Khoá luận tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống chiếu sáng đường dẫn cửa khẩu Hoa Lư tỉnh Bình Phước

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

46
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

giúp sinh viên thực tế hiểu được hệ thống chiếu sáng đô thị được áp dụng thực tế giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quy cách kỹ thuật cũng như tính toán thiết kế chiếu sáng và tính toán khối lượng vật tư, quy trình thi công thực tế.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khoá luận tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống chiếu sáng đường dẫn cửa khẩu Hoa Lư tỉnh Bình Phước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC HỌ TÊN TÁC GIẢ KHOÁ LUẬN NGUYỄN ĐÌNH THÔNG Bình Dương, Tháng 5 năm 2014 Trang 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG NIÊN KHÓA 2011 – 2014 TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn: ThS. PHẠM QUANG MINH ThS. NGUYỄN ANH VŨ Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐÌNH THÔNG MSSV: 11C660012 Lớp: C11DT01 Bình Dương, Tháng 5 năm 2014 Trang 2
LỜI MỞ ĐẦU Thiết kế chiếu sáng là một ứng dụng công nghệ chiếu sáng cho một không gian của con người. Giống như việc thiết kế trong kiến trúc, trong kỹ thuật và những thiết kế khác, thiết kế chiếu sáng dựa vào tổ hợp các nguyên tắc khoa học đặc trưng, những tiêu chuẩn và quy ước đã thiết lập và một số các tham số về thẩm mỹ học, văn hóa và con người được xem xét một cách hài hòa. Từ thời kỳ sơ khai của văn minh đến thời gian gần đây, con người chủ yếu tạo ra ánh sáng từ lửa mặc dù đây là nguồn nhiệt nhiều hơn ánh sáng. Ở thế kỷ 21, chúng ta vẫn đang sử dụng nguyên tắc đó để sản sinh ra ánh sáng và nhiệt qua loại đèn nóng sáng. Chỉ trong vài thập kỷ gần đây, các sản phẩm chiếu sáng đã trở nên tinh vi và đa dạng hơn nhiều. Theo ước tính, tiêu thụ năng lượng của việc chiếu sáng chiếm khoảng 20 – 45% tổng tiêu thụ năng lượng của một toà nhà thương mại và khoảng 3 – 10% trong tổng tiêu thụ năng lượng của một nhà máy công nghiệp. Hầu hết những người sử dụng năng lượng trong công nghiệp và thương mại đều nhận thức được vấn đề tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống chiếu sáng. Thông thường có thể tiến hành tiết kiệm năng lượng một cách đáng kể chỉ với vốn đầu tư ít và một chút kinh nghiệm. Thay thế các loại đèn hơi thuỷ ngân hoặc đèn nóng sáng bằng đèn halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp sẽ giúp giảm chi phí năng lượng và tăng độ chiếu sáng. Do vậy các kỹ sư cần phải thiết kế một cách chính xác và hiệu quả và một trong số đó giúp các kỹ sư thiết kế giảm bớt được thời gian và tính chính xác. Đồ án này có thể giúp sinh viên phân nào hiểu được trình tự tính toán thiết kế chọn khối lượng vật tư cụ thể cho một công trình thực tế sau khi ra trường. - Tính cấp thiết của đề tài : Xuất phát từ yêu cầu cấp thiết trong vấn đề chiếu sáng các đường phố ở Việt Nam đang ngày càng phát triển cũng như việc áp dụng kỹ thuật chiếu sáng như thế nào để mang lại tiết kiệm, hiệu quả tốt nhất phù hợp với mỹ Trang 3
