Khảo sát tình hình chiếu sáng phòng học ở cấp trung học cơ sở của một số trường tại tp đà nẵng và đề xuất giải pháp khắc phục

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
----------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ
Đề tài:
KHẢO SÁT TÌNH HÌNH CHIẾU SÁNG PHỊNG HỌC Ở CẤP TRUNG
HỌC CƠ SỞ CỦA MỘT SỐ TRƯỜNG TẠI TP. ĐÀ NẴNG VÀ ĐỀ
XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC
Người hướng dẫn:
TS. Lê Hồng Sơn

Người thực hiện:
Huỳnh Mai Thuận

Đà Nẵng, tháng 5/2013

i


Lời Cảm Ơn!
Để hồn thành tốt khóa luận này, tơi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo
trong khoa vật lý đã hết lịng dạy bảo tơi trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại
trường.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo TS. Lê Hồng Sơn đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong thời gian làm khóa luận.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các bạn sinh viên đã luôn ở bên và giúp đỡ
tôi trong những khoảng thời gian khó khăn nhất .
Đà Nẵng, ngày 21 tháng 5 năm 2013

Sinh viên thực hiện
Huỳnh Mai Thuận

ii


MỤC LỤC

Trang
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 01
Chương I: TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG
1.1. ĐẠI LƯỢNG VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁNH SÁNG ......................................................... 03
1.1.1. Thông lượng bức xạ................................................................................... 03
1.1.2. Độ nhạy của mắt. ....................................................................................... 03
1.1.3. Quang thông. ............................................................................................. 03
1.1.4. Cường độ ánh sáng. ................................................................................... 03
1.1.4.1. Góc khối (góc khơng gian, góc đặc) ........................................... 03
1.1.4.2. Cường độ sáng. ............................................................................ 04
1.1.5. Độ rọi. ........................................................................................................ 04
1.1.6. Độ chói. ..................................................................................................... 04
1.1.7. Hệ số chiếu sáng tự nhiên. ......................................................................... 05
1.1.8. Chỉ số hồn màu. ....................................................................................... 05
1.2. ĐỘ NHÌN VÀ NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ............................................................ 05
1.2.1. Cấu tạo và sự thu nhận ánh sáng của mắt.................................................. 05
1.2.2. Những nhân tố ảnh đến độ nhìn. ............................................................... 06
1.2.2.1. Góc nhìn và năng suất phân li. .................................................... 06
1.2.2.2. Độ chói của vật quan sát làm lóa mắt khi nhìn. .......................... 07
1.2.2.3. Khoảng cách giữa vật và mắt. ..................................................... 08
1.2.2.4. Thời gian quan sát. ...................................................................... 09
1.3. TIÊU CHUẨN CHIẾU SÁNG ............................................................................... 09

1.3.1. Tiêu chuẩn trong nước về chiếu sáng ........................................................ 09
1.3.1.1. Tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên. .................................................. 09
1.3.1.2. Tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo. ................................................. 10
1.3.2. Tiêu chuẩn quốc tế về chiếu sáng trường học. .......................................... 12
1.3.3. Thiết kế phòng học mẫu trường THCS. .................................................... 13

iii


Chương II: ÁNH SÁNG NHÂN TẠO - ÁNH SÁNG BẰNG ĐIỆN NĂNG.
2.1. ĐÈN SỢI ĐỐT. ....................................................................................................... 14
2.1.1. Các khái niệm. ........................................................................................... 14
2.1.2. Những thơng số đặc tính của đèn sợi đốt. ................................................. 15
2.1.2.1. Điện áp định mức: Tính bằng Vơn (V) ....................................... 15
2.1.2.2. Cơng suất đèn: Tính bằng Watt (W) ........................................... 15
2.1.2.3. Hiệu suất phát quang η ................................................................ 16
2.1.2.4. Quang thơng ................................................................................ 16
2.1.2.5. Thời gian sử dụng trung bình. ..................................................... 16
2.2. ĐÈN HUỲNH QUANG (NGUỒN SÁNG PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ) 17
2.2.1. Đèn phóng điện qua chất khí. .................................................................... 17
2.2.1.1. Đèn thủy ngân áp suất thấp. ........................................................ 17
2.2.1.2. Đèn thủy ngân áp suất cao........................................................... 17
2.2.1.3. Đèn thủy ngân siêu cao áp. ......................................................... 18
2.2.2. Đèn huỳnh quang áp suất thấp. ................................................................. 19
2.2.3. Đèn huỳnh quang cải tiến. ......................................................................... 21
2.2.3.1. Đèn mắt ếch ................................................................................. 21
2.2.3.2. Bóng đèn huỳnh quang tích hợp chấn lưu (bóng đèn compact). 21
2.2.4. Đèn phóng điện.......................................................................................... 22
2.2.4.1. Đèn phóng điện sáng âm cực Catốt. ............................................ 22
2.2.4.2. Đèn phóng điện sáng dương cực Anốt nguội (ống cao thế). ....... 22

2.2.4.3. Đèn phóng điện hồ quang............................................................ 22
Chương III: CÁC NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NHÌN VÀ CÁCH
KHẮC PHỤC.
3.1. ĐỘ RỌI CHƯA ĐỦ GÂY CẬN THỊ CHO MẮT. ................................................. 24
3.2. CÁC NHÂN TỐ NGOẠI CẢNH GÂY RA CHÓI LÓA ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG LÀM VIỆC. .............................................................................................. 25
3.2.1. Hướng phòng. ............................................................................................ 25
3.2.2. Tỉ số độ chói giữa các bề mặt chưa hợp lí. ................................................ 26
iv


