LUẬN văn sư PHẠM vật lý kỹ THUẬT CHIẾU SÁNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
******

 ******

KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG
Luận văn tốt nghiệp
Ngành: VẬT LÝ - TIN HỌC

GV hướng dẫn:

SV thực hiện:

ThS. Hoàng Xuân Dinh

Nguyễn Thị Thanh Mai
Lớp: Sư phạm Lý - Tin HọcK32
Mã số SV: 1062612

Cần Thơ, 05/2010


LỜI CẢM ƠN

Đề tài luận văn là đề tài tương đối khó đòi hỏi những yêu cầu chặt chẽ về nội
dung, cấu trúc và cách thức trình bày. Mặt khác, đề tài còn mang tính chất quan trọng
ảnh hưởng đến kết quả ra trường của sinh viên. Vì vậy, khi nhận được đề tài luận văn
em rất lo lắng và trong suốt quá trình thực hiện đề tài, em cũng đã gặp không ít những
khó khăn. Nhưng chính nhờ sự động viên, giúp đỡ tận tình của thầy Hoàng Xuân Dinh
và sự cố gắng của bản thân mà luận văn tốt nghiệp đã hoàn thành.

Em xin chân thành cảm ơn thầy đã hết lòng giúp đỡ em vượt qua khó khăn. Cảm
ơn quý thầy cô bộ môn vật lý đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất đề tài.
Con xin cảm ơn gia đình đã luôn ủng hộ con.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn bè đã luôn giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
thực hiện đề tài.
Dù rất cố gắng nhưng chắc chắn đề tài không tránh khỏi những sai sót rất mong
nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thanh Mai


MỤC LỤC
Phần MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.......................................................................................1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................1
3. CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................1
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI....................2
4.1. Phương pháp nghiên cứu................................................................................2
4.2. Phương tiện thực hiện đề tài...........................................................................2
5. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.....................................................................2
Phần NỘI DUNG.........................................................................................................3
Chương 1 ..........................................................................................................3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................................3
1.1. SƠ LƯỢC NHỮNG GIẢ THUYẾT VỀ BẢN CHẤT ÁNH SÁNG........3
1.2. MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC................................................4
1.2.1. Hiện tượng phản xạ ánh sáng ...........................................................4
1.2.2. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng ...........................................................4
1.2.3. Hiện tượng hấp thụ ánh sáng ............................................................5

1.2.4. Hiện tượng tán xạ ánh sáng ..............................................................6
1.3. CÁC ĐƠN VỊ QUANG HỌC CƠ BẢN .................................................8
1.3.1. Quang thông.....................................................................................8
1.3.2. Cường độ sáng .................................................................................9
1.3.3. Độ chói ............................................................................................9
1.3.4. Độ trưng...........................................................................................9
1.3.5. Độ rọi.............................................................................................10
Chương 2 ........................................................................................................11
CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG .................11
2.1. MẮT NGƯỜI VÀ SỰ THỤ CẢM ÁNH SÁNG...................................11
2.1.1. Cấu tạo mắt người..........................................................................11
2.1.2. Sự điều tiết của mắt........................................................................11
2.1.3. Năng suất phân li của mắt ..............................................................11
2.1.4. Thị giác ban ngày, thị giác hoàng hôn ............................................11
2.1.5. Độ nhạy cảm theo phổ ánh sáng .....................................................13
2.1.6. Sự nhìn màu ...................................................................................14
2.1.7. Đặc điểm tâm sinh lý của sự nhìn màu ...........................................14
2.1.8. Trường nhìn ...................................................................................15
2.2. TIỆN NGHI NHÌN ...............................................................................15
2.2.1. Một số đặc điểm của thị giác ..........................................................15
2.2.2. Sự chói lóa .....................................................................................16
2.2.3. Độ rọi yêu cầu................................................................................16
2.2.4. Nhiệt độ màu, chỉ số hoàn màu và tiện nghi môi trường sáng.........17
2.3. CÁC TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU............................18
2.3.1. Đặc điểm chung .............................................................................18
2.3.2. Tính chất phản xạ...........................................................................19
2.3.3. Tính chất xuyên qua .......................................................................20
Chương 3 ........................................................................................................21
CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN.............................................................................21
3.1. NGUỒN SÁNG....................................................................................21

3.1.1. Ánh sáng trực xạ ............................................................................21


3.1.2. Ánh sáng tán xạ..............................................................................21
3.2. CƠ SỞ THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN ....................................22
3.2.1. Đánh giá chiếu sáng .......................................................................22
3.2.2. Hai định luật cơ bản trong chiếu sáng tự nhiên ...............................23
3.2.3. Yêu cầu chiếu sáng tự nhiên...........................................................25
3.3. TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG ................................................................26
3.3.1. Ba thành phần của độ rọi tự nhiên ..................................................26
3.3.2. Cách xác định ba thành phần hệ số độ rọi tự nhiên .........................27
3.3.3. Đặc tính chiếu sáng của các loại cửa .............................................32
3.3.4. Phương pháp xác định gần đúng kích thước cửa lấy ánh sáng theo độ
rọi E trong phòng .....................................................................................32
Chương 4 ........................................................................................................35
CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO ...........................................................................35
4.1. THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG.....................................................................35
4.1.1. Nguồn sáng ....................................................................................35
4.1.2. Chụp đèn........................................................................................36
4.2. LOẠI CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ........................37
4.2.1. Chiếu sáng làm việc .......................................................................37
4.2.2. Chiếu sáng sự cố ............................................................................38
4.3. KIỂU CHIẾU SÁNG............................................................................38
4.4. TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG ................................................................38
4.4.1. Chọn loại bóng đèn ........................................................................38
4.4.2. Lựa chọn vị trí đặt các đèn .............................................................39
4.4.3. Xác định công suất của đèn nung sáng và đèn huỳnh quang ...........43
Phần KẾT LUẬN ......................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................52

