Khảo sát thực trạng chiếu sáng tại một số trường tiểu học ở thành phố đà nẵng và đề xuất giải pháp khắc phục

Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

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 THỰC TRẠNG CHIẾU SÁNG TẠI MỘT SỐ TRƯỜNG
TIỂU HỌC Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
KHẮC PHỤC
Người hướng dẫn:

TS. Lê Hồng Sơn
Người thực hiện:

Nguyễn Thị Quỳnh Liên

Đà Nẵng, tháng 5/2013

Khóa luận tốt nghiệp

i


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo
trong Khoa Vật lý đã trang bị cho em những kiến thức bổ ích
trong suốt khóa học.
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS.
Lê Hồng Sơn, người đã hướng dẫn tận tình em trong suốt q
trình nghiên cứu và hồn thành khóa luận.
Em xin cảm ơn các cán bộ trong trường Tiểu học
Nguyễn Văn Trỗi, Dũng Sĩ Thanh Khê và Đinh Bộ Lĩnh cùng
gia đình, bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình tìm hiểu, nghiên
cứu đề tài.
Em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các
thầy cơ và các bạn để khóa luận được hồn chỉnh hơn.
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Thị Quỳnh Liên

Khóa luận tốt nghiệp

ii


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

MỤC LỤC
A. MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1

B. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................... 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG ....................................................... 3
1.1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CHIẾU SÁNG ............................................................ 3
1.1.1 Các khái niệm và thuật ngữ thường dùng .............................................................. 4
1.1.2 Các đại lượng và đơn vị cơ bản trong thiết kế chiếu sáng .................................... 6
1.1.2.1 Góc khối ............................................................................................................. 6
1.1.2.2 Quang thơng ....................................................................................................... 7
1.1.2.3 Cường độ sáng .................................................................................................... 8
1.1.2.4 Độ rọi .................................................................................................................. 9
1.1.2.5 Độ chói ............................................................................................................ 11
1.2 CHIẾU SÁNG VỚI SINH LÝ CỦA MẮT ............................................................ 12
CHƯƠNG II: MỘT SỐ THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG ................................................ 14
2.1 CÁC THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG ............................................................................. 14
2.1.1 Bóng đèn sợi đốt .................................................................................................. 14
2.1.2 Đèn Halogen-Vonfram ........................................................................................ 16
2.1.3 Đèn huỳnh quang ................................................................................................. 17
2.1.4 Đèn huỳnh quang Compact ................................................................................. 20
2.1.5 Bóng đèn phóng điện cường độ cao .................................................................... 21
2.1.5.1 Đèn hơi thủy ngân cao áp ................................................................................. 22
2.1.5.2 Đèn Halogen kim loại ....................................................................................... 23
2.1.5.3 Đèn hơi Natri cao áp ......................................................................................... 25
2.1.5.4 Đèn hơi Natri hạ áp .......................................................................................... 26
2.1.6 Đèn LED .............................................................................................................. 26
2.2 CHAO ĐÈN ............................................................................................................ 28
CHƯƠNG III: YÊU CẦU VỀ THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG .................................... 30
3.1 CÁCH BỐ TRÍ ĐÈN TRONG KHƠNG GIAN CẦN CHIẾU SÁNG .................. 30
3.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ .......................................................................................... 34
Khóa luận tốt nghiệp

iii

Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

3.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG ......................................... 39
CHƯƠNG IV: YÊU CẦU VỀ PHÒNG HỌC CHIẾU SÁNG ĐẠT CHUẨN ...... 40
4.1 TIÊU CHUẨN VIỆT NAM ................................................................................... 40
4.2 TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ...................................................................................... 41
CHƯƠNG V: KHẢO SÁT TÌNH HÌNH CHIẾU SÁNG HỌC ĐƯỜNG ............. 43
5.1 TRƯỜNG TIỂU HỌC NGUYỄN VĂN TRỖI ...................................................... 43
5.1.1 Mơ tả khơng gian, vị trí phịng học ..................................................................... 43
5.1.2 Sơ đồ các vị trí trong phịng học.......................................................................... 44
5.1.3 Khảo sát độ rọi ..................................................................................................... 44
5.2 TRƯỜNG TIỂU HỌC DŨNG SĨ THANH KHÊ .................................................. 48
5.2.1 Mơ tả khơng gian, vị trí phòng học ..................................................................... 48
5.2.2 Khảo sát độ rọi ..................................................................................................... 49
5.3 TRƯỜNG TIỂU HỌC ĐINH BỘ LĨNH .............................................................. 53
5.3.1 Mô tả khơng gian, vị trí phịng học ..................................................................... 53
5.3.2 Khảo sát độ rọi ..................................................................................................... 54
5.4 THỐNG KÊ ............................................................................................................ 58
CHƯƠNG VI: ẢNH HƯỞNG CỦA CHIẾU SÁNG LỚP HỌC ĐẾN CÁC TẬT
KHÚC XẠ CỦA MẮT ............................................................................................... 59
CHƯƠNG VII: ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT ............................................... 62
7.1 KHẢO SÁT ............................................................................................................ 62
7.2 CÁC ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN ................................................................................... 66
7.3 MƠ HÌNH PHỊNG HỌC CHUẨN ...................................................................... 68
C. KẾT LUẬN............................................................................................................. 72
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 73