3.2.3. Hiện tượng chói lóa do độ chói quá lớn nằm trong tầm nhìn của mắt. .... 27
3.2.4. Góc nhìn lên bảng quá bé. ......................................................................... 28
3.2.5. Vị trí chỗ ngồi quá xa bảng ....................................................................... 28
3.3. HIỆN TƯỢNG NHẤP NHÁY ÁNH SÁNG CỦA ĐÈN HUỲNH QUANG......... 28
3.4. HIỆN TƯỢNG LOÁNG QUẠT. ............................................................................ 29
Chương IV: THỰC NGHIỆM ĐO ĐẠT VÀ KẾT QUẢ
4.1. SỐ LIỆU TỪ PHÒNG HỌC. .................................................................................. 31
4.1.1. Đặc điểm hướng nhận ánh sáng của phòng học. ....................................... 31
4.1.2. Khoảng cách bố trí bảng và bàn trong lớp học.......................................... 31
4.1.3. Đặc điểm về diện tích của phịng học........................................................ 33
4.1.4. Đặc điểm chiếu sáng nhân tạo và bố trí đèn của phịng học. .................... 33
4.2. SỐ LIỆU TỪ MÁY ĐO ĐỘ RỌI............................................................................ 36
4.2.1. Các loại máy đo được sử dụng trong quá trình khảo sát. .......................... 36
4.2.2. Các vị trí đo độ rọi trong phịng học. ........................................................ 36
4.2.3. Phân tích độ rọi chuẩn trong phịng học từ biểu đồ quang khí hậu. .......... 37
4.2.3.1. Biểu đồ quang khí hậu. ................................................................ 37
4.2.3.2. Phân tích độ rọi chuẩn trong phịng học theo các thời điểm trong
ngày từ biểu đồ quang khí hậu. .................................................. 37
4.2.4. Số liệu đo độ rọi ở một số phòng học tại các trường................................. 38

4.2.4.1. Số liệu đo độ rọi tại trường THCS Nguyễn Bỉnh Khiêm. ........... 38
4.2.4.2. Số liệu đo độ rọi tại trường THCS Lương Thế Vinh. ................. 43
4.2.4.3. Số liệu đo độ rọi tại trường THCS Huỳnh Bá Chánh. ................ 46
4.3. KẾT LUẬN TỪ THỰC NGHIỆM.......................................................................... 48
Chương V: GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHIẾU SÁNG PHÒNG HỌC.
5.1. ĐỀ XUẤT CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO BẰNG ĐÈN HUỲNH QUANG. ........... 49
5.1.1. Lựa chọn loại đèn phù hợp chiếu sáng trong phòng học. .......................... 49
5.1.1.1. Các thể sáng thường được sử dụng và đặc tính chiếu sángc ủa
chúng. ......................................................................................... 49
5.1.1.2. Chọn đèn phù hợp chiếu sáng trong phịng học. ......................... 50
5.1.2. Tính toán chiếu sáng nhân tạo áp dụng đối với đèn huỳnh quang 3 phổ

Trang 5


T8 – 36W cho phòn ghọc. ........................................................................ 51
5.1.2.1. Xác định số lượng đèn sử dụng trong phòng học........................ 51
5.1.2.2. Khoảng cách bố trí đèn................................................................ 53
5.1.3. Đề xuất cải thiện chiếu sáng phòng học. ................................................... 54
5.1.3.1. Cải thiện phòng học và bố trí đồ dùng học tập. .......................... 54
5.1.3.2. Quy cách bố trí đèn trong phịng. ................................................ 54
5.3. CƠNG TÁC BẢO TRÌ BẢO DƯỠNG ĐÈN HUỲNH QUANG........................... 56
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ 60

Trang 6


MỞ ĐẦU
Ánh sáng tạo điều kiện cho sự liên hệ giữa cơ thể người và môi trường xung

quanh, 80% thông tin con người nhận được là nhờ ánh sáng truyền đến. Ánh sáng tác
động rất mạnh đến sinh học và sinh lực của con người. Ánh sáng tự nhiên có tác động
tới cơ thể người lớn hơn so với ánh sáng nhân tạo vì nó chứa nhiều tia cực tím.
Khi ánh sáng không đủ, làm xuất hiện cảm giác không tiện lợi ở người, làm
giảm tính năng động của thần kinh trung ương, tăng sự mệt mõi, dưới sự tác động lâu
dài của ánh sáng yếu sẽ dẫn đến bệnh cận thị. Nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng sẽ bị
tiêu diệt ở một cường độ chiếu sáng xác định, tuy nhiên ánh sáng yếu lại có thể tạo
điều kiện cho chúng hoạt động mạnh hơn, dẫn đến dễ bị nhiễm bệnh, làm suy giảm sức
khỏe và giảm năng xuất lao động, trong một số trường hợp sẽ dẫn đến bệnh quáng gà.
Ở độ sáng quá cao có thể dẫn đến giảm độ nhìn rõ do hiệu ứng chói lóa. Sự chói
lóa quá ngưỡng giới hạn thường dẫn đến những tai nạn đáng tiếc. Việc bố trí ánh sáng
thiếu tiện nghi là một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn đến tai nạn lao động.
Ví dụ do có hiệu ứng nhấp nháy, nên dưới ánh sáng của đèn huỳnh quang, sự chuyển
động của các thiết bị sẽ bị cảm nhận sai lệch. Ở một tốc độ quay nhất định của động cơ
điện, dưới ánh sáng của đèn huỳnh quang, người lao động sẽ không thể nhận biết được
sự hoạt động của nó do đó rất dể xảy ra các thao tác nguy hiểm.[6]
Theo Bác sỹ Lê Thanh Xuyên phó giám đốc bệnh viện mắt TP Hồ Chí Minh “
Tỷ lệ học sinh cận thị có xu hướng gia tăng một cách đáng báo động. Năm 1994, tỷ lệ
cận thị là 8,65%; năm 2002, tăng lên 17,2% và đến năm 2006 là 38,88%”. Tỷ lệ mắc
tật cận thị tăng dần theo các năm, tăng dần theo các cấp học và ở thành thị tỷ lệ này
chiếm cao nhất. Một trong những ngun nhân chính góp phần gây ra tật cận thị ở học
sinh là do thiết kế chiếu sáng chưa hợp lí. Sự chiếu sáng khơng đủ hoặc q sáng tại
trường học làm cho mất khả năng học tập của học sinh, phịng học thiết kế khơng đạt
chuẩn, việc thiếu hiểu biết về chiếu sáng và bố trí trang thiết bị trong một phòng học
làm giảm thiểu khả năng học tập của học sinh, làm giảm chất lượng giáo dục, điều đó
rất rõ ràng nhưng đa số mọi người đều khơng để ý thấy.