quan đô thị, ứng dụng kỹ thuật chiếu sáng vào việc phát triển chiếu sáng đường phố Việt Nam. Từ lý thuyết đến thực hành để thực hiện một công trình thực tế nào đó đối với sinh viên sau khi ra trường đó là một cả vấn đề, đồ án này giúp sinh viên giải quyết được một phần nào khó khăn ngoài biết được kiến thức từ mô hình, sơ đồ nguyên lý thì đề tài này giúp sinh viên biết được trình tự thiết kế thi công và chọn khối lượng vật tư để thi công hợp lý. Xuất phát từ những điều kiện khách quan đó. Đồ án sau khi hoàn thành sẽ giúp ích cho sinh viên ngành Điện – Điện Tử nói riêng và sinh viên trường Đại Học Thủ Dầu Một nói chung. - Tình hình nghiên cứu : So những đề tài trước ngoài kiến thức học tập ở trường cũng như thực hành trên một số mô hình, mô phỏng khác thì sinh viên chỉ dừng lại ngoài biết được sơ đồ nguyên lý, thiết kế tính toàn chọn thiết bị… Thì đồ án này còn giúp sinh viên thiết kế tính toán chọn khối lượng vật tư để thi công thực tế. Đồ án này được thực hiện áp dụng thực tế bên ngoài giúp sinh viên hiểu rỏ hơn phần nào công việc để sinh viên đáp ứng và tính toán phù hợp hơn với công trình thực tế bên ngoài: - Mục đích nghiên cứu : Tạo môi trường ánh sáng tốt, giúp người lái xe xử lý nhanh chóng, chính xác các tình huống xảy ra trên đường đảm bảo lái xe an toàn với tốc độ quy định của từng cấp đường trong đô thị. Đảm bảo an toàn cho mọi phương tiện và con người lưu thông trên đường, giảm đến mức thấp nhất tại nạn giao thông. Làm sáng rõ các biển chỉ dẫn giao thông. Làm đẹp cảnh quan đô thị vào ban đêm. Trang 4
Giúp Sinh Viên tính toán thiết kế chọn khối lượng vật tư chiếu sáng thực tế phù hợp sau khi sinh viên ra trường có thể thiết kế và đáp ứng được công việc bên ngoài thực tế được tốt hơn. - Nhiệm vụ nghiên cứu: Một số khái niệm cơ bản. Các bước tính toán thiết kế chiếu sáng. Những yêu cầu chung của thiết kế chiếu sáng. Cơ sở thiết kế hệ thống chiếu sáng đường phố. Các tiêu chuẩn, quy chuẩn chiếu sáng của bộ xây dựng. Chọn đèn và thông số đèn cho chiếu sáng. Phân tích và tính toán số liệu về như: độ rọi, độ chói, quang thông, hiệu suất phát quang, cường độ ánh sáng, phản xạ… Tính toán và bốc khối lượng thi công. Đề tài giúp sinh viên ra tính toán, thiết kế chọn khối lượng công trình được phù hợp giúp sinh viên hiểu được trình tự thiết kế cũng như thi công ngoài thực tế, giúp sinh viên đáp ứng được công việc tốt hơn sau khi ra trường. - Phương pháp nghiên cứu : Tổng hợp lý thuyết qua: báo, tài liệu, thư viện, Internet… Thực nghiệm tính toán và mô phỏng mô bằng phần mềm. Tham quan và học hỏi những công trình thiết kế và thi công chiếu sáng đường bộ ở một số công ty thực tế. - Các kết quả đạt được của đồ án: Đồ án được thực hiện giúp sinh viên thực tế hiểu được hệ thống chiếu sáng đô thị được áp dụng thực tế giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quy cách kỹ thuật cũng như tính toán thiết kế chiếu sáng và tính toán khối lượng vật tư, quy trình thi công thực tế. Trang 5
Phần lớn sinh viên chỉ nắm được sơ đồ nguyên lý, lý thuyết cơ bản, chưa hiểu được những quy trình thi công, tính toán và chọn khối lượng vật tư, cách thực hiện thi công thực tế ra sao thì đồ án này sẽ bổ sung những phần còn thiết đó. - Kết cấu của Đồ Án: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC. Chương 4: DỰ TOÁN THIẾT BỊ VẬT TƯ VÀ KINH PHÍ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC. Chương 5: BIỆN PHÁP TỔ CHỨC THI CÔNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC. Chương 6: KẾT LUẬN. Trang 6