Khóa luận tốt nghiệp

iv


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Ứng dụng của các nhóm hồn màu. .................................................................6
Bảng 3.1 Thơng số kỹ thuật của các loại đèn thông dụng. ............................................36
Bảng 3.2 Tiết kiệm bằng cách sử dụng đèn hiệu quả hơn. ............................................38
Bảng 3.3 Tóm tắt phạm vi sử dụng phổ biến của các loại đèn. ....................................38
Bảng 4.1 Giá trị độ rọi và mật độ công suất trong lớp học được quy định tại tiêu
chuẩn. .............................................................................................................................40
Bảng 4.2 Chỉ tiêu độ rọi tối thiểu và chất lượng chiếu sáng trong trường tiểu học ......41
Bảng 4.3 Giá trị độ rọi trong lớp học được quy định theo tiêu chuẩn ..........................41
Bảng 5.1 Độ rọi tại các vị trí đo ngày nắng ...................................................................44
Bảng 5.2 Độ rọi tại các vị trí đo khi khơng bật đèn. .....................................................45
Bảng 5.3 Độ rọi tại các vị trí đo khi bật đèn. ................................................................45
Bảng 5.4 Độ rọi tại các vị trí đo ngày nắng ...................................................................49
Bảng 5.5 Độ rọi tại các vị trí đo khi khơng bật đèn. .....................................................49
Bảng 5.6 Độ rọi tại các vị trí đo khi bật đèn. ................................................................50
Bảng 5.7 Độ rọi tại các vị trí đo khi khơng bật đèn. .....................................................54
Bảng 5.8 Độ rọi tại các vị trí đo khi bật đèn. ................................................................55
Bảng 5.9 Tỉ lệ % đạt chuẩn về độ rọi ngày nhiều mây..................................................58
Bảng 7.1 Số liệu phòng học số 3 và 12. ........................................................................62
Bảng 7.2 Số liệu phòng học GD-ÂN. ............................................................................63

Bảng 7.3 Số liệu phòng học số 3. ..................................................................................64
Bảng 7.4 Số liệu phòng học số 11 và 16. ......................................................................64
Bảng 7.5 Số liệu phịng học. ..........................................................................................65

Khóa luận tốt nghiệp

v


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

DANH MỤC ĐỒ THỊ, BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Bức xạ nhìn thấy được .....................................................................................3
Hình 1.2 Biểu đồ Kruithof. ..............................................................................................5
Hình 1.3 Định nghĩa góc khối .........................................................................................7
Hình 1.4 Xác định cường độ sáng ...................................................................................8
Hình 1.5 Độ rọi thể hiện trên mặt phẳng .......................................................................10
Hình 1.6 Định nghĩa độ chói .........................................................................................11
Hình 2.1 Cấu tạo và giản đồ năng lượng của bóng đèn sợi đốt.....................................14
Hình 2.2. Các loại dây tóc đèn sợi đốt...........................................................................14
Hình 2.3 Các loại đi đèn. ...........................................................................................16
Hình 2.4 Đèn Halogen-vonfram. ..................................................................................16
Hình 2.5 Cấu tạo bóng đèn huỳnh quang. .....................................................................17
Hình 2.6 Sơ đồ nối điện và giản đồ năng lượng bóng đèn huỳnh quang. .....................18
Hình 2.7 Cấu tạo của stắcte. .........................................................................................18
Hình 2.8 Mạch điện của đèn huỳnh quang dùng Stắcte. ..............................................19
Hình 2.9 Đèn huỳnh quang compact .............................................................................20
Hình 2.10 CFL. ..............................................................................................................21

Hình 2.11 Cấu tạo đèn HID thuỷ ngân và giản đồ năng lượng. ...................................23
Hình 2.12 Cấu tạo đèn Halogen kim loại . ...................................................................24
Hình 2.13 Giản đồ năng lượng của đèn Halogen kim loại. ...........................................24
Hình 2.14 Hình dạng và cấu tạo của một số đèn halogen. ............................................25
Hình 2.15 Cấu tạo và giản đồ năng lượng của đèn Natri cao áp. ..................................25
Hình 2.16 Một loại đèn natri cao áp. .............................................................................26
Hình 2.17 Chiếu sáng bằng đèn LED ...........................................................................27
Hình 2.19 Chao chiếu sáng trực tiếp. ............................................................................28
Hình 2.18 Góc bảo vệ của bộ đèn..................................................................................28
Hình 2.20 Chao phản chiếu. .........................................................................................29
Hình 3.1 Mơ hình phịng học thiết kế đèn theo chiều dọc.............................................30

Khóa luận tốt nghiệp

vi


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

Hình 3.2 Mơ phỏng bố trí đèn theo chiều dọc. ..............................................................31
Hình 3.3 Phản xạ trên mặt bàn của đèn bố trí dọc.........................................................31
Hình 3.4 Mơ hình phịng học thiết kế đèn theo chiều ngang.........................................32
Hình 3.5 Mơ phỏng bố trí đèn theo chiều ngang. ..........................................................33
Hình 3.6 Phản xạ trên mặt bàn của đèn bố trí ngang.....................................................33
Hình 3.7 Hiệu suất phát sáng của các loại đèn. ............................................................35
Hình 3.8 So sánh chất lượng chiếu sáng của các loại đèn. ............................................35
Hình 5.1 Sơ đồ phịng học khảo sát trong trường..........................................................43
Hình 5.2 Sơ đồ các vị trí đo ...........................................................................................44

Hình 5.3 Sơ đồ phịng học khảo sát trong trường..........................................................48
Hình 5.4 Sơ đồ phịng học khảo sát trong trường..........................................................53
Hình 7.1 Sơ đồ thiết kế đèn phịng học số 3 và 12. .......................................................62
Hình 7.2 Sơ đồ thiết kế đèn phịng học GD-ÂN. ..........................................................63
Hình 7.3 Sơ đồ thiết kế đèn phòng học số 3. .................................................................64
Hình 7.4 Sơ đồ thiết kế đèn phịng học số 11 và số 16. ................................................65
Hình 7.5 Sơ đồ thiết kế đèn phịng học. ........................................................................66
Hình 7.6 Hiện tượng chói lóa. .......................................................................................66
Hình 7.7 Thiết bị đèn phịng học tại hai trường ............................................................67
Hình 7.8 Hiện tượng lống quạt ....................................................................................67
Hình 7.9 Bộ đèn chiếu sáng bảng. .................................................................................68

Khóa luận tốt nghiệp

vii


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1.