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Phần MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong chương trình học đại học, em đã được học rất nhiều môn học. Đối với em
những môn học đó rất bổ ích, giúp em mở rộng hơn tầm hiểu biết của bản thân. Từ
những môn học xã hội như triết học, tâm lý học, giáo dục học … cho đến những môn
chuyên ngành vật lý thì chúng đều có vai trò quan trọng, là hành trang kiến thức vô
cùng quý giá để phục vụ cho công tác giảng dạy sau này.
Với em mỗi môn học đều có cái hay riêng. Trong đó, quang học là một môn học
khá thú vị. Em đã có cơ hội tìm hiểu sâu hơn về bản chất ánh sáng, tính chất của ánh
sáng cũng như những hiện tượng liên quan đến ánh sáng. Tuy nhiên, những kiến thức
quang học mà em tiếp thu được vẫn còn trên lý thuyết. Vậy nó đã có ứng dụng gì trong
cuộc sống của chúng ta? Chính vì lý do đó em đã bắt tay vào việc tìm hiểu một mảng
ứng dụng của quang học trong lĩnh vực kiến trúc với đề tài “ Kỹ thuật chiếu sáng ”.
Từ xa xưa cho đến nay, ánh sáng đã được coi là nhân tố vô cùng quan trọng,
không thể thiếu trong sự sống con người. Trong kiến trúc cũng vậy, dù là ánh sáng tự
nhiên hay nhân tạo khi được đưa vào nhà một cách thích hợp sẽ tạo cho ngôi nhà một
không gian thông thoáng, thoải mái và dễ chịu. Ánh sáng có thể làm thay đổi cảm xúc
của con người đối với không gian kiến trúc. Chiếu sáng đúng cách sẽ nâng cao hiệu
quả làm việc hay nghỉ ngơi và mang tính kinh tế.
Sử dụng ánh sáng tự nhiên trong công trình kiến trúc là khuynh hướng đang nhận
được sự quan tâm lớn trong thiết kế của nhiều công trình kiến trúc mới hiện nay. Việc
sử dụng tốt ánh sáng trong thiết kế công trình kiến trúc sẽ mang lại những giá trị nhất
định về nhiều mặt như thẩm mỹ, công năng và cả về giá trị kinh tế xã hội. Vậy con
người đã tận dụng ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo ra sao để đạt được hiệu quả

tốt nhất? Đề tài “ Kỹ thuật chiếu sáng ” sẽ phần nào giúp cho chúng ta tìm hiểu về các
vấn đề này.

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Tìm hiểu một số cách thức mà ngày nay con người đã sử dụng để đưa ánh sáng tự
nhiên và ánh sáng nhân tạo vào không gian kiến trúc nhằm đạt được hiệu quả về tiện
nghi môi trường sáng và hiệu quả kinh tế. Qua đó thấy được tầm quan trọng của quang
học trong lĩnh vực kiến trúc.

3. CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI
Để có thể biết được cách tận dụng ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo trong
công trình kiến trúc sao cho có hiệu quả thì trước hết chúng ta cần phải hiểu rõ về bản
chất, tính chất ánh sáng cũng như các hiện tượng quang học, các đại lượng quang học
liên quan đến ánh sáng. Đồng thời phải tìm hiểu những nhân tố ảnh hưởng đến thiết kế
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

chiếu sáng. Từ đó mới đi sâu nghiên cứu, tìm hiểu cách tính toán, sử dụng ánh sáng
trong kiến trúc.

4. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
4.1. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, tổng hợp các nguồn tài liệu có liên quan đến đề
tài.

- Lựa chọn các vấn đề cơ bản, sắp xếp chúng sao cho phù hợp với nội dung đề
tài.
4.2. Phương tiện thực hiện đề tài
- Các giáo trình quang học, giáo trình quang học kiến trúc và một số sách về kiến
trúc.
- Tìm hiểu nguồn thông tin trên mạng.

5. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Bước 1:
Bước 2:
Bước 3:
Bước 4:
Bước 5:

Tìm tài liệu liên quan đến đề tài.
Phân tích, tổng hợp, lựa chọn nội dung tài liệu tiến hành viết đề cương.
Trao đổi nội dung đề cương, nội dung tài liệu với giáo viên hướng dẫn.
Tiến hành viết đề tài và hoàn chỉnh đề tài.
Báo cáo luận văn.

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Phần NỘI DUNG


Chương 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. SƠ LƯỢC NHỮNG GIẢ THUYẾT VỀ BẢN CHẤT ÁNH SÁNG
Cuối thế kỉ XVIII xuất hiện đồng thời hai giả thuyết về ánh sáng. Đó là thuyết hạt
của Newton và thuyết sóng của Huyghen.
Newton cho rằng ánh sáng là dòng của các hạt rất bé được phát ra từ vật sáng và bay
theo đường thẳng. Kích thước của các hạt ứng với các tia có màu sắc khác nhau là
khác nhau: hạt của các tia màu đỏ lớn hơn hạt của các tia màu tím. Còn Huyghen cho
rằng ánh sáng là sóng đàn hồi truyền trong môi trường ête.
Trong suốt thế kỉ XVIII, thuyết hạt của Newton đã thống trị trong khoa học
nhưng cuộc đấu tranh giữa thuyết sóng và thuyết hạt vẫn diễn ra găy gắt. Mãi đến khi
thuyết sóng giải thích được hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ thì thuyết sóng mới có được
vị trí xứng đáng của nó.
Mắcxoen đã thiết lập thuyết điện từ ánh sáng. Theo ông sóng ánh sáng là sóng
điện từ có tần số cao. Nhưng thuyết này không giải thích được hiện tượng tán sắc ánh
sáng. Do đó, Lorenx đã đưa ra thuyết electron để giải thích hiện tượng này. Mặc dù,
thuyết electron giải thích được một số hiện tượng như tán sắc, hấp thụ ánh sáng nhưng
không giải thích được hiện tượng phát xạ của vật đen tuyệt đối.
Để giải quyết được khó khăn này, năm 1900 Planck đưa ra thuyết lượng tử
Planck. Theo ông sự phát xạ ánh sáng của vật đen không xảy ra một cách liên tục mà
gián đoạn, nghĩa là thành từng phần năng lượng  xác định bởi:   h
 là tần số phát xạ
h là hằng số Planck
Năm 1905 Anhxtanh đã phát triển thuyết lượng tử của Planck thành thuyết lượng
tử ánh sáng hay thuyết phôtôn. Theo Anhxtanh không phải chỉ có sự phát xạ mà còn
có sự hấp thụ và sự lan truyền của ánh sáng cũng xảy ra dưới dạng những lượng tử
riêng biệt, gọi là lượng tử ánh sáng hay phôtôn.
Thuyết phôtôn khác thuyết hạt của Newton ở chỗ trong thuyết phôtôn còn giữ
được những khái niệm sóng ( lượng tử ánh sáng hay phôtôn được biểu diễn theo tần số

sóng bằng hệ thức   h . Như vậy ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt,
hay nói cách khác nó có lưỡng tính sóng – hạt.
Thuyết phôtôn giải thích được hàng loạt hiện tượng mà thuyết điện từ ánh sáng tỏ
ra bất lực (như sự phát xạ, hấp thụ, các hiện tượng quang điện, huỳnh quang…) nhưng
thuyết phôtôn không hề phủ nhận thuyết điện từ ánh sáng.
Ngày nay thuyết điện từ ánh sáng và thuyết phôtôn là hai thuyết đúng đắn về bản
chất ánh sáng.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