Trang 7

Tác giả chọn đề tài “Khảo sát tình hình chiếu sáng phòng học ở cấp trung
học cơ sởcủa một số trường tại TP. Đà Nẵng và đề xuất giải pháp khắc phục”.
Mục đích của khóa luận này là:
- Nắm được các khái niệm về chiếu sáng.
- Hiểu biết kiến thức về các thiết bị chiếu sáng nhân tạo.
- Biết được các tiêu chuẩn trong xây dựng và chiếu sáng cho phịng học.
- Biết được các ngun nhân chính gây ra chiếu sáng phịng học chưa đạt u
cầu từ đó đề xuất giải pháp cải thiện chiếu sáng.
- Thiết kế được chiếu sáng nhân tạo cho một phòng học đạt tiêu chuẩn.

Nội dung khóa luận gồm:
Chương I:

Tổng quan về chiếu sáng.

Chương II: Ánh sáng nhân tạo – Ánh sáng bằng điện năng.
Chương III: Các nguyên nhân ảnh hưởng đến độ nhìn và cách khắc phục.
Chương IV: Thực nghiệm đo đạt và kết quả.
Chương V: Giải pháp cải thiện chiếu sáng phòng học.

Trang 8


Chương I:TỔNG

QUAN VỀ CHIẾU SÁNG

1.1. ĐẠI LƯỢNG VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁNH SÁNG[4]
1.1.1. Thông lượng bức xạ.
Thông lượng bức xạ đo bằng lượng nhiệt do chùm bức xạ truyền cho vật và vật

khác hấp thụ tồn bộ lượng nhiệt đó trong đơn vị thời gian.

=C

W
t

Watt (J/s)

C – Hệ số tỉ lệ, đặc trưng cho khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật.
W – Năng lượng bức xạ toàn phần, bao gồm bức xạ nhìn thấy và khơng nhìn
thấy, tính bằng Jun (J).
t – Thời gian tác dụng, tính bằng giây (s).
1.1.2. Độ nhạy của mắt.
Nghịch đảo giá trị Φλ ở ngững thấy, gọi là độ nhạy υλ của mắt đối với bức xạ
đơn sắc đó.

1
Φλ

υλ =

Giá trị Φλ ở ngưỡng thấy là giá trị nhỏ nhất của bức xạ đơn sắc có bước sóng λ
đủ gây cho mắt một cảm giác xác định.
1.1.3. Quang thông.
Thông lượng bức xạ trong miền bức xạ khả kiến gọi là quang thông.
Fλ = υλ . Φλ

Watt ánh sáng

Đơn vị của quang thông là Lumen (lm).
1.1.4. Cường độ ánh sáng.[7]

dΩ

1.1.4.1. Góc khối (góc khơng gian, góc
đặc)
Từ điểm O ngồi diện tích khá bé dS,

O

dS
r

M

dựng những đường sinh tựa trên chu vi của
mặt dS, ta có được góc khối dω. Phần khơng
gian giới hạn trong hình nón đỉnh O được

Hình 1.1

Trang 9


gọi là góc khối nhìn từ O đến mặt dS.

dΩ =

dS

Steradiant (Sr)
r2

r là đường cao của hình nón.
1.1.4.2. Cường độ sáng.

dΩ

Cường độ sáng I là đại lượng đặc
trưng cho khả năng phát sáng của nguồn
sáng trên từng phương, bằng mật độ

dF

O

dS
r

M

quang thơng dF của nguồn bức xạ trong
phạm vi góc khối nhìn từ bề mặt dS chắn

Hình 1.2

trên phương đó.

dIn =

dFn
d

Candela (cd)

I =

Nếu trong góc khối ω, quang thơng F phân bố đều, thì:

F


1.1.5. Độ rọi.
Độ rọi E (mật độ bề mặt của quang thông) là đại lượng đặc trưng mức độ rọi
sáng trên mặt dS, do nguồn sáng từ ngồi rọi tới.
Mật độ phân bố quang thơng trên diện tích dS gọi là độ rọi dE trên mặt dS
bằng:

dE =

dF
dS

Lux (lx)

Nếu quang thông tới F rọi đều trên mặt S thì:

E =

F

S

1.1.6. Độ chói.
Độ chói B là đại lượng đặc trưng khả năng phát sáng theo từng phương của
nguồn khối hay nguồn mặt.

dBθ =

dFθ
d.dS.cosθ

Nit (nt)

dΩ là góc khối.