CRI : Color Rendering Index (Độ hoàn màu).

2.

CFL : Đèn huỳnh quang Compact.

3.

URG : Chỉ số chói lóa.

4.

CFG : Bộ điều khiển gắn liền.

5.

CFN : Bộ điều khiển tách rời.

6.

HID

7.

HPM : High Pressure Mercury (Đèn hơi thủy ngân cao áp).

8.

MH

9.

HPS : High Pressure Sodium (Đèn hơi Natri cao áp).

10. LPS

: High Intentsity Discharge (Đèn phóng điện cường độ cao)

: Metal Halide (Đèn Halogen kim loại).

: Low Pressure Sodium (Đèn hơi Natri hạ áp).

11. LED : Lighting Emitting Diode.

Khóa luận tốt nghiệp

viii


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

A. MỞ ĐẦU
Khái niệm ánh sáng chuẩn cho học đường là một khái niệm tương đối mới ở
Việt Nam nhưng với nhiều nước trên thế giới thì vấn đề này đã được thực hiện từ 30
năm trước. Điều quan trọng để chương trình thành công là sự lưu tâm của lãnh đạo các
địa phương. Chỉ riêng việc trang bị những chiếc đèn kiểu mới cùng với thiết kế ánh
sáng phù hợp cho hệ thống lớp học của ngành Giáo dục thì khơng chỉ làm giảm tỷ lệ
tật khúc xạ trong học sinh mà còn góp phần đảm bảo được an ninh năng lượng cho đất
nước…
Sau những phát hiện của ngành Y tế về tình trạng sức khỏe học đường đáng
báo động do nhiều nguyên nhân như tư thế ngồi học, bàn ghế thiết bị trường học
không chuẩn… vấn đề vệ sinh trường học lại trở nên thời sự và đáng quan tâm của cả
xã hội.

Theo báo Khoa học và phát triển [7], khảo sát liên quan đến các bệnh về mắt
cho thấy tỷ lệ khúc xạ học đường nước ta nói chung năm 2009 là 49,16%, trong đó tật
cận thị là 48,1% (cận nhẹ: 56%, cận vừa: 27,7%, cận nặng là 15,5%). Cận thị càng
ngày càng trở nên phổ biến và gây ra nhiều gánh nặng cho gia đình và xã hội. Tỉ lệ cận
thị ngày càng tăng, tỉ lệ cao ở các nước châu Á như Hồng Kơng, Singapore, Trung
Quốc… ví dụ Trung Quốc có hơn 80% người trẻ bị cận thị. Ở Việt Nam theo các
thống kê khác nhau tỉ lệ cận thị từ 20%-60% tùy theo độ tuổi và khu vực thành thị hay
nơng thơn. Ước tính Việt Nam hiện có gần 3 triệu trẻ em độ tuổi 0-15 tuổi bị mắc các
tật khúc xạ cần chỉnh kính, trong đó tỷ lệ cận thị chiếm tới 2/3, chủ yếu tập trung ở đô
thị. Ở các khu vực nông thôn và miền núi tỷ lệ cận thị 15-20%, ở khu vực này do điều
kiện y tế và vật chất khó khăn nên cận thị tiến triển nhanh và thường rất nặng, ít được
chỉnh kính...[9]
Nguyên nhân chính được các chuyên gia nghiên cứu khẳng định là do cách bố
trí nguồn sáng khơng phù hợp, thiết kế các phòng học một số nơi chưa theo quy
chuẩn.Tỷ lệ học sinh phổ thơng phải đeo kính ngày càng nhiều trong trường học đã
được phát hiện ra nguyên nhân do lâu nay các em ngồi học trong ánh sáng không
chuẩn. Tại các đô thị, các tật khúc xạ về mắt ngày càng tăng theo cấp học.[7]

Khóa luận tốt nghiệp

1


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

Mục đích đề tài giúp hiểu hơn về tầm quan trọng của chiếu sáng và đưa ra mối
quan tâm cấp thiết hiện nay là bảo vệ đôi mắt cho lứa tuổi học đường. Độ tuổi học sinh
tiểu học được xem là quan trọng nhất, đây là độ tuổi mà các em dễ mắc phải các tật về

mắt.
Để đạt được các mục tiêu đề ra ở trên, tôi chọn các phương pháp nghiên cứu
sau:
- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế.
- Phương pháp thống kê toán học.
- Phương pháp đồ thị.
- Phương pháp so sánh.
- Phương pháp tồng hợp tài liệu.
Và sử dụng các Website, tài liệu in trong và ngoài nước, tham khảo ý kiến của
giáo viên hướng dẫn.
Luận văn hoàn thành, chúng tơi hy vọng sẽ góp phần thay đổi và nâng cấp tình
trạng chiếu sáng cho một số trường tiểu học hiện nay ở thành phố Đà Nẵng.

