vật có độ chói L o trên một nền có độ chói L n chỉ có thể
phân biệt đợc ở mức chiếu sáng vừa đủ nếu :
C =

L L
L
o

n

0,01

n

Sự cảm thụ độ tơng phản là yếu tố cần thiết để phân biệt các vật và hình dáng của
chúng.
Khi L là cực tiểu ( ký hiệu Ls , là độ chói nhỏ nhất cần thêm vào độ chói của vật
hoặc nền để có thể phân biệt chúng ) ta sẽ có ngỡng tơng phản . Ngỡng tơng phản
( ký hiệu Cn ) thay đổi theo độ chói của nền Ln .
Trị số nghịch đảo của ngỡng tơng phản (

1

C

=
n

L
L
n

) đợc gọi là độ nhạy cảm ts

ơng phản tơng đối , ký hiệu là RCS , mà Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng ( CIE ) chính thức
coi nh một đại lợng tham khảo. Dới đây là một vài trị số của RCS :


Ln , cd / m2
RCS

1
13,5

10
36,2

100
62,2

1000
68,3

10000
100

Trong thực tế kích thớc và màu sắc của vật cũng tác động đến khả năng phân biệt của
mắt điều đó kéo theo là mức độ chiếu sáng phải phù hợp với loại công trình cần chiếu sáng. Từ

các nhận xét này mà Hội chiếu sáng nớc Pháp ( A.F.E ) đã đa ra các mức chiếu sáng nhỏ
nhất đối với các loại địa điểm khác nhau tuỳ theo mục đích sử dụng của chúng.
1.4.b.- Sự chói loá .
Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng
( CIE ) phân biệt hai loại chói loá sau :
1.- Chói loá nhiễu .
Là sự chói loá làm giảm khả năng
nhìn do nó làm tăng ngỡng độ chói
tơng phản.

Hình 1.15.- Chói loá nhiễu.

Ví dụ : khi cạnh một bề mặt cần
nhìn ( gồm nến và vật ) có một ngọn đèn S ( độ chói L ) ( hình 1.15 ) . Lúc này đèn
nh tạo ra một lớp màn trùm lên bề mặt cần nhìn. Do vậy phải tăng độ t ơng phản giữa nền
và vật mới phân biệt đợc vật.
2.- Chói loá mất tiện nghi .
Chói loá mắt là sự suy giảm hoặc tức thời mất đị cảm giác nhìn do sự tơng phản quá lớn.
Chói loá xẩy ra khi có một vật có độ chói cao nằm trong trờng nhìn của mắt. Trờng hợp
cực đoan, độ chói có thể gây co mạnh đột ngột con ngơi của mắt, gây ra đau đớn.
Thực nghiệm cho thấy, sự chói loá mất tiện nghi bắt đầu khi có độ chói vợt 5000
cd / m ( độ chói nhỏ nhất mắt nhận biết đợc là 10-5 cd / m2 ) trong trờng nhìn.
2

Khi làm thực nghiệm với một công nhân nhìn ngang phía trớc cho thấy chói loá mất tiện
nghi càng tăng lên khi nguồn gây chói càng nằm sâu trong trờng nhìn của mắt. Quan hệ này đợc đánh giá qua góc c ( góc bảo vệ ) và cảm giác mất tiện nghi nh trên hình 1.16 .
Bằng thực nghiệm cho thấy khi góc bảo vệ nhỏ hơn 45 thì sự chói loá mất tiện nghi
không còn đáng kể. Thờng trong các nhà công nghiệp chiếu sáng bằng đèn phóng điện có
chụp hở ngời ta yêu cầu phải đảm bảo góc bảo vệ nhỏ hơn 60 .

Hình 1.16.- Thực nghiệm
về chói loá mất tiện nghi
( a ) và cách xác định góc
bảo vệ của đèn ( b ).


1.4.c.- Độ rọi yêu cầu Eyc , lx .
Đó là độ rọi trung bình trên mặt phẳng làm việc ( thờng nằm ngang ) cần thiết để tiến
hành tốt nhất công việc. Cũng cần nói ngay rằng trong chiếu sáng một độ rọi quá cao ch a
chắc đã là một giải pháp chiếu sáng tốt nhất.
Độ rọi yêu cầu thờng đợc xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào góc phân biệt các
chi tiết tơng ứng với mỗi loại công việc hoặc theo công thức kinh nghiệm sau ( công thuác do
Weston đề nghị ) :
3
1,94.10
Eyc =
, lux
( 1.12 )
1, 5
.
trong đó : - hệ số phản xạ khuếch tán của nền ,
- góc phân biệt các chi tiết đặc trng ( phút ).
Sau đây chúng tôi xin giới thiệu một số tiêu chuẩn độ rọi :
Bảng 1.5.- Độ rọi yêu cầu ( theo đề nghị của Hội chiếu sáng Pháp AFE ).
Loại chiếu sáng
Chung, nơi hoạt động
gián đoạn hoặc chi tiết
cần nhìn thô