Trang 10


dS là nguyên tố diện tích phát sáng của nguồn khối.
dF là quang thơng đến mặt dS.
θ là góc hợp bởi phương của quang thông và pháp tuyến của mặt dS.
1.1.7. Hệ số chiếu sáng tự nhiên.
Để xác định giá trị tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên, người ta dùng một hệ số
bách phân không thứ nguyên, gọi là hệ số chiếu sáng tự nhiên (HSCSTN), kí hiệu e
(%), bằng:

e=

EM
.100%

Eng

HSCSTN là số phần trăm của tỉ số giữa giá trị độ rọi tại điểm tính tốn M (EM)
trên mặt phẳng nằm ngang trong phịng, với độ rọi ngồi nhà Eng trên mặt phẳng
ngang, nơi quang đãng, xuất hiện cùng thời điểm với độ rọi trong phịng.
1.1.8. Chỉ số hồn màu
Khảnăng hồn màu bề mặt của nguồn ánh sáng có thể được đo một cách rất tiện
lợi bằng chỉ số hoàn màu Ra. Chỉ số này dựa trên tính chính xác mà chiếc đèn được
xem xét mô phỏng một tập hợp các màu kiểm tra so với chiếc đèn mẫu, kết quả của độ
phù hợp hồn hảo là 100.
1.2. ĐỘ NHÌN VÀ NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG [4]
1.2.1. Cấu tạo và sự thu nhận ánh sáng của mắt.
Sơ đồ cắt ngang của mắt từ ngoài vào trong như sau:
A – Giác mạc
B – Thủy tinh dịch.
i – Lòng đen.
P – con ngươi là một lỗ nhỏ của lòng đen.
L – Thủy tinh thể, là một thấu kính 2 mặt cong
lồi, cấu tạo bằng một chất trong suốt, đàn hồi, 2 mặt
cong lồi của nó có thể thay đổi độ cong được.
M – màn chắn trước thủy tinh thể.

Hình 1.3

C – Cơ mắt.

Trang 11


r – Màng thần kinh thị giác, tựa như cái lưới đan bằng những dây thần kinh thị

giác ở phần phía trong và sau mắt gọi là võng mạc.
V – Điểm vàng, đối diện với thủy tinh thể C trên giao điểm giữa trục mắt và
võng mạc. Điểm vàng rất nhạy ánh sáng.
Khi quan sát, lỗ con ngươi P tự điều chỉnh lớn nhỏ để quang thơng đi vào mắt
thích hợp nhất. Thủy tinh thể C thay đổi độ cong trên 2 mặt của nó, tức là thay đổi độ
hội tụ của ánh sáng ảnh của vật quan sát rơi đúng trên võng mạc r, Ảnh sẽ gây những
kích thích thần kinh thị giác, kết quả là ta nhìn thấy rõ vật.
Nhờ khả năng thay đổi độ cong trên 2 mặt thủy tinh thể C mà mắt có thể nhìn
vật với khoảng cách đến mắt xa gần khác nhau.
1.2.2. Những nhân tố ảnh đến độ nhìn.
1.2.2.1. Góc nhìn và năng suất phân li.[2]
a)Góc nhìn (góc trơng).
Góc nhìn là góc tạo thành bởi hai đường thẳng nối điểm đầu và điểm chân của
vật quan sát đến quang tâm O của mắt. Vật cách mắt càng xa, góc nhìn càng bé.
Góc α, β là những góc nhìn.

B1

B2
d

β
A2

α

O

A1
L

a
b2
b1

Hình 1.4
Nếu góc nhìn bé, thì giá trị gần đúng của nó bằng:

αrad  tanα =

A1B1
d
=
Radian(rad)
OA1
L

Ảnh của vật trên võng mạc càng lớn thì nhìn vật càng rõ, càng chi tiết.
Góc nhìn α được tính bằng phút:

α=

3600
d
d
.60'.  3440. phút
2
L
L
Trang 12

b) Năng suất phân li
Góc α nhỏ nhất đủ để cho mắt nhìn thấy vật quan sát gọi là năng suất phân li
hay cịn gọi là góc nhìn cực tiểu giới hạn (αmin gh).
Muốn nhìn rõ đượcvật quan sát thì:

α(A.B)>αmin gh = năng suất phân li

Đối với mắt thường, αmin gh = 1’
Nhìn rõ nhất, khi ảnh của vật quan sát nằm trên điểm vàng của võng mạc. Điểm
này không lớn lắm, góc nhìn trong khoảng 60 ÷ 70 trên điểm vàng.
1.2.2.2. Độ chói của vật quan sát làm lóa mắt khi nhìn.[4]
Vật quan sát phải có độ chói nhất định mới nhìn thấy được. Độ chói nhỏ nhất
đủ để nhìn thấy được vật gọi là ngưỡng độ chói Bv.min.Ngưỡng chói và góc nhìn α có
quan hệ dóng đơi.

Hình 1.7
Từ biểu đồ cho thấy, góc nhìn α càng lớn, ngưỡng độ chói Bv.min càng nhỏ.Kết
quả thực nghiệm cho biết khi góc nhìn α > 500 thì ngưỡng độ chói khơng giảm nữa.
Giá trị Bv.min đủ để thấy vật quan sát dưới góc nhìn α ≈ 500 gọi là ngưỡng độ chói tuyệt
đối, khi đó Bv ≈ 10-6 cd/m2. Đó là khả năng cảm ứng ánh sáng lớn nhất của mắt.
Ngưỡng độ chói vào khoảng 10-5 cd/m2 và bắt đầu gây lóa mắt ở 5000 cd/m2.