Khóa luận tốt nghiệp

2


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

B. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG
1.1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CHIẾU SÁNG
Ánh sáng chỉ là một phần của rất nhiều loại sóng điện từ lan truyền trong khơng
gian. Những loại sóng này có tần số và bước sóng giúp phân biệt ánh sáng với những
dạng năng lượng khác trên quang phổ điện từ.
Ánh sáng được phát ra từ vật thể là do những hiện tượng sau:
a) Nóng sáng: Các chất rắn và chất lỏng phát ra bức xạ có thể nhìn thấy được

khi chúng được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1000K. Cường độ ánh sáng tăng lên
và màu sắc bề ngoài trở nên sáng hơn khi nhiệt độ tăng.
b) Phóng điện: Khi một dịng điện chạy qua chất khí, các nguyên tử và phân tử
phát ra bức xạ với quang phổ mang đặc tính của các nguyên tố có mặt.
c) Phát quang điện: Ánh sáng được tạo ra khi dòng điện chạy qua những chất
rắn nhất định như chất bán dẫn hoặc photpho.
d) Phát sáng quang điện: Thông thường chất rắn hấp thụ bức xạ tại một bước
sóng và phát ra trở lại tại một bước sóng khác. Khi bức xạ được phát ra đó có thể nhìn
thấy được, hiện tượng được gọi là sự phát lân quang hay sự phát huỳnh quang.
Hình 1.1 cho thấy ánh sáng nhìn thấy được thể hiện là một dải tần số hẹp nằm
giữa ánh sáng của tia cực tím (UV) và năng lượng hồng ngoại. Những sóng ánh sáng
này có khả năng kích thích võng mạc của mắt, giúp tạo nên cảm giác về thị giác, gọi là
khả năng nhìn. Vì vậy, để quan sát được cần có mắt hoạt động bình thường và ánh
sáng nhìn thấy được. [16]

Hình 1.1 Bức xạ nhìn thấy được [16]

Khóa luận tốt nghiệp

3


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

1.1.1 Các khái niệm và thuật ngữ thường dùng
1) Lumen: Đơn vị của quang thông, là thông lượng được phát ra trong phạm vi
một đơn vị góc khối bởi một nguồn điểm với cường độ sáng đều nhau là một Candela.
Một lux là một lumen trên mỗi mét vuông. Lumen (lm) là đương lượng trắc quang của

Oát, được tăng lên để phù hợp với phản ứng mắt của “người quan sát chuẩn”. 1 W =
683 lumen tại bước sóng 555nm.
2) Hiệu suất tải lắp đặt: Đây là độ chiếu sáng duy trì trung bình được cung cấp
trên một mặt bàn làm việc nằm ngang trên mỗi Oát công suất với độ chiếu sáng nội
thất chung được thể hiện bằng lux/W/m².
3) Hiệu suất tải mục tiêu: Giá trị của hiệu suất tải lắp đặt được xem là có thể đạt
được với hiệu suất cao nhất, được thể hiện bằng lux/W/m².
4) Hệ số hiệu suất tải lắp đặt: Đây là tỷ số của hiệu suất tải mục tiêu và tải lắp
đặt.
5) Nguồn phát sáng: Bộ đèn là một đơn vị phát sáng hoàn chỉnh, bao gồm một
hoặc nhiều đèn cùng với các bộ phận được thiết kế để phân phối ánh sáng, định vị và
bảo vệ đèn, và nối đèn với nguồn điện.
6) Lux: Là đơn vị đo độ chiếu sáng của một bề mặt. Độ chiếu sáng duy trì trung
bình là các mức lux trung bình đo được tại các điểm khác nhau của một khu vực xác
định. Một lux bằng một lumen trên mỗi mét vuông.
7) Độ cao lắp đặt: Độ cao của đồ vật hay đèn so với mặt phẳng làm việc.
8) Hiệu suất phát sáng danh nghĩa: Tỷ số giữa công suất lumen danh nghĩa của
đèn và tiêu thụ điện danh nghĩa, được thể hiện bằng lumen trên ốt.
9) Chỉ số phịng: Hệ số thiết lập quan hệ giữa các kích thước dự kiến của cả
căn phòng và độ cao giữa bề mặt làm việc và bề mặt của đồ đạc.
10) Hệ số sử dụng (UF): Là tỷ lệ của quang thông do đèn phát ra tới mặt phẳng
làm việc. Hệ số này thể hiện tính hiệu quả của sự phối hợp chiếu sáng.
11) Nhiệt độ màu: Nhiệt độ màu của một nguồn sáng được thể hiện theo thang
Kelvin (K) là biểu hiện màu sắc của ánh sáng do nó phát ra. Tưởng tượng một thanh
sắt khi nguội có màu đen, khi nung đều đến khi nó rực lên ánh sáng da cam, tiếp tục
nung nó sẽ có màu vàng, và tiếp tục nung cho đến khi nó trở nên “nóng trắng”. Tại bất
Khóa luận tốt nghiệp

4

Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

kỳ thời điểm nào trong q trình nung, chúng ta có thể đo được nhiệt độ của thanh
thép theo độ Kelvin (00C + 273) và gán giá trị đó với màu được tạo ra.[16]