Độ rọi

Eyc , lux
20
30
50
100
150
200
300

Chung, nơi làm việc liên tục

500
750
1000

Chung hoặc cục bộ

1500

Cục bộ

> 2000

Loại công việc hoặc hoạt động
Tối thiểu cho các lối đị bên ngoài
Sân và kho
Bãi xe, lối đi
Bốc dỡ hàng, bến xe, bến cảng
Đờng đị bên trong, cầu thang, cửa hàng
Tối thiểu khi phải nhìn chi tiết

Cơ khí thô, các chi tiết công nghiệp khác
nhau, đọc và viết
Cơ khí trung bình, in ấn, đánh máy, làm
việc văn phòng
Phòng vẽ, máy tính
Cơ khí tinh, chạm khắc, so sánh màu, vẽ
tinh vi
Cơ khí chính xác, điện tử tinh vi
Kiểm tra các loại
Các chi tiết cực kỳ tinh vi trong công nghiệp
hoặc trong phòng thí nghiệm

1.5.- Nhiệt độ màu và tiện nghi môi trờng sáng .
Khái niệm về ánh sáng trắng đã đề cập trong mục 1.1 tức là ánh sáng có phổ năng l ợng liên tục trong miền bức xạ nhìn thấy, ví dụ : trờng hợp ánh sáng tự nhiên ban ngày, nhng
khái niệm này vẫn còn thiếu chính xác, chất lợng ánh sáng ban ngày thay đổi một cách đáng
kể tuỳ theo các điều kiện khí hậu. Nh vậy cha đủ thể hiện chất lợng của các nguồn sáng khác
nhau. Thật vậy, trên hình 1.3 các ánh sáng A, B, C và W của các nguồn khác nhau đều đ ợc


gọi là ánh sáng trắng tuy rằng đờng biểu diễn phổ của chúng hoàn toàn khác nhau. Cụ thể nh
sau :
Nguồn sáng A liên quan đến đèn sợi đốt, giàu bức xạ màu đỏ.
Nguồn sáng B biểu diến ánh sáng ban ngày trời sáng và C khi trời u ám, giàu bức xạ
màu xanh da trời.
Nguồn bức xạ W do đèn xenon có tính chất toả tia năng lợng không đổi trong phổ nhìn
thấy và không phụ thuộc vào bớc sóng .
Để đánh giá chính xác hơn các loại ánh sáng trắng theo đó tập trung các bức
xạ màu đỏ hoặc màu xanh da trời ta gắn cho nó khái niệm về nhiệt độ màu , ký hiệu T m
đơn vị là độ Kelvin ( K ) . Đó là mô tả màu của một nguồn bằng cách so sánh với màu của
một vật đen nói chung đợc nung nóng giữa 2000 và 10.000 K. Nói chung nhiệt độ này

không phải nhiệt độ của nguồn, trừ khi nguồn chính là vật đen bị nung nóng.
Vây, Nhiệt độ màu của một nguồn ánh sáng không phải là nhiệt độ của bản thân nó, mà
là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối khi đợc đốt nóng đến nhiệt độ này thì ánh sáng do nó bức xạ
có phổ hoàn toàn giống phổ ánh sáng của nguồn khảo sát.
Bằng thực nghiệm ngời ta đã xác định đợc nhiệt độ màu của các ánh sáng trắng khác
nhau :
Mặt trời lặn, đèn nung sáng, ánh sáng nóng
( giàu bức xạ đỏ ).
ánh sáng ban ngày khi trời sáng
ánh sáng ngày trời đầy mây, ánh sáng lạnh
( giàu bức xạ xanh da trời ).

Hình 1.17.- Biểu đồ Kruithof.

2500 ữ 3000 K
4500 ữ 5000 K
6000 ữ 8000 K


Qua nhiều nghiên cứu thực nghiệm về tiện nghi môi trờng ánh sáng nhận thấy :
Các nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp chỉ dùng thích hợp cho những nơi có yêu
cầu độ rọi thấp.
Ngợc lại những nơi có yêu cầu độ rọi cao lại đòi hỏi các nguồn sáng có nhiệt độ
màu lớn ( ánh sáng lạnh ).
Vì vậy trong thiết kế chiếu sáng ngời ta coi nhiệt độ màu nh một tiêu chuẩn đầu
tiên để chọn nguồn sáng cho một không gian có độ rọi yêu cầu đ ã biết nhằm đạt một
môi trờng ánh sáng tiện nghi.
Do vậy xuất hiện một tiêu chuẩn lựa chọn nguồn sáng đầu tiên để thực hiện một độ rọi
đã cho trong môi trờng tiện nghi khi thiết kế chiếu sáng nhân tạo Kruithof đã xây dựng mối
quan hệ giữa nhiệt độ màu và độ rọi yêu cầu để đạt đ ợc môi trờng ánh sáng tiện nghi