Trang 13


Lóa
nhẹ
640

0

450
270
140

Hình 1.6

00

Phạm
vi
lóa

Lóa
nghiêm
trọng

Độ chói của vật quan sát khi vật nhận ánh sáng từ ngồi rọi tới:

Bv =

ρE
cd/m2 (nít)
π

Độ chói Bv của vật quan sát tỉ lệ thuận với hệ số phản xạ ánh sáng (ρ) và độ rọi
E của nó. Vật quan sát như nguồn sáng thứ cấp.
Khi trong trường sáng tồn tại những chênh lệch quá mức về độ chói, nhất là
trong tầm nhìn thì khơng tránh khỏi hiện tượng lóa mắt, làm mất tiện nghi nhìn. Có thể

phân biệt 2 mức độ lóa mắt.
a) Lóa mờ.
Lóa mờ là làm mờ vật quan sát. Hiện tượng lóa mờ phụ thuộc vào độ chói của
nguồn sáng và phương tới của tia sáng trên phương nhìn.
Nếu phương tới của tia sáng hợp với phương nhìn 1 góc θ > 600 sẽ khơng cịn bị
lóa sáng.Khi gặp nguồn sáng lớn, phản ứng tự vệ của mắt khép nhỏ lỗ con ngươi, do
đó độ rọi trên võng mạc giảm yếu làm mờ hình ảnh vật quan sát.
b) Lóa mắt mất tiện nghi.
Hiện tượng lóa nghiêm trọng đến mức mất hồn tồn tiện nghi nhìn.Khó xác
định chính xác hiện tượng lóa này.
1.2.2.3. Khoảng cách giữa vật và mắt.
Khoảng cách giữa vật quan sát và mắt càng xa càng kém rõ.
Có cùng góc nhìn α, nhưng khoảng cách đến mắt khác nhau thì khả năng phân
biệt màu sắc, chi tiết cũng khác nhau, nguyên nhân là do tính chất khơng trong suốt
của khơng khí. Lớp khơng khí càng dày, càng kém trong suốt.

Trang 14


1.2.2.4. Thời gian quan sát.
Thời gian quan sát càng lâu thì càng có đủ thì giờ để quan sát kĩ mọi chi tiết của
vật. Mắt có đủ thời gian để thích nghi với ánh sáng trên vật và bối cảnh. Q trình
thích nghi phụ thuộc vào cường độ sáng của 2 môi trường chuyển tiếp.
1.3. TIÊU CHUẨN CHIẾU SÁNG
1.3.1. Tiêu chuẩn trong nước về chiếu sáng
1.3.1.1. Tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên.
Khối phịng học cần được đặt ở vị trí ưu tiên: trực tiếp nhận ánh sáng tự nhiên;
tránh bức xạ mặt trời hướng Tây, phòng học phải đủ ánh sáng.Hướng chiếu sáng chính
cho các phịng học là hướng Bắc, Đơng Bắc từ phía tay trái của học sinh.
1) Cho phép chiếu sáng từ phía tay phải, phía sau nhưng phải đảm bảo phía

lấy ánh sáng đó khơng át ánh sáng chính từ phía tay trái.
2) Khơng cho phép chiếu sáng từ tường bố trí bảng lớp học.
Tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên hiện hành quy định riêng cho từng loại hệ thống
cửa. Đối với hệ thống cửa bên, tiêu chuẩn quy định giá trị hệ số chiếu sáng tự nhiên
nhỏ nhất tại vị trí cách cửa lấy ánh sáng xa nhất, kí hiệu [etc]%.
Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 16: 1986, phân thành 3 nhóm phịng:
-

Nhóm 1: Văn phịng, phịng làm việc, phòng thiết kế, phòng bác sĩ, phòng
mổ, lớp học, giảng đường, phịng thí nghiệm, phịng nhóm trẻ, lớp mẫu
giáo,vv…

-

Nhóm 2: Phịng ăn, uống, gian bán hàng, gian triễn lãm, gian trưng bày,
vv…

-

Nhóm 3: Phịng hịa nhạc, hội trường, phòng khán giả, phòng giải lao trong
nhà hát, CLB, rạp chiếu bóng, sảnh đón, vv…

Trang 15


Bảng 1.1: Tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên TCXD 29 – 1991
Kích thước

Nhóm

vật quan sát

cơng

(mm)

việc

Hệ số chiếu sáng tự
Phân

Thời gian tiến hành

nhiên HSCSTN (e%) đối

cấp

công việc

với chiếu sáng bằng cửa
bên

a
0,15 đến 0,3

1

b
c

Từ 0,3 đến
0,5

a
2

b
c
a

Lớn hơn 0,5

3

b
c

Thường xun
Từng đợt có tính chu
kì
Khơng lâu
Thường xun
Từng đợt có tính chu
kì
Khơng lâu
Thường xun
Từng đợt có tính chu
kì
Khơng lâu

2,5
2,0
1,5
2,0
1,5
1,0
1,5
1,0
0,5

1.3.1.2. Tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo.
a) Những điều kiện và yêu cầu của quy phạm.
Độ chói hợp lí trên mặt bàn làm việc.Tương quan độ chói giữa vật quan sát và
bối cảnh trong tầm nhìn.Khơng gây lóa mắt.
Phân bố độ rọi đủ và hợp lí trên mặt làm việc, bao gồm cường độ (số lượng),
chất lượng và tính định hướng của ánh sáng. Màu của ánh sáng.
b) Quy phạm, tiêu chuẩn.
Quy phạm quy định tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo gồm hai nội dung:
Cường độ sáng trên mặt làm việc, biểu thị bằng độ rọi nhỏ nhất Emin. Giá trị
Emin biểu thị số lượng ánh sáng tối thiểu cần có trên mặt làm việc.
Chất lượng ánh áng trên mặt làm việc và trong tồn khơng gian phịng, bao gồm
độ đồng đều của trường sáng, khơng lóa mắt, tương quan độ chói giữa vật quan sát và
bối cảnh trong tầm nhìn, tính định hướng cần có của ánh sáng tới, màu của ánh sáng,
v.v…
Trang 16