Hình 1.2 Biểu đồ Kruithof.[16]
12) Độ hoàn màu
Cùng một vật nhưng nếu được chiếu sáng bằng các nguồn sáng đơn sắc khác
nhau thì mắt sẽ cảm nhận màu của vật khác nhau, tuy nhiên bản chất màu sắc của vật
thì khơng hề thay đổi. Ví dụ một tờ giấy bình thường màu đỏ, nếu đặt trong bóng tối
nó có thể có màu xám, tuy nhiên ta vẫn nói đó là tờ giấy màu đỏ.
Như vậy chất lượng ánh sáng phát ra của nguồn sáng còn phải được đánh giá
qua chất lượng nhìn màu, tức là khả năng phân biệt màu sắc của vật đặt trong ánh sáng
đó. Để đánh giá sự ảnh hưởng ánh sáng (do nguồn phát ra) đến màu sắc của vật, người
ta dùng chỉ số độ hoàn màu hay còn gọi là chỉ số thể hiện màu của nguồn sáng, ký
hiệu CRI (Color Rendering Index). Nguyên nhân sự thể hiện màu của vật bị biến đổi là
do sự phát xạ phổ ánh sáng khác nhau giữa nguồn sáng và vật được chiếu sáng.[6]

Khóa luận tốt nghiệp

5


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

Bảng 1.1 Ứng dụng của các nhóm hồn màu.[6]
Nhóm hồn màu

Chỉ số hồn màu chung

Ứng dụng đặc trưng

CIE(Ra)
1A

Ra > 90

Bất kỳ nơi nào cần có sự hồn màu
chính xác, ví dụ việc kiểm tra in
màu

1B

80 < Ra <90

Bất kỳ nơi nào cần đánh giá màu
chính xác hoặc cần có sự hồn màu
tốt vì lý do thể hiện, ví dụ chiếu sáng
trưng bày

2

60 < Ra< 80

Bất kỳ nơi nào cần sự hoàn màu

tương đối

3

40 < Ra <60

Bất kỳ nơi nào sự hồn màu ít quan
trọng nhưng sự biểu hiện màu sắc
sai lệch rõ rệt là không thể chấp
nhận được

4

20 < Ra <40

Bất kỳ nơi nào sự hồn màu khơng
hề quan trọng và sự biểu hiện màu
sắc sai lệch rõ rệt là chấp nhận được

13) Chỉ số chói lóa ( URG )
Đặc trưng mức độ gây ra cảm giác khó chịu khi các phần của trường nhìn q
chói so với độ chói xung quanh mà mắt đã thích nghi. Nhiệt độ này khơng liên quan gì
đến nhiệt độ thực của nguồn sáng.[6]
1.1.2 Các đại lượng và đơn vị cơ bản trong thiết kế chiếu sáng
1.1.2.1 Góc khối
- Khái niệm: Xét một đường cong kín bất kỳ (L). Từ một điểm O trong không
gian ta vẽ các đường thẳng tới mọi điểm trên đường cong (L) gọi là các đường sinh.
Khi đó phần khơng gian giới hạn bởi các đường sinh này được gọi là góc khối nhìn
đường cong (L) từ đỉnh O.
Khóa luận tốt nghiệp

6


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

Độ đo của góc khối là diện tích phần mặt cầu có
bán kính r = 1, tâm tại điểm O bị cắt bởi góc khối trên.
- Ký hiệu góc khối : Ω (Chữ cái Hy Lạp, đọc là
Ômega).
- Đơn vị : Sr (steradian)
Steradian là góc khối mà dưới góc đó người quan
sát đứng ở tâm O của một quả cầu R=1m thì nhìn thấy
diện tích S=1

trên mặt cầu.

- Góc khối được định nghĩa là tỷ số giữa diện tích Hình 1.3 Định nghĩa góc khối
và bình phương của bán kính. Nó là một góc trong khơng gian.
Trong đó:
S - Diện tích trên mặt chắn trên mặt cầu (m2)
R - Bán kính hình cầu (m)
+ Cho quả cầu tâm O bán kính R, một hình nón có đỉnh tại O cắt mặt cầu với
một diện tích S thì độ lớn của góc khối là :
- Giá trị cực đại của gốc khối khi không gian chắn là tồn bộ mặt cầu.

- Ý nghĩa: Góc khối là góc trong khơng gian, đặc trưng cho góc nhìn (tức là từ
một điểm nào đó nhìn vật thể dưới một góc khối). Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối

biểu thị cho không gian mà nguồn sáng bức xạ năng lượng của nó.[6]
1.1.2.2 Quang thơng
Kí hiệu:

- Đơn vị đo Lumen (lm)

Quang thông là một thông số hiển thị phần năng lượng chuyển thành ánh sáng,
được đánh giá bằng cường độ sáng cảm giác với mắt thường của người có thể hấp thụ
được lượng bức xạ:
1) Quang thông của một nguồn phát ra trong góc khối :

=
2) Quang thơng khi cường độ sáng đều (I = const):

Khóa luận tốt nghiệp

7


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

3) Quang thông khi cường độ sáng I khơng phụ thuộc vào phương:

Ví dụ: Quang thông của một vài nguồn sáng:
Đèn sợi đốt 60 W có quang thơng 850 lm.
Đèn sợi đốt 100 W có quang thơng 160 lm.[11]
- Ý nghĩa: Về bản chất, quang thơng cũng chính là năng lượng nhưng ở đây đơn
vị tính khơng phải bằng t mà bằng Lumen. Đây là đại lượng rất quan trọng dùng

cho tính tốn chiếu sáng, thể hiện phần năng lượng mà nguồn sáng bức xạ thành ánh
sáng ra tồn bộ khơng gian xung quanh. Để thấy rõ sự khác nhau giữa Oát và Lumen
ta có sự so sánh sau: Giả sử có một nguồn sáng cơng suất 1W biến đổi tồn bộ cơng
suất này thành ánh sáng nhìn thấy. Nếu ánh sáng nó phát ra là một tia đơn sắc
λ=555nm (màu vàng) sẽ cho quang thông 683 lm nhưng nếu ánh sáng phát ra là quang
phổ liên tục với năng lượng phân bố đều thì quang thơng khoảng 179 lm.[6]
1.1.2.3 Cường độ sáng
Kí hiệu: I - Đơn vị đo Candela (cd)
Cường độ sáng là thông số đặc trưng cho khả năng phát quang của nguồn sáng.
Candela là cường độ sáng theo một phương đã cho của nguồn phát một bức xạ đơn sắc
có tần số là 540.1012 Hz ( = 555 nm) và cường độ năng lượng theo phương này là

Hình 1.4 Xác định cường độ sáng
Nguồn phát quang tại 0, phát một lượng quang thơng d trong góc khối d có:

Khóa luận tốt nghiệp

8


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

1) Cường độ sáng trung bình của nguồn:

2) Cường độ sáng tại điểm A:

1 candela=

.