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC Hình Sơ đồ mặt bằng đường dẩn ban đầu 1.1 Cơ sở thiết kế bản vẽ thi công – dự toán: Hồ sơ được lập dựa trên cơ sở pháp lý sau: Trang 7
Kết quả điều tra khảo sát thiết kế hiện trường tại địa phương Bản vẽ mặt bằng tuyến căn cứ theo một số qui định, tiêu chuẩn 1.2 Tổng quát về công trình: 1.2.1. Tên công trình : Hệ thống chiếu sáng đường dẫn cửa khẩu Hoa Lư 1.2.2. Địa điểm xây dựng: Khu kinh tế cửa khẩu Hoa Lư - Tỉnh Bình Phước. 1.2.3. Chủ đầu tư: Ban Quản lý Khu kinh tế. Thực hiện dự án : Ban Quản lý dự án Khu kinh tế. 1.2.4. Đơn vị tư vấn : 1.2.5. Hình thức đầu tư: Đầu tư xây dựng mới 1.2.6. Sự cần thiết phải đầu tư: Đầu tư hệ thống chiếu sáng đồng bộ với khu vực tại trạm kiểm soát của cửa khẩu. Nhằm đảm bảo an ninh trật tự, an toàn xã hội và giảm thiểu tai nạn giao thông vào ban đêm. Do đó việc đầu tư lưới điện chiếu sáng là rất cần thiết. 1.2.7. Mục tiêu đầu tư: Cung cấp điện chiếu sáng cho khu vực trạm kiểm soát khu cửa khẩu nhằm đảm bảo an ninh trật tự, an toàn xã hội và giảm thiểu tai nạn giao thông vào ban đêm, góp phần hoàn chỉnh hạ tầng kỹ thuật tạo điều kiện thuận lợi trong việc đi lại cho nhân dân trong khu vực. 1.2.8. Quy mô đầu tư: Tổng chiều dài đơn tuyến là 1.242 mét. 1.2.9. Cấp, loại công trình: a) Cấp công trình: Công trình cấp 4, thiết kế 1 bước. b) Lọai công trình: Công trình hạ tầng kỹ thuật. Trang 8
1.3 Phương án quản lý và khai thác Ban quản lý khu kinh tế làm chủ đầu tư và thực hiện đầu tư công trình, quản lý vận hành. 1.4 Đánh giá tác động môi trường, an toàn lao động – giải pháp phòng chống cháy nổ 1.4.1 Tác động môi trường: - Cần phải chọn thiết bị thi công hợp lý, trách rung động, thải khói, bụi và gây nên tiếng ồn làm ảnh hưởng đến khu vực dân cư xung quanh công trình. Máy móc thiết bị trước khi đưa vào công trình phải được kiểm tra cân chỉnh để chế độ hoạt động tốt nhất. - Sử dụng các thiết bị thi công phù hợp, tổ chức tiến độ thi công hợp lý tại từng công đoạn, giảm thiểu tối đa mức độ ô nhiễm không khí, nước và tiếng ồn làm ô nhiễm môi trường….. - Khi thi công các loại xe chở vật liệu tập kết đến công trường phải được phủ bạt kín tránh rơi vãi gây bẩn. Các loại vật liệu thi công phải được tập kết vào đúng nơi quy định không để tuỳ tiện, tràn lan. Các loại chất thải, nhiên liệu dầu nhớt không được xả xuống khu vực thi công. Xây dựng khu vệ sinh tạm thời trên công trường phải đạt yêu cầu về vệ sinh môi trường. 1.4.2 Công tác phòng chống cháy nổ: Tuyến cáp được luồn trong ống nhựa và ống sắt đặt trong mương cáp đi ngầm dưới mặt đất dọc tuyến vỉa hè và dọc tuyến dãy phân cách nên công việc phòng cháy chửa cháy rất thuận lợi khi có sự cố cháy nổ xây ra. 1.5. Kết luận và kiến nghị: - Đầu tư xây dựng hệ thống chiếu nhằm chiếu sáng cho khu vực trạm kiểm soát cửa khẩu nhằm đảm bảo an ninh trật tự, an toàn xã hội và giảm thiểu tại nan giao thông, Trang 9
góp phần hoàn chỉnh hạ tầng kỹ thuật tạo điều kiện thuận lợi trong việc đi lại cho nhân dân trong khu vực. Trang 10