1.2. MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC
1.2.1. Hiện tượng phản xạ ánh sáng
Hiện tượng phản xạ ánh sáng là hiện tượng khi tia sáng chiếu xiên góc đến mặt
phân cách giữa hai môi trường thì tia sáng này sẽ bị đổi phương truyền trong môi
trường cũ.
 Định luật phản xạ ánh sáng:
- Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới
- Góc phản xạ bằng góc tới: i '  i

Tia phản xạ

Tia tới
i

i

’

I

Hình 1.1 Sự phản xạ ánh
sáng

1.2.2. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Là hiện tượng chùm tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường
khi chiếu chùm tia sáng qua mặt phân cách.
 Định luật khúc xạ ánh sáng:
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và tỷ số giữa của sin góc tới (sini) và sin
của góc khúc xạ (sinr) là một số không đổi:
sin i
n
 n21  2
sin r
n1

(1.1)

n21 : là một số không đổi phụ thuộc vào

bản chất của hai môi trường và được gọi là chiết
suất tỷ đối của môi trường 2 đối với môi trường
1.
- Nếu n21  1 thì r  i , tia khúc xạ lại gần

Tia tới
i

(1)

I

(2)
r
Tia khúc xạ

pháp tuyến hơn ta nói môi trường 2 chiết quang
Hình 1.2. Sự khúc xạ ánh sáng
hơn môi trường 1.
- Ngược lại, nếu n21  1 thì r  i tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn, ta nói môi
trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1.
 Hiện tượng phản xạ toàn phần
Từ biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng, ta thấy:
- Nếu n1  n2 thì i  r . Như vậy mọi tia tới đều cho tia khúc xạ.
- Nếu n1  n2 thì i  r . Trong trường hợp này không phải mọi tia tới đều cho tia

khúc xạ. Khi góc tới i đạt tới một giá trị igh nào đó thì góc khúc xạ r  , lúc đó tia
2
khúc xạ nằm trùng với mặt phẳng phân cách giữa hai môi trường. Khi i  igh thì toàn

bộ tia sáng tới bị phản xạ không còn tia khúc xạ nữa. Hiện tượng này gọi là hiện tượng
phản xạ toàn phần.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Góc igh được gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần và nó được xác định bởi biểu
thức:
sin igh 

n2
n1

(1.2)

Như vậy điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là ánh sáng phải
truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém ( n1  n2 ) và
góc tới phải lớn hơn góc giới hạn.
1.2.3. Hiện tượng hấp thụ ánh sáng
Khi cho một chùm ánh sáng đi qua một môi trường vật chất thì cường độ ánh
sáng ra khỏi môi trường bị giảm. Hiện tượng này gọi là hiện tượng hấp thụ ánh sáng.
 Giải thích
Ánh sáng chỉ bị hấp thụ khi truyền trong các môi trường vật chất, còn khi truyền
trong chân không nó không bị hấp thụ. Điều đó chứng tỏ hiện tượng hấp thụ ánh sáng
là kết quả của sự tương tác giữa ánh sáng với các nguyên tử (hay phân tử) cấu tạo nên
môi trường.
Cụ thể dưới tác dụng của điện trường sóng ánh sáng tới các electron của nguyên
tử và phân tử dịch chuyển đối với hạt nhân, thực hiện dao động điều hòa với tần số
bằng tần số của ánh sáng tới. Electron dao động trở thành nguồn phát sóng tới. Do đó

cường độ sáng truyền qua môi trường cũng thay đổi. Vì không phải toàn bộ năng
lượng bị hấp thụ bởi các nguyên tử giải phóng dưới dạng bức xạ mà một phần bị biến
đổi thành dạng khác (nhiệt làm cho vật nóng lên), nghĩa là xảy ra sự hấp thụ ánh sáng.
* Định luật Bughe về sự hấp thụ ánh sáng
Giả sử có một môi trường đồng tính được giới hạn bởi hai mặt song song với bề
dày l
dx

I0

0

I

l

Hình 1.3
Khi rọi chùm tia sáng song song có cường độ I0 tới vuông góc với mặt trước của
môi trường. Ta tìm cường độ I của chùm tia sáng ra khỏi mặt sau của môi trường.
Muốn vậy ta tưởng tượng chia môi trường ra thành các lớp mỏng có bề dày dx
giới hạn bởi hai mặt song song với các mặt giới hạn của môi trường.
Gọi i là cường độ tại mặt trước của một lớp mỏng nào đó và i+di (với di<0) là
cường độ sáng tại mặt sau của nó. Vì độ giảm cường độ di tỷ lệ với cường độ i tới lớp
và bề dày dx nên ta có thể viết:
di   k .i.dx
(1.3)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 5

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Trong đó k là hệ số hấp thụ của môi trường, nó phụ thuộc vào bước sóng ánh
sáng.
Từ (1.3) suy ra

di
 kdx
i

Lấy tích phân hai vế ta có: I  I 0 .e kl

(1.4)

Biểu thức (1.4) là công thức toán học của định luật Bughe về sự hấp thụ ánh sáng.
Nội dung của định luật được phát biểu như sau :
"Cường độ ánh sáng truyền qua môi trường hấp thụ giảm theo quy luật hàm số "
Qua nhiều thí nghiệm người ta chứng tỏ rằng ánh sáng có bước sóng khác nhau bị
môi trường hấp thụ khác nhau. Hiện tượng này gọi là sự hấp thụ lọc lựa ánh sáng. Tất
cả các chất đều hấp thụ lọc lựa ánh sáng.
- Những chất hấp thụ ít ánh sáng trong miền nào đó thì ta nói rằng nó trong suốt
trong miền đó.
- Các vật hấp thụ ít ánh sáng trong miền khả kiến (như trong không khí, thủy tinh,
nước nguyên chất, vv…) được gọi là vật trong suốt không màu.
- Những vật hấp thụ hoàn toàn ánh sáng thấy được thì vật có màu đen.
- Những vật hấp thụ lọc lựa ánh sáng trong vùng khả kiến gọi là vật trong suốt có
màu.