Ví dụ: Cường độ sáng của một vài nguồn
Nếu trung bình

I = 1 cd.

Đèn sợi đốt 60 W

I = 68 cd.

Đèn sợi đốt 100W

I =128 cd.

Như vậy lumen là quang thơng của nguồn sáng điểm có cường độ I = 1cd bức
xạ đều trong khối

.

Giữa lumen và watt ánh sáng có quan hệ như sau:
1 watt ánh sáng = 638 lumen.
Cường độ sáng mạnh sẽ làm cho mắt có cảm giác bị loá, khả năng phân biệt
màu sắc cũng như sự vật bị giảm đi, làm thần kinh căng thẳng và thị giác mất chính
xác.
Để thấy rõ hơn ý nghĩa của đại lượng này trong thực tế, sau đây là một số đại
lượng cường độ sáng của các nguồn sáng thông dụng:
+ Ngọn nến: 0,8 cd (theo mọi hướng).
+ Đèn sợi đốt 40W: 35 cd (theo mọi hướng).
+ Đèn sợi đốt 300W: 400 cd (theo mọi hướng).

+ Có bộ phản xạ: 1500 cd (ở giữa chùm tia).
+ Đèn iôt kim loại 2kW: 14800 cd (theo mọi hướng).
+ Có bộ phản xạ: 250000 cd (ở giữa chùm tia).[11]
1.1.2.4 Độ rọi
Kí hiệu: E - Đơn vị lux (lx)

Khóa luận tốt nghiệp

9


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho mật độ quang thông nhận được trên bề mặt
được chiếu sáng. Với:
E=

(lux)

Trong đó:
- Quang thơng bề mặt diện tích nhận được (lm)
S - Diện tích bề mặt đuợc chiếu sáng (m2)
Khi một mặt phẳng có diện tích S =1m2 nhận được cường độ sáng một lượng
quang thơng

= 1lm sẽ có độ rọi E = 1lx.

Hình: 1.5 Độ rọi thể hiện trên mặt phẳng

Khái niệm về độ rọi ngồi nguồn ra cịn liên quan đến vị trí của mặt được chiếu
sáng:

d 

Suy ra:

ds. cos

E

r

2



d
I

d I . cos

2
ds
r

Trong đó:
I : Cường độ sáng: (cd)

 : Góc tạo bởi pháp tuyến của ds với phương I.

r : Khoảng cách từ nguồn sáng điểm 0 cho đến mặt nguyên tố ds (m).
Do đó khi tính tốn thiết kế chiếu sáng cần yêu cầu về độ rọi theo tiêu chuẩn
nhà nước.

Khóa luận tốt nghiệp

10


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

Ý nghĩa: Thể hiện lượng quang thơng chiếu đến 1 đơn vị diện tích của một bề
mặt được chiếu sáng, nói cách khác nó chính là mật độ phân bố quang thơng trên bề
mặt chiếu sáng.
Ví dụ về độ rọi: Nắng giữa trưa độ rọi là 100.000 lux.
Trời nhiều mây độ rọi là 1000 lux.
Đủ để đọc sáng độ rọi là 30 lux.[11]
1.1.2.5 Độ chói
Kí hiệu: B - Đơn vị: nit (nt)
Độ chói là thông số để đánh giá độ tiện nghi của chiếu sáng, là tỷ số giữa cường
độ sáng và diện tích biểu kiến của nguồn sáng theo
một phương cho trước.
Mắt người đặt tại điểm O quan sát bề mặt
phát sáng dS theo phương OM. Bề mặt dS nghiêng
một góc α so với phương OM. Gọi dI là cường độ
sáng phát ra bởi dS theo phương OM thì ta có định
nghĩa độ chói là:
Hình 1.6 Định nghĩa độ chói

Độ chói nhỏ nhất để mắt nhìn thấy là 10-5 cd/m2 và bắt đầu gây nên khó chịu và
lố mắt ở 5000 cd/m2.
Đơn vị đo độ chói là nit (nt), nit là độ chói của một nguồn sáng diện tích 1

có

cường độ 1cd khi ta nhìn thẳng góc với nó:

1 nt =
Người ta dùng đơn vị đo độ chói là Stib: 1 Stib =

nit

Ý nghĩa:
+ Thể hiện mật độ phân bố cường độ sáng phát ra từ một đơn vị diện tích của
bề mặt đó theo một hướng xác định đến một người quan sát.
+ Độ chói phụ thuộc vào tính chất phản quang của bề mặt và hướng quan sát
(không phụ thuộc vào khoảng cách từ mặt đó đến điểm quan sát).