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Một số khái niệm cơ bản 2.1.1 Bản chất sóng - hạt của ánh sáng: 2.1.1.1 Bản chất của ánh sáng + Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng radio, sóng truyền hình,…tất cả đều là những dạng năng lượng điện từ được truyền trong không gian dưới dạng sóng, cũng giống như các bức xạ điện từ khác được đặc trưng bởi bước sóng λ, tần số ν, hoặc chu kỳ T với ν = 1/T hoặc c = ν.λ. + Có thể chia bước sóng thành các phạm vi sau, ta nhận thấy ánh sáng nhìn thấy chỉ là dải hẹp từ 380nm-780nm: • Từ 3000 m đến 1000 m Sóng dài (LW = long wave) • Từ 1000 m đến 100 m Sóng trung (MW = medium wave) • Từ 100 m đến 10 m Sóng ngắn (SW = Short wave) • Từ 10 m đến 0,5 m Sóng vô tuyến (FM) • Từ 0,5 m đến 1,0 mm Sóng rađa • Từ1000 µm đến 0,78 µm Sóng hồng ngoại • Từ 780 nm đến 380 nm Ánh sáng nhìn thấy • Từ 380 nm đến 10 nm Tia cực tím (tia tử ngoại, UV) • Từ 100 A0 đến 0,01 A0 Tia X • Từ 0,01 A0 đến 0,001 A0 Tia γ, tia vũ trụ ( 1 µm = 10-6 m; 1 nm = 10-9 m; 1 A0 = 10-10 m) + Theo thuyết lượng tử, ánh sáng còn mang bản chất hạt (photon), có năng lượng E = hν= hc / λ ; trong đó h là hằng số Plank = 6,626176 × 10-34Js Tại sao các vật thể phát ra ánh sáng ? Ta phải dùng thuyết lượng tử để giải thích như sau: + Một photon bị biến mất khi nó va vào và đẩy một điện tử vòng ngoài lên trạng thái kích thích ở các quỹ đạo xa nhân hơn f sự hấp thu năng lượng ánh sáng của vật chất. + Một photon được sinh ra khi điện tử từ trạng thái kích thích chuyển sang một quỹ đạo khác gần nhân hơn và tải đi một năng lượng mà nguyên tử bị mất dưới dạng tia sáng mà bước sóng tỷ lệ nghịch với năng lượng được truyền đi f sự phát ra năng lượng ánh sáng của vật chất. + Như vậy căn cứ vào bước sóng ta có thể phân biệt được sóng ánh sáng và các dạng năng lượng khác trên quang phổ điện từ. 2.1.1.2 Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục Trang 11
+ Ánh sáng nhìn thấy khác với các dạng bức xạ điện từ khác ở khả năng làm kích hoạt võng mạc của mắt người. + Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng dao động từ 380nm-780nm + Thí nghiệm đã chứng minh: dải phổ của ánh sáng mặt trời là dải quang phổ liên tục có bước sóng thay đổi từ 380nm –780nm như hình sau: + Ánh sáng mặt trời được coi là nguồn sáng chuẩn để đánh giá chất lượng của nguồn sáng nhân tạo. + Ánh sáng mặt trời có rất nhiều công dụng khác ngoài chiếu sáng : sinh ra vitamin D khi tắm nắng buổi sáng, diệt vi khuẩn (do có một lượng rất bé tia cực tím), phát điện, phát nhiệt, sấy khô… + Hiện nay người ta đang nghiên cứu thiết bị dẫn ánh sáng tự nhiên vào trong các toà nhà nhằm giảm tiền điện cũng như có lợi cho sức khoẻ. 2.1.1.3 Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch Trang 12
+ Ánh sáng nhân tạo có quang phổ đứt quãng (quang phổ vạch). Kết quả thí nghiệm xác định quang phổ của một số nguồn sáng nhân tạo sau khi đi qua lăng kính + Nói chung ánh sáng nhân tạo không tốt bằng ánh sáng mặt trời (xét dưới góc độ chiếu sáng). Về mặt tâm - sinh lý, trải qua hàng triệu năm tiến hóa, hệ thần kinh của con người đã thích nghi hoàn toàn với ánh sáng ban ngày nên với bất kỳ nguồn sáng nào không phải là ánh sáng mặt trời đều không tốt đối với mắt. Ước mơ của con người luôn luôn hướng đến việc tạo ra các nguồn sáng giống như ban ngày, do đó để đánh giá chất lượng của các nguồn sáng nhân tạo người ta thường lấy ánh sáng ban ngày làm chuẩn để