- Màu sắc của các dung dịch, của kính lọc sắc, vv… được giải thích bằng sự hấp
thụ lọc lựa ánh sáng. Chẳng hạn, chiếu ánh sáng trắng vào kính lọc sắc “đỏ”. Vì kính
này chỉ cho các tia màu đỏ, màu da cam truyền qua (hấp thụ rất ít), còn các màu khác
bị hấp thụ hoàn toàn nên kết quả ánh sáng ra khỏi kính là màu đỏ.
1.2.4. Hiện tượng tán xạ ánh sáng
Môi trường đồng tính về mặt quang học là môi trường mà tại mỗi điểm của nó
đều có chiết suất như nhau.
Còn môi trường có chiết suất thay đổi từ điểm này sang điểm khác gọi là môi
trường không đồng tính về mặt quang học. Trong thực tế không có môi trường nào
hoàn toàn đồng tính.
Khi một chùm tia sáng truyền qua một môi trường trong suốt, không đồng tính về
quang học ta không những thấy ánh sáng truyền theo đường thẳng (phương của chùm
tia) mà còn thấy ánh sáng truyền theo các phương khác nữa. Hiện tượng này gọi là
hiện tượng tán xạ ánh sáng.
1.2.4.1. Tán xạ trong môi trường vẩn đục hay tán xạ Tinđan
Môi trường vẩn đục là môi trường trong suốt, chứa những hạt nhỏ lơ lửng (như
khói hay sương mù).
Thí nghiệm nghiên cứu sự tán xạ được bố trí sau:

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

O

S

B

N
A

Hình 1.4. Hiện tượng tán xạ Tinđan
Chiếu một chùm tia sáng song song đi qua một bình thủy tinh đựng nước tinh
khiết. Nếu quan sát theo phương của chùm tia (phương OB) ta thấy có ánh sáng, còn
theo phương khác (chẳng hạn theo phương OA vuông góc với chùm tia) ta không thấy
ánh sáng. Như vậy nước tinh khiết là một môi trường đồng tính về quang học nên
không tán xạ ánh sáng.
Nhỏ vài giọt nước hoa vào bình nước, nước bị vẩn đục và trở thành môi trường
không đồng tính về mặt quang học. Lúc đó quan sát theo phương OA ta thấy có ánh
sáng. Điều đó chứng tỏ rằng nước bị vẩn đục đã làm tán xạ ánh sáng. Hiện tượng này
gọi là hiện tượng tán xạ Tinđan.
Hiện tượng Tinđan đã được Tinđan và Rêlây nghiên cứu bằng lý thuyết và đã
thiết lập được ba định luật về tán xạ ánh sáng như sau:
a. Cường độ của ánh sáng tán xạ tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn của bước sóng.
I b

I0
4

(1.5)

Trong đó I là cường độ của ánh sáng tán xạ, I0 là cường độ của ánh sáng tới, b là
hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào nồng độ và kích thước của hạt làm vẩn đục. Công thức trên ta
thấy rằng ánh sáng có bước sóng càng ngắn thì bị tán xạ càng mạnh.

b. Nếu ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên (ánh sáng có véctơ cường độ điện trường
dao động đều đặn theo mọi phương) thì ánh sáng tán xạ theo phương làm với phương
truyền thẳng một góc  bất kỳ bị phân cực một phần, còn theo phương vuông góc với

phương truyền (   ) thì bị phân cực toàn phần (phân cực thẳng).
2

c. Nếu ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên thì cường độ của ánh sáng tán xạ theo
phương tạo với phương truyền thẳng một góc  được xác định bởi công thức:
(1.6)
I  I  / 2 (1  cos 2  )

. Hiện tượng
2
Tinđan cho phép giải thích màu xanh của bầu trời và ráng đỏ của mặt trời lúc mới mọc
hoặc sắp lặn.

Trong đó I / 2 là cường độ ánh sáng tán xạ theo phương  

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

1.2.4.2. Tán xạ phân tử
- Các môi trường hoàn toàn đồng tính về mặt quang học không tán xạ ánh sáng.

Tuy nhiên quan sát kỹ và chính xác người ta thấy có những môi trường được coi là
hoàn toàn đồng tính như nước tinh khiết, hoặc không khí đã khử hết bụi vẫn tán xạ ánh
sáng.
- Để giải thích hiện tượng này, người ta phải giả thuyết rằng môi trường sạch ở
trên vẫn không hoàn toàn đồng tính. Hạt gây nên tán xạ ở đây chính là các phân tử của
môi trường, nên hiện tượng này gọi là hiện tượng tán xạ phân tử.
- Nguyên nhân làm cho môi trường không đồng tính là những thăng giáng của
mật độ phân tử trong môi trường. Do chuyển động nhiệt hỗn loạn các phân tử không
được bố trí đều đặn trong môi trường. Kết quả là chiết suất của môi trường cũng bị
thăng giáng làm cho môi trường không đồng tính về mặt quang học. Đó chính là
nguyên nhân gây ra hiện tượng tán xạ phân tử.
- Hiện tượng tán xạ phân tử quan sát được cả trong chất khí, chất rắn và chất lỏng
nhưng nói chung là rất yếu.
- Tán xạ phân tử cũng cho phép ta giải thích được màu xanh da trời. Nó là kết quả
của sự tán xạ ánh sáng mặt trời gây bởi một lớp khí quyển dày.

1.3. CÁC ĐƠN VỊ QUANG HỌC CƠ BẢN
1.3.1. Quang thông
Trước hết ta nói về khái niệm dòng quang năng. Gọi dW là năng lượng đi qua
diện tích ds của ánh sáng trong thời gian dt. Đại lượng: dp  

dW
gọi là dòng quang
dt

năng đi qua diện tích ds.
Vậy dòng quang năng đi qua diện tích ds là năng lượng đi qua diện tích đó trong
một đơn vị thời gian. Đơn vị là oát (W)
Để đặc trưng cho độ nhạy của mắt đối với ánh sáng có bước sóng khác nhau ta
dùng một đại lượng gọi là hàm số thị kiến V .

Để đặc trưng cho chùm ánh sáng cả về phương diện năng lượng cũng như khả
năng gây cảm giác, người ta dùng đại lượng gọi là quang thông. Quang thông
d   được đo bằng tích của dòng quang năng với hàm số thị kiến V ứng với bước sóng
.
d   V dp

Quang thông toàn phần của một nguồn sáng được tính bằng công thức:
2

   V dp

(1.7)

1

Trong đó 1 và  2 là bước sóng giới hạn của miền ánh sáng thấy được. Đơn vị
quang thông là Lumen (lm).

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

1.3.2. Cường độ sáng
Cường độ sáng của một nguồn điểm theo một phương nào đó là đại lượng vật lý
có trị số bằng quang thông truyền đi trong một đơn vị góc khối theo phương đó.