Khóa luận tốt nghiệp

11


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

+ Nhìn chung mọi vật thể được chiếu sáng ít nhiều đều phản xạ ánh sáng (đóng
vai trị như nguồn sáng thứ cấp) nên cũng có thể gây ra chói mắt người. Ví dụ ban đêm

ánh sáng hắt lên từ mặt đường nhựa được chiếu sáng cũng có thể làm chói mắt người
lái xe.[6]
Ví dụ một vài độ chói :
Độ chói mắt người có thể nhận biết được là
Mặt Trời giữa trưa có độ chói là ( 1,5
Mặt Trời mọc có độ chói là 5.

nit
nit

nit.[4]

1.2 CHIẾU SÁNG VỚI SINH LÝ CỦA MẮT
Sự nhìn rõ của mắt liên hệ trực tiếp với những yếu tố sinh lý của mắt,ta cần biết
quan hệ giữa các yếu tố ánh sáng và khả năng nhìn rõ của mắt, trước hết cần phân biệt
thị giác ban ngày và thị giác hồng hơn.
a) Thị giác ban ngày
Thị giác ban ngày liên quan đến sự kích thích của tế bào hữu sắc. Khi độ rọi
E

lux (ánh sáng ban ngày) thì tế bào hữu sắc cho cảm giác màu sắc và phân biệt

chi tiết của vật quan sát. Như vậy khi độ rọi E

10 lux thì thị giác ban ngày làm việc.

b) Thị giác hồng hơn Thị giác hồng hơn liên quan đến sự kích thích của tế
bào vơ sắc, khi độ rọi E

0,01lux (ánh sáng hồng hơn) thì tế bào vơ sắc làm việc.

Khi độ rọi E = 0,01 – 10 lux thì cả hai tế bào hữu sắc và vơ sắc cùng làm việc.
c) Q trình thích nghi
Q trình thích nghi là q trình để cho thị giác hồng hơn làm việc,khi chuyển
từ độ rọi lớn sang độ rọi nhỏ, tế bào vô sắc không thể đạt ngay mức độ hoạt động cực
đại mà cần có thời gian thích nghi,và ngược lại khi chuyển từ độ rọi nhỏ sang độ rọi
lớn cũng vậy.Thực nghiệm cho thấy khi mắt chuyển từ trường nhìn sáng sang trường
nhìn tối cần có thời gian từ 15 – 20 phút, và từ trường nhìn tối sang trường nhìn sáng
cần khoảng thời gian từ 8 đến 10 phút.
d) Tốc độ phân giải của mắt
Quá trình nhận biết một vật của mắt không xảy ra ngay lập tức mà phải qua một
thời gian nào đó, thời gian này càng nhỏ thì tốc độ phân giải của mắt càng lớn. Tốc độ

Khóa luận tốt nghiệp

12


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

phân giải phụ thuộc vào độ chói và độ rọi sáng trên vật quan sát. Tốc độ phân giải tăng
nhanh từ độ rọi E = 0

1200 lux,sau đó tăng khơng đáng kể.

Vì vậy muốn cho mắt phân giải nhanh thì ánh sáng trong trường nhìn phải đủ
lớn và phân bố nhiều trên bề mặt nhìn. Trong các vị trí chiếu sáng khác nhau như trong
sản xuất, giao thông, đường hầm…cần đảm bảo sao cho chiếu sáng từ trường này sang

trường khác không thay đổi quả đột ngột làm cho mắt phân giải không kịp và dễ gây ra
tai nạn.
e) Khả năng phân giải của mắt
Người ta đánh giá khả năng phân giải của mắt bằng góc tối thiểu

mà mắt có

thể nhìn thấy được vật. Mắt có khả năng phân giải trung bình nghĩa là có khả năng
nhận biết được hai vật nhỏ nhất dưới góc nhìn

=

trong điều kiện chiếu sáng

tốt.[4]

Khóa luận tốt nghiệp

13


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

CHƯƠNG II: MỘT SỐ THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG
2.1 CÁC THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG
Hiện nay người ta thường dùng đèn điện để chiếu sáng nhân tạo vì chúng có
nhiều ưu điểm: thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện, giá thành rẻ, tạo được ánh sáng
gần đúng với ánh sáng tự nhiên.

Đèn bao gồm bóng đèn (nguồn phát sáng) và các trang bị mang bóng đèn như
chao, hộp, máng...
Đèn chiếu sáng có nhiều loại: đèn sợi đốt, đèn phóng điện trong chất khí (trong
đó có đèn huỳnh quang)…[5]
2.1.1 Bóng đèn sợi đốt

Hình 2.1 Cấu tạo và giản đồ năng lượng của bóng đèn sợi đốt[6]
1. Cấu tạo của bóng đèn sợi đốt (hình 2.1):
a) Dây tóc (sợi đốt):

Hình 2.2. Các loại dây tóc đèn sợi đốt.[6]
+ Chế tạo từ vật liệu chịu nhiệt (thường là vonfram chịu được nhiệt độ rất cao,
có khi đến 36500K).