Bảng 1.2: Quy định về độ rọi trong phòng theo các cấp công việc được quy
định trong tiêu chuẩn xây dựng TCXD 16: 1986.
Kích thước Nhóm

vật quan

cơng

sát (mm)

việc

0,15 đến
0,3

Từ 0,3
đến 0,5

Lớn hơn
0,5

Phân

Thời gian tiến hành

cấp

công việc

a
1

b
c

a
2

b
c

a
3

b
c

Độ rọi nhỏ nhất (Lx)
Đèn huỳnh

Đèn sợi

quang

đốt

400

200

300

150

150

75

300

150

200

100

100

50

150

75

100

50

75

30

Thường xun
Từng đợt có tính chu

kì
Khơng lâu
Thường xun
Từng đợt có tính chu
kì
Khơng lâu
Thường xun
Từng đợt có tính chu
kì
Khơng lâu

Chỉ tiêu độ rọi tối thiểu và chất lượng chiếu sáng trong phòng học phù hợp với
TCVN 7114-1:2008, TCVN 7114-3:2008 và quy định trong (Bảng 1.2).
Bảng 1.3: Chỉ tiêu chất lượng chiếu sáng trong phòng học
Loại phòng
Chiếu sáng
chung
Chiếu sáng
bảng

Độ rọi

Mật độ cơng suất

Chỉ số hồn

Lux

tối đaW/m2

màuRa

300

12

80

500

20

80

Ghi chú
Độ rọi ngang trên
mặt bàn học.
Độ rọi đứng
chống lóa.

Trong các phịng học phải bố trí nguồn sáng thành từng dãy song song với
tường có cửa sổ chính lấy ánh sáng.Hạ thấp độ cao treo đèn để đảm bảo chiếu sáng và
độ rọi trung bình trên mặt phẳng chiếu không được thấp hơn 10% so với độ rọi tiêu
chuẩn.
Trang 17


Nên thiết kế chiếu sáng nhân tạo theo phương thức chiếu sáng chung đều. Sử
dụng các loại bóng đèn có chất lượng, hiệu suất cao, tiết kiệm điện và bảo vệ mơi
trường. Lựa chọn nguồn sáng có nhiệt độ màu phù hợp với khí hậu Việt Nam. Các

bóng đèn cần có chao đèn, máng đèn để khơng gây lóa và phân bố đều ánh sáng. Tiến
tới ưu tiên sử dụng đèn huỳnh quang có thành phần quang phổ màu trắng làm nguồn
sáng.
Khoảng cách bố trí bàn ghế trong phịng học được quy định phù hợp với TCVN
7491.Các tiêu chuẩn về các thơng số phịng học của bộ xây dựng TCVN 8794:2011.
Bảng 1.4:Các thơng số tiêu chuẩn của phịng học.
Tên gọi các khoảng cách

Kích thước

Khoảng cách từ dãy bàn cuối đến bảng, không lớn hơn: (m)

10,0

Khoảng cách từ dãy bàn đầu đến bảng, khơng nhỏ hơn: (m)

2,0

Góc nhìn từ chỗ ngồi ngồi cùng ở bàn đầu đến mép trong của

300

bảng, khơng nhỏ hơn:
Góc quay đầu tối đa khơng lớn hơn:

600

Chiều từsàn đến trần đã hồn thiện (m)

3,30 – 3,60

Chiều rộng phịng học, khơng nhỏ hơn: (m)

6,0
1/5 – 1/6

Tỷ lệ diện tích cửa sổ trên diện tích sàn
1.3.2. Tiêu chuẩn quốc tế về chiếu sáng trường học.

Bảng 1.5: Bảng tiêu chuẩn độ rọi, hạn chế chói lóa và chất lượng màu.
Khơng gian chức năng

Tiêu chuẩn ISO 8995

Tiêu chuẩn EU 12464 - 1

Emin (Lux)

Ra

Emin (Lux)

Ra

Phịng học

300

80

300

80

Bảng

500

80

500

80

Trong đó:

Emin là độ rọi duy trì trung bình tối thiểu.
Ra là hệ số thể hiện màu (độ hoàn màu).

Trang 18


1.3.3. Thiết kế phịng học mẫu trường THCS.[3]

Hình 1.7

Trang 19


Chương II:ÁNH

SÁNG NHÂN TẠO

- ÁNH SÁNG BẰNG ĐIỆN NĂNG.
2.1. ĐÈN SỢI ĐỚT.[4]
2.1.1. Các khái niệm.
Đèn sợi đốt hay cịn gọi là đèn dây tóc, là loại đèn làm việc theo nguyên lí chắt
rắn phát sáng ở nhiệt độ lớn hơn 5000 C.
1:

Bóng đèn thủy tinh

2:

Khí trơ

3:

Dây tóc đèn

4, 5: Hai điện cực
6:

Giá đỡ

7:

Đế đỡ bằng thủy tinh

8, 11: Các tiếp điểm

9:

Đế xốy

10:

Vật liệu cách điện, cách nhiệt

Hình 2.1: Cấu tạo của một bóng đèn sợi đốt hiện đại
Hiện nay, đèn sợi đốt thường thấy là đèn có tóc phát sáng bằng sợi Tungsten
(tên khác là Volfram), là kim loại có nhiệt độ nóng chảy rất cao(36650 K) đặt trong
ống thủy tinh chiệu nhiệt có độ chân khơng lớn hoặc chứa đầy khí trơ: Nitơ (N), Argon
(Ar), Kripton (Kr). Cấu tạo đơn giản, nhỏ, gọn.
Tóc đèn chế tạo với các cơ điện áp từ 1,5 V ÷ 300V. Ở điện áp nhỏ, sợi tóc đèn
ngắn và dày, ở điện áp cao, tóc đèn dài và mảnh.Chiều dài tóc đèn ở dạng lị xo bằng
1/10 chiều dài dạng kéo thẳng.
Tóc đèn biến điện năng thành nhiệt năng và bức xạ ánh sáng theo hiệu ứng
Junle-Lentz: nhiệt độ của dây tóc đèn càng cao càng làm thay đổi thành phần quang
phổ của bức xạ khả kiến. Ở nhiệt độ thấp, chủ yếu là bức xạ hồng ngoại, độ dài bước
sóng λ ≥ 760 μm, khi nhiệt độ tăng lên thì lượng bức xạ khả kiến tăng nhanh hơn bức

Trang 20


xạ nhiệt, đồng thời màu của quang thông chuyển dần từ màu đỏ sang màu vàng, màu
trắng. Khi nhiệt độ rất cao, ánh sáng có màu tím xanh.
Hai điện cực nối nguồn với tóc đèn gồm 3 đoạn hàn nối liền nhau:
- Đoạn nằm trong bóng đèn, từ tóc đèn đến trụ đèn bằng Nikel.
- Đoạn nằm trong trụ thủy tinh, có hệ số dãn nở với thủy tinh, bằng hợp kim
gồm: 42%Fe + 30%Ni + 28%Cu.

- Đoạn nằm trong đi đèn bằng đồng.
Bóng đèn bằng thủy tinh chịu nhiệt, đường kính đủ đảm bảo thủy tinh khơng bị
nóng nổ, cơng suất càng cao bóng càng lớn.Trụ đèn làm bằng thủy tinh chì, có khả
năng chiệu nhiệt cao, thường làm bằng thủy tinh bọc borocilicate.
Khí trong bóng đèn, nạp khí vào bóng đèn nhằm 3 mục đích:
- Giảm tốc độ bốc hơi của tóc đèn.
- Giảm khả năng truyền nhiệt, tức là giảm sự mất mát nhiệt năng.
- Ngăn cản không tạo thành hồ quang giữa hai điện cực.
Thông thường sử dụng các khí trơ: Nitơ (N), Argon (Ar), Kriprton (Kr) hoặc
hỗn hợp khí N với Kr hoặc N với Ar hoặc Kr với Xênơn hoặt Azốt-Ả vv… Nạp khí
vào đèn với áp suất nhất định.
2.1.2. Những thông số đặc tính của đèn sợi đốt.
2.1.2.1. Điện áp định mức: Tính bằng Vôn (V)
Là điện áp làm việc của đèn đảm bảo để đèn phát ra một lượng quang thông
định mức trong thời gian định mức.
Một ưu điểm của đèn sợi đốt là có thể làm việc với điện áp thấp hơn nhiều so
với điện áp định mức, cho nên thường sử dụng để chiếu sáng sự cố, chiếu sáng an
toàn.
2.1.2.2. Cơng suất đèn: Tính bằng Watt (W)
Có nhiều loại, từ dưới 1W÷1500W. Quang thơng cũng từ 1 lumen(lm) đến vài
chục lm. Đường kính bóng đèn lớn nhỏ rất phong phú từ trái ớt đến đèn pha lớn đến
vài chục centimet.

Trang 21


2.1.2.3. Hiệu suất phát quang η:
Tính bằng tỉ số giữa quang thông F của đèn với công suất điện P tiêu thụ, thông
số này là chỉ tiêu kinh tế cơ bản của các loại đèn:

η=

F
P

η (lm/w)
30
26
22
18
14
10
2700

2900

3100

33000K

Hình 2.2
Đèn sợi đốt , η trong khoảng từ 7-28 lm/watt: hiệu suất phát sáng rất thấp, hiệu
quả kinh tế kém.
Đèn có khí trơ, hiệu suất phát sáng quan hệ tuyến tính với nhiệt độ của tóc nung
(hình 2.2). Cho nên khả năng phát sáng luôn kèm theo cường độ bức xạ nhiệt.
2.1.2.4. Quang thông:
Quang phổ của quang thông của đèn sợi đốt chứa nhiều thành phần màu đỏ,
vàng. So với ánh sáng ban ngày, thiếu nhiều màu xanh, lam, chàm, tím, khác xa với
ánh sáng tự nhiên ban ngày.Do đó khơng sử dụng đèn sợi đốt để chiếu sáng trưng bày
cần phân biệt màu sắc thật của vật quan sát.

2.1.2.5. Thời gian sử dụng trung bình:
Tiêu chuẩn quy định, khi lượng quang thơng giảm yếu thấp hơn 85% quang
thơng định mức của đèn thì đèn hết tuổi thọ. Thông thường, tuổi thọ của đèn sợi đốt
thơng dụng khoảng 1000 giờ, đèn chu kì I-ốt, tuổi thọ trung bình đến 3000h.
Do sự bốc hơi trong q trình phát sáng, đường kính của tóc đèn nhỏ dần, điện
trở tăng dần, hơi tóc đèn bám trên mặt trong của bóng đèn, bóng đèn mờ dần, kết quả
là yếu hiệu suất phát sáng, quang phổ hướng dần về bước sóng dài ( ánh sáng màu đỏ).