Cường độ sáng được tính theo công thức:
I

d
d

(1.8)

I: cường độ sáng, đơn vị là Candela (Cd)
d : quang thông (lm)
d : góc khối, đơn vị Stêradian (Sr)
d 

dS cos i
r2

dSn

n

i

d

O

S

x

dS

r

Hình 1.5
Đối với nguồn đẳng hướng quang thông toàn phần có giá trị :
   d   Id  I  d  4I

(1.9)

1.3.3. Độ chói
Độ chói có giá trị bằng cường độ sáng của một đơn vị diện tích mặt phát sáng
theo phương vuông góc. Như vậy, độ chói đặc trưng cho sự phát sáng của một diện
tích theo phương cho trước. Độ chói được tính theo công thức:
Bi 

I
I

dS cos i dS n

(1.10)

dS

dS n

i

d

Trong đó:

O

n

x

Hình 1.6

2

Bi : độ chói (cd/m )
2

dSn : hình chiếu của diện tích ds lên mặt phẳng vuông góc với phương 0x (m )

1.3.4. Độ trưng
Độ trưng là quang thông toàn phần phát ra từ một đơn vị diện tích của mặt phát
sáng.
d
R
(1.11)
ds
Trong đó:
d : quang thông toàn phần do diện tích ds phát ra theo mọi phương
R: độ trưng (lm/m 2)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

1.3.5. Độ rọi

n

d

r

ds
i

S

Hình 1.7
Để đặc trưng cho chùm sáng tại nơi nhận ánh sáng, người ta dùng khái niệm độ
rọi. Gọi ds là diện tích được rọi sáng, d là quang thông toàn phần gửi tới diện tích
này.
E

d
ds

(1.12)

Đối với nguồn điểm đẳng hướng, ta có :
E

Id  I cos i

ds
r2

Trong đó:
E: độ rọi ( lux hay lx)
r: là khoảng cách từ nguồn điểm đến diện tích ds
I: cường độ sáng của nguồn
i: góc giữa chùm của tia tới và pháp tuyến n của mặt ds

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 10

(1.13)


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Chương 2
CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG
2.1. MẮT NGƯỜI VÀ SỰ THỤ CẢM ÁNH SÁNG
2.1.1. Cấu tạo mắt người

Hình 2.1. Cấu tạo mắt người
Mắt người 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 tín hiệu điện để truyền
lên não và cho phép bộ não tái tạo lại hiện tượng gọi là thị giác.
2.1.2. Sự điều tiết của mắt
Mắt có thể nhìn được những vật ở xa cũng như ở gần nhờ nó có thể tự động thay
đổi độ cong của thủy tinh thể để làm cho ảnh luôn luôn hiện rõ nét trên võng mạc. Sự
thay đổi độ cong của thủy tinh thể để mắt có thể nhìn rõ các vật ở những khoảng cách
khác nhau gọi là sự điều tiết của mắt.
Điểm xa nhất đặt vật tại đó mà mắt nhìn rõ vật gọi là điểm cực viễn Cv. Mắt bình
thường điểm cực viễn ở vô cực.
Điểm gần nhất đặt vật mà mắt có thể điều tiết để nhìn rõ được nó gọi là điểm cực
cận Cc. Mắt bình thường có điểm cực cận cách mắt chừng 15 cm.
Khoảng cách giữa điểm cực cận đến điểm cực viễn gọi là khoảng nhìn rõ của mắt
( đối với mắt thường khoảng nhìn rõ từ 15 cm đến vô cực ).
2.1.3. Năng suất phân li của mắt
Mắt phân biệt rõ nhất các chi tiết nhỏ của vật thì phải đặt vật tại điểm cực cận Cc
vì khi đó góc nhìn  của mắt (góc nhìn từ quang tâm của mắt) có giá trị lớn nhất. Góc
nhìn  của mắt tính bằng phút.

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Người ta gọi góc nhìn nhỏ nhất giữa hai điểm gần nhau của một vật mà mắt có
thể phân biệt được gọi là năng suất phân li của mắt. Mắt bình thường có năng suất
phân li khoảng 1' .
2.1.4. Thị giác ban ngày, thị giác hoàng hôn
Ánh sánh truyền tới mắt người, thực chất là do điện trường E trong ánh sáng tác
dụng lên các tế bào thần kinh thị giác của võng mạc, gây nên cảm giác sáng. Do đó,
vectơ cường độ điện trường E trong ánh sáng được gọi là vectơ sóng sáng.
Khi ánh sáng tác dụng lên mắt sẽ gây một cảm giác sáng, cảm giác này xác định
bằng độ rọi E trên võng mạc do quang thông từ vật quan sát rọi vào mắt.
Võng mạc là nơi nhận những kích thích bên ngoài rọi tới, màng lưới thần kinh thị
giác của võng mạc chứa những tế bào nhạy ánh sáng. Ở vùng giữa của võng mạc là
những thế bào hữu sắc gọi là tế bào nón (có khoảng 7 triệu) và chung quanh là những
tế bào vô sắc gọi là tế bào que (khoảng 120 triệu ).

Hình 2.2. Sự phân bố tế bào hình que và hình nón trên võng mạc
Hai tế bào này giữ vai trò khác nhau khi xuất hiện cảm giác sáng. Tương ứng với hai
loại tế bào que và tế bào nón con người có hai thị giác khác nhau là thị giác ban ngày
và thị giác hoàng hôn.
 Thị giác ban ngày
Thị giác ban ngày liên hệ với kích thích tế bào nón.

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 12


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Khi độ rọi E đủ lớn ( E  10 lux) tế bào nón cho cảm giác màu sắc và giúp phân
biệt chi tiết vật quan sát.
Như vậy, khi độ rọi E  10 lux thị giác ban ngày làm việc.
 Thị giác ban đêm (hoàng hôn)
Thị giác ban đêm liên hệ với kích thích tế bào que, khi độ rọi E  0, 01 lux thì tế
bào que làm việc.
Độ rọi E từ 0,01 lux đến 10 lux thì cả hai tế bào cùng làm việc.
Không có ranh giới rõ rệt đối với sự vận động của hai loại tế bào này. Chúng làm
việc nhiều hay ít tùy theo mức độ chiếu sáng nhất là trong miền thị giác, là miền trung
gian giữa thị giác ban ngày và thị giác ban đêm.
Khi chuyển từ nhìn ban đêm (tế bào que) sang nhìn ban ngày (tế bào nón) hoặc
ngược lại, cảm giác sáng không xảy ra tức thời mà phải qua một thời gian. Đó là hiện
tượng 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 chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo.
Bảng 2.1. Đặc điểm cảm thụ ánh sáng của mắt người
Đặc điểm sinh lý
Tế bào cảm quang
Mức độ chói để tế bào
làm việc bình thường
Độ nhạy cảm theo phổ
ánh sáng
Cảm thụ màu
Phân biệt chi tiết

Nhìn ban ngày
Hình nón
Cao ( từ 10 đến 500 cd/cm2 )

Nhìn ban đêm

Hình que
Thấp (dưới 10 cd/cm2)