Khóa luận tốt nghiệp

14


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

+ Khi bị nung nóng, sợi đốt chủ yếu phát xạ các tia trong vùng hồng ngoại
(1000 μm đến 0,78 μm ) khơng nhìn thấy được. Dịng điện chạy qua dây tóc làm nóng
nó, q trình này làm cho điện trở dây tóc tăng lên và nó lại càng bị đốt nóng cho đến
khi nhiệt toả ra cân bằng với nhiệt tản ra không khí.
+ Nhiệt độ càng cao thì phổ ánh sáng càng chuyển về vùng nhìn thấy và màu
sắc ánh sáng cũng trắng hơn. Tuy nhiên nhiệt độ cao sẽ làm bay hơi kim loại làm dây
tóc nên người ta thường bơm khí trơ (Nitơ, Argon, Kripton) vào bóng đèn để làm

chậm quá trình bay hơi nhưng đồng thời cũng làm tăng tổn thất do các chất khí này
dẫn nhiệt.
+ Khi kim loại bay hơi sẽ ngưng đọng trên bề mặt bóng làm nó bị mờ đi.
+ Về cấu tạo, dây tóc có nhiều loại như hình 2.2
b) Vỏ bóng đèn:
+ Chế tạo bằng thủy tinh có pha chì.
+ Áp suất khí trơ bơm vào bóng rất thấp để tránh tản nhiệt ra ngồi mơi trường.
+ Để giảm độ chói, mặt trong bóng đèn được phủ lớp bột mờ.
c) Đui đèn:
Nhiệm vụ đui đèn là nơi tiếp xúc nguồn điện cung cấp cho sợi đốt.
+ Đui cài.
+ Đui xoáy.
d) Đặc điểm:
- Ưu điểm:
+ Nối trực tiếp vào lưới điện mà không cần thiết bị phụ nào.
+ Kích thước nhỏ.
+ Sử dụng đơn giản, bật sáng ngay.
+ Chỉ số hoàn màu tốt, xấp xỉ bằng 100.
+ Giá thành rẻ.
+ Tạo màu sắc ấm áp, không nhấp nháy.
- Nhược điểm:
+ Hiệu quả phát sáng rất thấp do năng lượng nhiệt tản ra môi trường lớn.
+ Quang thông, tuổi thọ của đèn phụ thuộc mạnh vào điện áp nguồn.
Khóa luận tốt nghiệp

15


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

+ Hiện nay không khuyến khích sử dụng trong dân dụng và cơng nghiệp nhưng
vẫn dùng trong chiếu sáng sự cố, chiếu sáng an tồn vì nó làm việc được với điện áp
thấp. [6]

Hình 2.3 Các loại đuôi đèn.[6]
2.1.2 Đèn Halogen-Vonfram
Đèn nung sáng dùng khí halogen là một loại đèn nung sáng có dây tóc bằng
vonfram giống như đèn sợi đốt bình thường, tuy nhiên bóng đèn được bơm đầy bằng
khí halogen (Iod hoặc Brom). Nguyên tử vonfram bay hơi từ dây tóc nóng và di
chuyển về phía thành của bóng đèn. Các ngun tử vonfram, oxy và halogen kết hợp
với nhau tại thành bóng để tạo nên phân tử vonfram oxyhalogen. Nhiệt độ ở thành
bóng giữ cho các phân tử vofram oxyhalogen ở dạng hơi. Các phân tử này di chuyển
về phía dây tóc nóng nơi nhiệt độ cao hơn tách chúng ra khỏi nhau. Nguyên tử
vonfram lại đông lại trên vùng mát hơn của dây tóc nên bóng đèn khơng bị mờ.
Nhờ có hơi halogen nên nhiệt độ đốt nóng đèn cho phép cao hơn, do đó ánh
sáng phát ra trắng hơn (nhiệt độ màu có thể đạt 2.900 K), hiệu suất của đèn cũng cao
hơn so với đèn bơm khí trơ hoặc chân khơng.[6]

Hình 2.4 Đèn Halogen-vonfram.[6]

Khóa luận tốt nghiệp

16


Trường Đại học Sư phạm

Khoa Vật Lý

2.1.3 Đèn huỳnh quang
Được cấu tạo là một ống thủy tinh, bên trong có hai điện cực (sẽ nung hoặc sởi
đốt) đặt ở hai đầu ống, phía trong ống có chứa khí Argon và thủy ngân, phía trong ống
có bơi một lớp huỳnh quang để làm phát ra các tia bức xạ lần hai có bước sóng mắt
thường nhìn thấy được. Loại đèn này có stắcte và chấn lưu kèm theo.
Đèn huỳnh quang có hiệu suất lớn hơn đèn sợi đốt tiêu chuẩn từ 3 đến 5 lần và
có tuổi thọ từ 10 đến 20 lần. Dịng điện chạy qua chất khí hoặc kim loại bay hơi có thể
gây ra bức xạ điện từ tại những bước sóng nhất định tuỳ theo thành phần cấu tạo hố
học và áp suất khí.

Hình 2.5 Cấu tạo bóng đèn huỳnh quang.[6]
Phía bên trong thành thủy tinh của bóng đèn người ta tráng một lớp chất bột
huỳnh quang, ngồi ra người ta cịn nhỏ vài giọt thuỷ ngân (khoảng 12mg) và bơm khí
trơ (thường là khí argon) vào trong ống với tỷ lệ thích hợp sao cho hiện tượng ion hoá
dễ xảy ra. Khi bật đèn, dưới tác dụng của điện áp đặt vào, giữa hai điện cực vonfram
của đèn xảy ra sự phóng điện trong hơi thuỷ ngân. Hơi thuỷ ngân này được tạo ra ở
trong ống do giọt thuỷ ngân được đốt nóng ban đầu bằng dòng điện của điện cực, tiếp
sau là hiện tượng ion hố chất khí để sinh ra tia tử ngoại. Tia tử ngoại đập vào bột
huỳnh quang và phát ra ánh sáng nhìn thấy.
Do đèn huỳnh quang phát ra tia tử ngoại, nêu lọt ra ngoài sẽ gây nguy hiểm cho
sự sống nên vỏ bóng đèn được chế tạo từ thủy tinh natri cacbonat có tác dụng ngăn cản
tia tử ngoại khơng cho nó phát xạ ra ngồi.

Khóa luận tốt nghiệp

17