so sánh. Ánh sáng đèn tuyp ta thường thấy cũng chỉ có màu xanh, tức là có quang phổ vạch mặc dù ban đêm ta cảm thấy nó khá dễ chịu. Với sự tiến bộ của kỹ thuật, hiện nay người ta có thể chế tạo các nguồn sáng có khả năng phát ra các bức xạ có quang phổ liên tục gần với ánh sáng trắng như đèn xenon, song giá thành rất đắt nên chủ yếu dùng cho các loại xe hơi đắt tiền. 2.1.2. Một số hiện tượng phát sáng và phạm vi ứng dụng trong chiếu sáng nhân tạo 2.1.2.1 Hiện tượng phát sáng do nung nóng: Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ > 00K đều bức xạ năng lượng dưới dạng sóng điện từ, khi được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10000K sẽ phát ra bức xạ ánh sáng (cũng là loại sóng điện từ). Nhiệt độ càng cao thì cường độ ánh sáng tăng lên và màu sắc bề ngoài cũng trở nên sáng hơn. Các loại đèn điện chiếu sáng thường dùng dòng điện để đốt nóng sợi đốt (dây tóc) bằng kim loại. Hiện tượng phát sáng khi nung nóng bằng dòng điện được nhà khoa học Anh Humphrey DaVy phát hiện Trang 13
năm 1802. Sau đó nhà phát minh người Mỹ Edison mới chế tạo ra đèn sợi đốt đầu tiên. Hiện tượng phát xạ ánh sáng do nung nóng được giải thích như sau: Khi có điện áp đặt vào hai đầu dây tóc, các điện tử ở các lớp ngoài của nguyên tử được giải phóng khỏi nguyên tử và dịch chuyển trong mạng tinh thể kim loại. Trong quá trình di chuyển, điện tử luôn luôn có va chạm với các nguyên tử, do đó động năng của điện tử đã truyền một phần cho nguyên tử. Kết quả là các nguyên tử bị kích thích và một số điện tử lớp trong nhảy ra lớp ngoài (nếu lớp đó chưa đầy). Điện tử này có xu hướng trở về vị trí trống gần hạt nhân hơn (vị trí ổn định) và nếu điều đó xảy ra thì điện tử sẽ mất một lượng năng lượng E (thế năng) đồng thời giải phóng một photon có bước sóng λ = c.h/E (có thể là ánh sáng nhìn thấy hoặc không nhìn thấy). Năng lượng bức xạ có thể bao gồm quang năng, nhiệt năng và bức xạ hồng ngoại,... Ứng dụng hiện tượng này để chế tạo các loại đèn sợi đốt như đèn sợi đốt chân không (trong dân dụng 50W-75W), đèn sợi đốt halogen (còn gọi là đèn halogen- Vonfram). 2.1.2.2 Hiện tượng phát sáng do phóng điện: Hiện tượng này do nhà khoa học Anh Edward Townsend phát hiện đầu tiên. Hiện tượng phóng điện trong chất khí là quá trình diễn ra rất phức tạp, phụ thuộc vào áp suất khí, công suất nguồn điện và dạng điện trường. Tuy nhiên có thể mô tả tóm tắt thông qua thí nghiệm sau đây: cho ống phóng điện thủy tinh chứa hơi kim loại hoặc một khí trơ nào đó ở áp suất thấp, bên trong có đặt 2 điện cực và được nối với nguồn 1 chiều thông qua biến trở điều chỉnh được: + Khi điện áp tăng lên thì dòng điện tăng theo (đoạn AB). Nguyên nhân có dòng điện là do các ion tự do tồn tại trong chất khí. + Đến điểm B (điểm xảy ra phóng điện) thì dòng điện tăng rất nhanh còn điện áp giảm xuống đến điểm M (điểm duy trì phóng điện). Nguyên nhân dòng điện tăng là do hiện tượng ion hóa chất khí làm cho số điện tử tăng lên nhanh. + Đến điểm D (bằng cách giảm R) sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện hồ quang. Nguyên nhân là do điện cực bị đốt nóng quá mức làm phát xạ điện tử bằng hiệu ứng nhiệt-ion. Cần lưu ý là nếu áp suất cao sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện tia lửa chứ không phải phóng điện tỏa sáng vì ở áp suất cao, hiện tượng phóng điện không tự duy trì được. Trang 14