Cực đại ở vàng - lục ( λ=555 Cực đại ở xanh - lục ( λ=510
nm ) giảm dần đến tím và đỏ nm ) giảm dần đến tím và
cam
Tốt
Không
Tốt
Kém

2.1.5. Độ nhạy cảm theo phổ ánh sáng

Hình 2.3. Phổ ánh sáng nhìn thấy
Ánh sáng màu tím
Ánh sáng màu chàm
Ánh sáng màu lam
Ánh sáng màu lục
Ánh sáng màu vàng
Ánh sáng màu cam
Ánh sáng màu đỏ

 = 380 – 450 nm
 = 450 – 480 nm
 = 480 – 510 nm
 = 510 – 550 nm
 = 550 – 585 nm
 = 585 – 620 nm
 = 620 – 780 nm

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 13


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Hình 2.4. Độ nhạy cảm tương đối của mắt người
Với

V' : hàm số thị kiến nhìn ban đêm

V : hàm số thì kiến nhìn ban ngày

Độ nhạy cảm ánh sáng của mắt người theo phổ ánh sáng không đều nhau khi
bước sóng khác nhau. Trong ánh sáng ban ngày mắt nhạy cảm nhất với tia vàng lục (
bước sóng = 555 nm) và giảm dần về hai phía đỏ và tím. Trong ánh sáng ban đêm
hay hoàng hôn, độ nhạy cảm lớn nhất của mắt người lại ở tia xanh lục (bước sóng

=510 nm) và cũng giảm dần về hai phía tím và cam.
2.1.6. Sự nhìn màu
M.V. Lomonosov (Nga) là người đầu tiên nói rằng trong mắt người có ba loại tế
bào cảm thụ màu ánh sáng: loại trội với màu đỏ, loại trội với màu lục và loại trội với
màu xanh trời. Từ đó đưa ra thuyết ba màu của mắt.
Với những tiến bộ của khoa học, ngày nay người ta đã xác nhận lý thuyết trên,
chỉ khác một chút là tế bào thứ ba trội với màu lam. Ngoài ra, người ta cũng phát hiện
thêm loại thứ tư nhạy cảm với cả ba màu, nhờ đó ta có cảm giác về độ sáng màu. Tùy
theo tương quan giữa cảm giác của ba loại tế bào trên với ánh sáng mà chúng ta cảm

nhận được màu sắc của mọi vật. Nếu ánh sáng tới mắt là ánh sáng đỏ (hay lục, lam) thì
chủ yếu chỉ các tế bào đỏ (hay lục, lam) phản ứng. Nếu ánh sáng tới mắt là ánh sáng
tổng hợp thì cả ba loại tế bào cùng phản ứng và tùy tương quan giữa chúng mà ta có
cảm giác về màu sắc tới mắt: khi phản ứng của ba tế bào cảm quang không đều, ta cảm
giác màu có sắc, khi phản ứng của chúng đều nhau, ta có cảm giác màu vô sắc.
Một bằng chứng của lý thuyết ba màu là bệnh mù màu sắc ở một số người. Có
một số người không cảm thụ màu đỏ, một 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 người bình thường.
2.1.7. Đặc điểm tâm sinh lý của sự nhìn màu
2.1.7.1. Sự thích ứng màu
Khi nhìn lâu một màu nào đó độ nhạy cảm về màu của mắt giảm đi, khi đó khả
năng phân biệt những sự khác nhau nhỏ về màu sắc bị kém đi rõ rệt. Lúc đó, cần có
một thời gian hồi phục để mắt trở lại làm việc bình thường. Hiện tượng đó gọi là sự
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 14


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

thích ứng màu. Thời gian hồi phục gọi là thời gian thích ứng. Thời gian thích ứng màu
ngắn hơn thời gian thích ứng sáng, dài nhất đối với màu đỏ và tím, ngắn nhất đối với
màu vàng và lục.
Muốn giảm thời gian thích ứng, nhanh chóng hồi phục khả năng cảm thụ chính
xác màu sắc cần đặt xen kẽ màu nọ với màu kia.
2.1.7.2. Sự tương phản màu đồng thời
Sự cảm thụ màu của mắt ta không chỉ phụ thuộc vào màu sắc vật cần nhìn, mà

còn phụ thuộc cả màu sắc của nền đặt vật đó. Ví dụ, màu cam khi đặt trên nền đỏ ta
thấy sáng hơn, còn khi đặt trên nền vàng lại thấy tối hơn.
Hiện tượng thay đổi cảm giác màu sắc của các vật quan sát phụ thuộc màu nền
hoặc của vật bên cạnh gọi là sự tương phản màu đồng thời.
2.1.8. Trường nhìn
Trường nhìn của mắt người xác định được như sau:
Trường nhìn ngang: khoảng 1600
Trường nhìn đứng: khoảng 1300

2.2. TIỆN NGHI NHÌN
2.2.1. Một số đặc điểm của thị giác
* Khả năng phân biệt của mắt người
Xác định bằng góc (đo bằng phút) mà người ta có thể phân biệt được hai điểm
hoặc hai vạch gần nhau. Sự nhìn bình thường nếu góc phân biệt là 1 phút. Để đọc sách
góc phân biệt 3-5 phút. Khả năng phân biệt được xem xét khi tiêu chuẩn độ rọi cho
công việc khác nhau.
* Độ tương phản
CIE (ủy ban quốc tế chiếu sáng) định nghĩa độ tương phản C như sau:
C

Bv  Bn B

Bn
Bn

(2.1)

Trong đó:
Bv và Bn tương ứng là độ chói của vật cần nhìn và của nền trên đó đặt vật.

C có thể dương (độ tương phản của vật sáng trên nền tối) hoặc âm (độ tương
phản của vật tối trên nền sáng). C thay đổi từ 0 đến 1.
Sự cảm thụ độ tương phản là yếu tố cần thiết để phân biệt các vật và hình dạng
của chúng.
Khi B là cực tiểu ( ký hiệu Bs là độ chói nhỏ nhất cần thêm vào độ chói của
vật hoặc nền để có thể phân biệt chúng) ta sẽ có ngưỡng tương phản. Ngưỡng tương
phản (Cn) thay đổi theo độ chói của nền Bn. Trị số nghịch đảo của ngưỡng tương phản
( ký hiệu