trong nội thất ( hình 1.17 ).
1.6.- Chỉ số hoàn màu , IRC ( thể hiện màu , hoàn màu ).
Một phần không thể thiếu đợc khi thiết kế chiếu sáng đó là chất lợng của hệ thống chiếu
sáng. Đó là khái niệm cực kỳ quan trọng đối với sự lựa chọn tơng lai của các nguồn sáng.
Chất lợng cao của ánh sáng thể hiện ở chất lợng nhìn màu, nghĩa là khả năng phân biệt
chính xác các màu sắc trong ánh sáng đó.
Thực vậy, cùng một vật đợc chiếu sáng bằng các nguồn sáng chuẩn khác nhau hoặc
bằng một vật đen có các nhiệt độ khác nhau sẽ xuất hiện các màu khác nhau nhng không chịu
bất kỳ sự biến đổi màu nào. Ví dụ, một bức tranh sẽ thể hiện màu khác nhau giữa buổi tra và
buổi chiều tối. Nh vậy một nguồn sáng có thể làm biến đổi màu sắc của các vật bị chiếu bởi
nguồn sáng đó.
Khi so sánh với một vật đen có cùng nhiệt độ màu, một nguồn nào đó làm biến màu của
các vật đợc chiếu sáng thì sự biến đổi màu này là do sự phát xạ phổ khác nhau và đ ợc đánh
giá xuất phát từ các độ sai lệch màu và gán cho nguồn một chỉ số màu.
Để đánh giá sự biến đổi màu do ánh sáng gây ra đó, ngời ta dùng chỉ số hoàn màu
và đợc ký hiệu là IRC theo tiếng Pháp hoặc Ra theo tiếng Anh .
Chỉ số hoàn màu thay đổi từ 0 đối với ánh sáng đơn sắc đến 100 đối với ánh sáng
trắng.
Chỉ số hoàn màu càng cao thì chất kợng ánh sáng đợc xem là càng tốt.
Trong kỹ thuật chiếu sáng ngời ta chia chất lợng ánh sáng làm các mức độ sau :
IRC < 50

- Chỉ số không có ý nghĩa thực tế. Các màu hoàn toàn bị biến đổi.

IRC < 70

- Chất lợng kém, dùng trong công nghiệp không đòi hỏi phân biệt
màu sắc.

70 < IRC 85

- Chất lợng trung bình, dùng cho các công việc bình thờng, khi
chất lợng nhìn màu không thật đặc biệt.

IRC 95

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


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

chơng 2 .- Chiếu sáng nhân tạo bên trong công trình.
2.1.- Nguồn chiếu sáng nhân tạo .
Lịch sử chiếu sáng nhân tạo đợc chia thành hai giai đoạn : trớc khi có đèn điện và từ
khi có đèn điện.
Giai đoạn trớc khi có đèn điện : loài ngời phải sử dụng chiếu sáng ban đêm bằng bếp
lửa, nến, đèn dầu hoả v.v Những nguồn sáng này có ánh sáng yếu, hiệu suất thấp.
Từ giữa thế kỷ 19 những ngọn đèn điện đầu tiên mới đợc sáng chế, nhng hơn một thế kỷ
vừa qua đèn điện mới đợc phát triển không ngừng với những tiến bộ vợt bực, mở ra một kỷ
nguyên văn minh mới cho loài ngời. Ngày nay đèn điện gần nh là nguồn chiếu sáng ban đêm
duy nhất cho toàn bộ hành tinh chúng ta, đó là một loại thiết bị quá quen thuộc và không thể
thiếu đợc trong đời sống hàng ngày.
Nguồn chiếu sáng nhân tạo gồm hai bộ phận chủ yếu : bóng đèn và vỏ đèn.
Bóng đèn là nguồn phát sáng, còn vỏ đèn nhằm hớng ánh sáng của nguồn vào không
gian sử dụng với các đặc điểm khác nhau, đồng thời tạo ra vẻ đẹp cho đèn.
2.1.1.- Bóng đèn .
Cho đến nay có ba loại bóng đèn chính, đợc sử dụng rộng rãi nhất đó là : bóng đèn
nung sáng, bóng đèn phóng điện và bóng đèn huỳnh quang.

Để đánh giá các loại bóng đèn và ánh sáng do chúng phát ra ngời ta thờng dùng các chỉ
tiêu sau :
+ Hiệu suất sáng : đợc xác định bằng tỷ số giữa quang thông do đèn phát ra và công
suất điện tiêu thụ, đơn vị là lumen / oat ( lm / W ).
Hiệu suất sáng càng cao thì càng có lợi.
Ngày nay đã đạt đợc hiệu suất sáng tới 200 lm / W đối với đèn phóng điện.
+ Nhiệt độ màu Tm , K : dùng để đánh giá mức độ tiện nghi môi trờng sáng.
Nhiệt độ màu càng cao thì môi trờng sáng càng Lạnh , nhiệt độ màu thấp thì môi tr ờng sáng là Nóng .
Nhiệt độ màu thay đổi từ khoảng 2000 K đến 7000 K .
+ Chỉ số hoàn màu IRC : cho biết chất lợng ánh sáng , đánh giá theo sự cảm thụ
chính xác các màu sắc. Chỉ số hoàn màu thay đổi từ 0 ( đối với ánh sáng đơn sắc ) đến 100
( đối với ánh sáng trắng ).