Đối với nguồn điện xoay chiều hình sin thì chiều dòng điện duy trì trong ống thủy tinh liên tục thay đổi theo tần số nguồn điện. Cả dòng điện và điện áp trong ống phóng điện không còn là hình sin nữa nên nó được xem là một phần tử phi tuyến. Mặc dù mắt người không cảm nhận được nhưng ánh sáng do đèn tạo ra là ánh sáng nhấp nháy liên tục. Năng lượng bức xạ gồm quang năng, nhiệt năng, bức xạ hồng ngoại, bức xạ tử ngoại có tỷ lệ thay đổi theo áp suất và loại khí sử dụng. Ứng dụng hiện tượng này để chế tạo các loại đèn hơi phóng điện Natri áp suất thấp, Natri áp suất cao, đèn halogen kim loại (hơi thủy ngân cao áp),… 2.1.2.3 Hiện tượng phát sáng huỳnh quang Hiện tượng huỳnh quang được biết đến vào giữa thế kỉ 19 bởi nhà khoa học người Anh George G. Stoke. Khi cho ánh sáng tử ngoại (không nhìn thấy) chiếu vào chất phát huỳnh quang thì một phần năng lượng của nó biến đổi thành nhiệt, phần còn lại biến đổi thành ánh sáng có bước sóng dài hơn nằm trong dải quang phổ nhìn thấy được. (Đinh luật Stoke) Trang 15
Giải thích theo thuyết lượng tử như trong hình 1.5: một photon bức xạ tử ngoại (hình bên trái) va chạm với một electron của một nguyên tử chất huỳnh quang, kích thích và đưa electron này lên mức năng lượng cao hơn. Sau đó, electron này rơi xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra ánh sáng dưới dạng một photon (hình bên phải) trong vùng ánh sáng nhìn thấy được. Ứng dụng hiện tượng này người ta chế tạo ra đèn huỳnh quang gồm bóng thuỷ tinh không cho tia tử ngoại xuyên qua, trong đó chứa chất thuỷ ngân ở áp suất thấp. Nhìn chung hiệu suất phát sáng của đèn huỳnh quang khá cao. Chất huỳnh quang có rất nhiều loại nhưng thường dùng chất halophosphat canxi 3Ca(PO4)2.CaF2 để quét vào bên trong thành ống phóng điện một lớp mỏng. 2.1.2.4 Hiện tượng phát sáng lân quang Lân quang là một dạng phát quang, trong đó các phân tử của chất lân quang hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa năng lượng của các photon thành năng lượng của các electron sang trạng thái lượng tử có mức năng lượng cao nhưng khá bền vững. Sau đó electron chậm chạp rơi về trạng thái lượng tử ở mức năng lượng thấp hơn và giải phóng một phần năng lượng trở lại dưới dạng các photon. Lân quang khác với huỳnh quang ở chỗ việc electron trở về trạng thái cũ kèm theo nhả ra photon rất chậm chạp. Trong huỳnh quang, sự rơi về trạng thái cũ của electron gần như tức thời khiến photon được giải phóng ngay. Do vậy các chất lân quang hoạt động như những bộ lưu trữ ánh sáng: thu nhận ánh sáng và chậm chạp nhả ra ánh sáng sau đó. Sở dĩ có sự trở về trạng thái cũ chậm chạp của các electron là do một trong số các trạng thái kích thích khá bền nên việc chuyển hóa từ trạng thái này về trạng thái cơ bản bị cấm bởi một số quy tắc lượng tử. Việc xảy ra sự trở về Trang 16