1
B
 n ) được gọi là độ nhạy cảm tương đối, ký hiệu là RCS.
Cn Bs

Bn cd/m2
RCS

1
13,5

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

10
36,2

Trang 15

100
62,2

1000
83,3

10000
100


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

2.2.2. Sự chói lóa
CIE phân biệt hai loại chói
* Chói lóa nhiễu (lóa mờ)
Là sự chói lóa làm giảm khả năng nhìn do nó làm tăng ngưỡng độ chói tương
phản.
Ví dụ, khi cạnh một bề mặt cần nhìn (gồm nền và vật) có một ngọn đèn S ( độ
chói B ' ). Lúc này đèn như tạo ra lớp màn trùm lên bề mặt cần nhìn. Do đó phải tăng
độ tương phản giữa nền và vật. Lóa mờ rất quan trọng trong chiếu sáng đường phố.
* Chói lóa mất tiện nghi
Xảy ra khi một vật có độ chói cao nằm trong trường nhìn của mắt. Trường hợp
cực đoan, độ chói có thể gây co mạnh con ngươi của mắt gây đau đớn. Thực nghiệm
cho thấy, sự chói lóa mất tiện nghi bắt đầu khi có độ chói vượt 5000 cd/m 2 trong
trường nhìn.
Người ta làm thực nghiệm với một công nhân nhìn ngang phía trước cho thấy
chói lóa mất tiện nghi càng tăng khi nguồn gây chói càng nằm sâu trong trường nhìn
của mắt. Quan hệ này được đánh giá qua góc  c (góc bảo vệ) và cảm giác mất tiện
nghi.
Khảo sát thực tế cho thấy góc bảo vệ nhỏ hơn 450 thì sự chói lóa mất tiện nghi
không còn đáng kể. Thường trong các nhà công nghiệp chiếu sáng bằng đèn phóng

điện có chụp hở, người ta yêu cầu phải đảm bảo góc bảo vệ nhỏ hơn 600.

γc

γc

Hình 2.5. Góc bảo vệ mắt
2.2.3. Độ rọi yêu cầu
Độ rọi yêu cầu là độ rọi cần thiết để mắt có khả năng phân biệt tốt nhất các chi
tiết cần nhìn khi tiến hành công việc. Độ rọi yêu cầu được tính trung bình trên mặt
phẳng làm việc ( thường nằm ngang ).
Người ta cũng nhận thấy rằng khi độ chói của nền tăng lên, khả năng phân biệt
của mắt cũng tăng theo, do con ngươi thu hẹp lại, các tia sáng rơi đúng vào điểm vàng
nơi có mật độ tế bào nón cao nhất. Khả năng phân biệt vật tăng lên khi độ rọi của vật
tăng và đạt cao nhất khi độ rọi khoảng 1000 lux. Tuy nhiên đối với mắt bình thường tỷ
lệ này bắt đầu từ 100 lux. Độ rọi yêu cầu càng phải cao nếu kích thước chi tiết càng
nhỏ, độ tương phản giữa chi tiết và nền yếu.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 16


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Độ rọi yêu cầu thường xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào góc phân biệt
hoặc theo công thức kinh nghiệm sau đây ( do Weston đề nghị )
E yc 

1,94.10 3
(lx )
 . 1,5

(2.2)

Trong đó:  - hệ số phản xạ khuyếch tán của nền
 - góc phân biệt chi tiết đặc trưng (phút)
2.2.4. Nhiệt độ màu, chỉ số hoàn màu và tiện nghi môi trường sáng
* Nhiệt độ màu :
Màu của ánh sáng quyết định mức độ trung thực màu của vật quan sát. Tính trung
thực và tính biến màu trên vật quan sát có ý nghĩa to lớn trong nghệ thuật chiếu sáng
kiến trúc.
Như vậy để có căn cứ đánh giá màu của ánh sáng trong miền bức xạ khả kiến,
người ta dùng “ nhiệt độ màu ”. Nhiệt độ màu của một nguồn sáng không phải là nhiệt
độ của bản thân nó mà là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối khi được 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. Vì vậy để xác định nhiệt độ màu của một nguồn sáng cần phải so sánh phổ ánh
sáng của nó với phổ ánh sáng bức xạ của vật đen tuyệt đối được đốt nóng từ khoảng
2000 đến 10000 0K.
Từ thực nghiệm, người ta xác định nhiệt độ màu của các ánh sáng trắng khác
nhau dưới đây:
- 2500 – 3000 0K
ánh sáng lúc mặt trời lặn, đèn nung sáng, ánh sáng nóng
(giàu bức xạ đỏ).
- 4500 – 5000 0K
ánh sáng ban ngày khi trời sáng.
0
- 6000 – 8000 K
ánh sáng ngày đầy mây, ánh sáng “lạnh” (giàu bức xạ

màu xanh da trời).
Qua nhiều nghiên cứu thực nghiệm về tiện nghi môi trường sáng người ta nhận
thấy:
Các nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp chỉ thích hợp cho những nơi có yêu cầu độ
rọi thấp.
Ngược lại những nơi có yêu cầu độ rọi cao lại đòi hỏi các nguồn sáng có nhiệt độ
màu lớn (ánh sáng lạnh).
Trong thiết kế chiếu sáng người ta coi nhiệt độ màu như một tiêu chuẩn đầu tiên
để chọn nguồn sáng cho không gian có độ rọi yêu cầu đã biết nhằm đạt được một môi
trường sáng tiện nghi.
Biểu đồ Kruithof (hình 2.6) cho quan hệ giữa nhiệt độ màu và độ rọi yêu cầu để
đạt được môi trường ánh sáng tiện nghi trong nội thất.

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 17


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Hình 2.6. Biểu đồ Kruithof
* Chỉ số hoàn màu
Chất lượng của ánh sáng thể hiện ở chất lượng nhìn màu, nghĩa là khả năng phân
biệt chính xác màu sắc trong ánh sáng đó.
Chúng ta biết rằng cùng một vật nếu được chiếu sáng bằng các ánh sáng khác
nhau hoặc cùng một ánh sáng trắng nhưng có nhiệt độ màu khác nhau, thì cảm giác
của chúng ta về màu sắc của vật đó cũng khác nhau. Ví dụ, một bức tranh có màu sắc
thay đổi khi ngắm nó giữa trưa và vào lúc hoàng hôn. Như vậy, nguồn sáng có thể biến

đổi màu sắc của các vật bị chiếu sáng bởi nguồn sáng đó. Sự biến đổi này là do phổ
của ánh sáng bức xạ gây ra.
Để đánh giá sự biến đổi màu do ánh sáng gây ra đó, người ta dùng chỉ số hoàn
màu ( kí hiệu CRI hay Ra ).
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 lượng ánh sáng được xem là càng tốt. Trong
thực tế người ta chấp nhận chỉ số hoàn màu như sau:
Ra<50:
màu của vật quan sát biến đổi hoàn toàn.
Ra>70:
chiếu sáng trong công nghiệp không yêu cầu phân biệt màu
chính xác.
70chiếu sáng trong trường hợp không yêu cầu cao về phân biệt
màu vật quan sát.
Ra>80:
chiếu sáng trong nhà ở và những nơi yêu cầu cao về phân biệt
màu vật quan sát.