Trang 22


Đèn chu kì Vonfram – Iốt có nhiều ưu điểm về hiệu suất phát quang và thời
gian sử dụng, vì hơi Iốt (hoặc hóa chất thuộc nhóm Halogien như Brơm, Iốt, Fluor,
Chlore) hóa hợp với hơi Vonfram từ tóc đèn bốc ra, hỗn hợp khí này gặp tóc đèn, hơi
Vonfram bám vào tóc đèn và giải phóng Iốt, chu trình tái hợp này lặp đi lặp lại, giữ
cho tóc đèn lâu mòn hơn, thời gian sử dụng lâu dài hơn. Tuy nhiên, công nghệ sản xuất
loại đèn này khá phức tạp, giá thành cao, hạn chế sử dụng phổ cập.
2.2. ĐÈN HUỲNH QUANG (NGUỒN SÁNG PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT
KHÍ)
2.2.1. Đèn phóng điện qua chất khí.
2.2.1.1. Đèn thủy ngân áp suất thấp:
Đèn thủy ngân áp suất thấp, áp suất từ 0,01 ~ 1 mmHg, thường sử dụng để diệt
khuẩn, sát trùng trong khơng khí, nước, thực phẩm, gọi là đèn khử trùng.
Cấu tạo đèn gồm một ống thủy tinh màu tím, bức xạ tử ngoại có thể xuyên qua
được.Trong ống đèn chứa hỗn hợp khí thủy ngân Argon.Hai điện cực là hai lị xo kép
bằng Vonfram. Khi nạp điện, điện phóng qua hỗn hợp khí giữa hai cực, làm xuất hiện
những bức xạ tử ngoại, trong đó, khoảng 80% là bức xạ sóng ngắn, λ = 254 μm.
2.2.1.2. Đèn thủy ngân áp suất cao:[8]
Đèn thủy ngân áp suất cao, áp suất từ 0,3 ~ 3 atm.Thường thấy có đèn thủy
ngân thạch anh, đèn thủy ngân Argon, cường độ sáng rất cao.

Hình 2.5: Cấu tạo đèn thủy ngân áp suất cao
Trang 23


1 – Đi xốy

5 – Lớp phủ huỳnh quang 9 – Điện cực chính

2 – Chân

6 – Giá đở

10 –Ống thủy tinh hình elip

3 – Điện trở

7 – Đi hàn

11 – Argon và thủy ngân

4 – Điện cực phụ

8 – Khung đở

12 – Khí Nitơ

Đèn thủy ngân thạch anh cấu tạo gồm một ống thủy tinh thạch anh, 2 điện cực ở
2 đầu ống, bên trong ống đèn chứa hơi Argon và một số giọt thủy ngân. Định lượng
giọt thủy ngân trên cơ sở khi thủy ngân bốc hơi tạo được áp suất tương ứng với công

suất đèn (Khoảng 0,4 ~ 0,8 atm).
Phần lớn bức xạ khả kiến của đèn thủy ngân thạch anh có màu vàng lục, cũng là
nguồn bức xạ nhiều tử ngoại.
2.2.1.3. Đèn thủy ngân siêu cao áp:[8]

Trang 24


Đèn thủy ngân siêu cao áp, áp suất từ 3 ~ vài trăm atm.Đèn này cấu tạo gồm
một ống thạch anh chứa hỗn hợp khí Argon và một số giọt thủy ngân, gọi là ống phóng
điện, ống phóng điện có điện cực tự nung.Toàn bộ ống này đặt trong bầu thủy tinh
thường hoặc thủy tinh xuyên được bức xạ tử ngoại. Áp suất hơi thủy ngân trong ống
thạc anh khoảng 5 ~ 15 atm, do đó hiệu suất phát quang của đèn có thể đạt tới 30 ~ 40
lm/w. Cơng suất của loại đèn này thường chế tạo từ 80 ÷ 1000w, thời gian sử dụng tới
mấy ngàn giờ. Trong lưới điện áp xoay chiều, đèn làm việc với bộ chấn lưu.
Do đèn thủy ngân khơng có bức xạ khả kiến bước sóng dài, nên màu của ánh
sáng khác nhiều với ánh sáng tự nhiên.Để phổ bức xạ khả kiến giống ánh sáng trắng
ban ngày, thường phủ lên bầu thủy tinh một lớp mỏng bột huỳnh quang. Nhờ tác dụng
kích thích của của bức xạ tử ngoại do phóng điện trong hơi thủy ngân, bột huỳnh
quang bức xạ ánh sáng bước sóng dài.
Quang phổ bức xạ của các chất huỳnh quang không giống nhau, chẳng hạn
canxi – Vonfram, bứt xạ ánh sáng màu lam đậm, Manhe – Vonfram phát sáng màu
lam nhạt, cilicat kẽm phát sáng màu lục, cilicat canxi phát sáng màu đỏ tía, vv… . Hỗn
hợp các chất huỳnh quang theo tỉ lệ nhất định có thể tạo được quang phổ theo ý muốn.
2.2.2. Đèn huỳnh quang áp suất thấp.[8]
Đèn huỳnh quang áp suất thấp là loại đèn được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật
chiếu sáng hiện nay.

Hình 2.8: Cấu tạo đèn huỳnh quang áp suất thấp
1 – Mũ nhôm.

5 – Đế thủy tinh.

2 – Cuộn dây điện cực.

6 – Tấm che điện cực Katốt

3 – Nguyên tử Argon/Krypton.

7 – Giọt thủy ngân.

4 – Ống thủy tinh.

8 – Lớp phủ Phót-pho
Trang 25