2.3. CÁC TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU
2.3.1. Đặc điểm chung
Khi quang thông  rọi vào bề mặt của vật liệu thì một phần bị phản xạ trở lại
Φ ρ , một phần bị vật liệu hấp thu Φ α , một phần xuyên qua Φ τ .
Theo định luật bảo toàn năng lượng Φ=Φ ρ +Φ α +Φ τ
Với ρ,α,τ là hệ số phản xạ, hấp thu, xuyên qua của vật liệu

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 18

(2.3)


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Φρ 
Φ 
Φ 
α= α   ρ+α+τ=1
Φ
Φ 
τ= τ 
Φ 

ρ=

(2.4)

Hình 2.7
2.3.2. Tính chất phản xạ
Khi ánh sáng rọi vào bề mặt vật liệu, hiện tượng phản xạ có thể xảy ra những trường
hợp sau:
 Phản xạ định hướng (phản xạ mặt gương) (hình 2.8)
Vật liệu có bề mặt nhẵn bóng, khi nhận ánh sáng tới sẽ
i r
cho hiện tượng phản xạ định hướng. Phản xạ định
hướng tuân theo định luật quang hình học.
Góc tới i bằng góc phản xạ r

 Phản xạ khuyếch tán: có 3 trường hợp
Hình 2.8
* Phản xạ khuyếch tán hoàn toàn (hình 2.9.a)
Ánh sáng phản xạ phân bố đều theo các hướng trong bán cầu trên mặt phản xạ.
Mặt giấy láng trơn, mặt sơn trang trí … có hiện tượng này. Nhìn ánh sáng phản xạ loại
này có cảm giác mát dịu, dễ chịu.
Với những vật liệu như mặt gạch, mặt đá thiên nhiên không trát, có thể coi gần
đúng có hiện tượng phản xạ khuyếch tán hoàn toàn (gọi là mặt phản xạ khuyếch tán
hoàn toàn thông thường - hình 2.9.b).

a)

b)

Hình 2.9
* Phản xạ khuyếch tán định hướng
Chùm tia phản xạ khuyếch tán bao phủ chung quanh tia phản xạ mặt gương. Đặc điểm
của hiện tượng phản xạ này là góc khối của chùm tia phản xạ lớn hơn góc khối của
chùm tia tới. (hình 2.10)
* Phản xạ khuyếch tán hỗn hợp
Bao gồm cả hiện tượng phản xạ khuyếch tán hoàn toàn và phản xạ khuyếch tán định
hướng. Vật liệu tráng men sẽ có tính chất này. (hình 2.11)
.

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 19


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Hình 2.10

Hình 2.11

2.3.3. Tính chất xuyên qua
Ánh sáng xuyên qua vật sẽ được xác định bằng hệ số xuyên sáng  , nó sẽ thay đổi tùy
theo góc tới của tia sáng và thành phần phổ của các tia.
 Xuyên qua định hướng (hình 2.12)
Xuyên qua định hướng xảy ra khi các tia sáng đi
qua khỏi vật mà không đổi hướng.
Đó là vật liệu trong suốt như kính.
 Xuyên qua khuyếch tán
Hình 2.12
* Xuyên qua khuyếch tán hoàn toàn (hình 2.13)
Khi ra khỏi vật nó khuyếch tán về mọi hướng. Trường hợp lý tưởng là khuyếch tán
hoàn toàn với đường xuyên sáng là một mặt cầu có độ chói đồng đều mọi hướng.
Thực tế rất hạn hữu có vật liệu xuyên sáng khuyếch tán hoàn toàn mà chỉ gặp vật liệu
xuyên sáng khuyếch tán gần hoàn toàn (hình 2.14).
* Xuyên qua khuyếch tán định hướng (hình 2.15)
 Xuyên qua khuyếch tán hỗn hợp (hình 2.16)

Hình 2.13

Hình 2.14

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Trang 20

Hình 2.15

Hình 2.16


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Chương 3
CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
3.1. NGUỒN SÁNG
3.1.1. Ánh sáng trực xạ
Trực xạ là bức xạ mặt trời do các tia nắng xuyên qua khí quyển chiếu trực tiếp xuống
mặt đất. Khi xuyên qua khí quyển một phần năng lượng của tia bức xạ mặt trời bị
khuyếch tán và mất hút, nên cường độ của nó giảm đi. Sở dĩ có hiện tượng này là vì
khí quyển thường không trong suốt (có hơi nước và chất khí trong khí quyển). Phần
bức xạ nhìn thấy như ánh sáng có bước sóng từ 380 nm đến 780 nm.
3.1.2. Ánh sáng tán xạ
Là ánh sáng của bầu trời, tạo bởi sự khúc xạ và phản xạ của các tia mặt trời trong khí
quyển. Ánh sáng mặt trời chiếu xuống, bị tác động hấp thụ và khuyếch tán của các
phần tử không khí và hạt lơ lửng. Chúng làm giảm năng lượng mặt trời chiếu xuống
nhưng lại có khả năng phản xạ trở lại để chiếu sáng các công trình kiến trúc. Do vậy
khi bầu trời có mây thì cường độ tán xạ lớn hơn khi bầu trời quang mây. Ánh sáng tán
xạ của bầu trời phụ thuộc vào:
- Vị trí của mặt trời trên bầu trời
- Tình trạng mây của bầu trời
- Đặc điểm phản xạ của bề mặt đất

Hai đặc điểm đầu quyết định sự phân bố độ chói của bầu trời, là yếu tố quyết định
độ rọi trên mặt đất. Sự phân bố độ chói thường được nghiên cứu cho ba loại bầu trời:
bầu trời đầy mây, bầu trời ít mây, bầu trời sáng.
 Bầu trời tiêu chuẩn trong thiết kế chiếu sáng
* Bầu trời CIE (bầu trời đầy mây)
Ủy ban quốc tế chiếu sáng CIE đã chọn bầu trời đầy mây làm bầu trời tiêu chuẩn trong
thiết kế chiếu sáng tự nhiên (CSTN). Độ chói của bầu trời này phân bố theo qui luật
Moon & Spencer
(3.1)
Bz (1  2 sin  )
B 

3

Trong đó:
B : độ chói bầu trời tại độ cao góc  so với chân trời

Bz : độ chói bầu trời tại thiên đỉnh

Theo qui luật này độ chói của bầu trời tăng dần từ chân trời tới thiên đỉnh, là hằng số
đối với mỗi góc cao của bầu trời mà không phụ thuộc phương hướng của vị trí khảo
sát.
Ta có thể xác định độ chói ở chân trời theo độ chói thiên đỉnh theo công thức
B 

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Mai

Bz
3

Trang 21

(3.2)