trạng thái cơ bản chỉ có thể được thực hiện khi dao động nhiệt đẩy electron sang trạng thái không bền gần đó, để từ đó nó rơi về trạng thái cơ bản. Đa số các chất lân quang có thời gian tồn tại của trạng thái kích thích chỉ vào cỡ miligiây . Chất dạ quang là chất có chứa các nguyên tử phát sáng lân quang. Hiện tượng lân quang không được ứng dụng trong kỹ thuật chiếu sáng vì hiệu quả thấp và trạng thái phát sáng không bền. Nó chỉ dùng trong chế tạo các đồ chơi cho trẻ em,… 2.1.3. Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng 1.1.3.1 Góc khối (còn gọi là góc đặc, góc nhìn) - 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 không gian giới hạn bởi các đường sinh này được gọi là góc khối nhìn đường cong (L) từ đỉnh. 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=1m2 trên mặt cầu. - Ý nghĩa: Góc khối là góc trong không 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. - Ví dụ tính toán một số góc khối: + 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 : Ω = Trang 17
+ Cho 2 hình cầu bán kính R và kR đồng tâm O. Giả sử một góc khối Ω chắn hình cầu R với diện tích S1=2πR2(1-cosα) và hình cầu kR với diện tích S2= 2πk2R2(1-cosα). Khi đó góc khối là: Ω= = 2ᆐ ( 1- cosα ) = 2ᆐ ( 1- cosα ) = + Cho mặt cầu tâm O, bán kính R. Góc khối chắn bởi hình nón đỉnh tại O, góc đỉnh 2α, diện tích mặt cầu bị chắn là S. Ta có góc khối: Ω= = = 2ᆐ ( 1- cosα ) Ta thấy góc khối là đại lượng không phụ thuộc bán kính R. Trường hợp tại đỉnh O nhìn toàn bộ mặt cầu (α=1800) ta có góc khối lớn nhất Ω = 4π (Sr) + Tính góc khối chắn diện tích dS bé tuỳ ý từ điểm O: khi đó ta coi dS là mặt phẳng. Trên dS ta lấy điểm M là trọng tâm của dS, sau đó vẽ mặt cầu tâm O bán kính R=OM thì góc khối nhìn diện tích dS từ O dΩ = Trong đó α là góc hợp bởi vectơ pháp tuyến của mặt dS và OM, còn dS.cosα là hình chiếu của dS lên phương OM. Do dS bé tuỳ ý nên dS.cosα được xem là diện tích mà góc khối chắn mặt cầu. Trang 18
2.1.3.2 Thông lượng năng lượng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy Năng lượng điện cung cấp cho nguồn sáng không phải biến đổi hoàn toàn thành ánh sáng mà biến đổi thành nhiều dạng năng lượng khác nhau như hóa năng, bức xạ nhiệt, bức xạ điện từ. Các bức xạ ánh sáng chỉ là một phần của bức xạ điện từ do nguồn phát ra. Năng lượng bức xạ thành ánh sáng của nguồn sáng trong một giây theo mọi hướng được xác định theo các công thức: Phổ ánh sáng liên tục : với 380nm ≤ λ1, λ2 ≤ 780nm Phổ ánh sáng ban ngày (loại phổ liên tục): Phổ ánh sáng rời rạc (quang phổ vạch): Trong đó : W(λ) là phân bố phổ năng lượng của nguồn sáng (W/nm). P(λi) là mức năng lượng của tia đơn sắc thứ i phát ra từ nguồn sáng (W). λi là bước sóng của tia đơn sắc thứ i thoả mãn 380nm ≤ λi ≤ 780nm Đơn vị đo của thông lượng là (W) 2.1.4. Quang thông (F) Đại lượng thông lượng ánh sáng dùng trong kỹ thuật chiếu sáng được đo trong đơn vị lumens (lm). Một lumen của ánh sáng, không phụ thuộc vào bước sóng của nó (màu), tương ứng với độ sáng mà mắt người cảm nhận được. Trang 19
λ2 F= ∫ Fλ k λ d λ k λ1 1 1( Lm ) = (W ) 683 Trong đó: k là hệs ố qui đổi đơn vị bằng thực nghiệm. k = 683 Lm/W. 2.1.5. Cường độ sáng (I): Cường độ sáng I, đo trong đơn vị candela(cd). Đó là thông lượng của một nguồn sáng phát ra trong một đơn vị góc không gian (steradian). dF I= (Cd) dω 1Lm 1Cd = 1Sr S 4πr 2 ω = 2 = 2 = 4π (Sr) r r S là diện tích ta nhìn từ tâm 0 với góc không gian là dω, khoảng cách là r 2.1.6. Độ rọi (E): Độ rọi E (đơn vị lux) là đại lượng đặc trưng cho thông lượng ánh sáng trên một đơn vị diện tích. Một diện tích mặt cầu 1m2 có một nguồn sáng cường độ 1 candela sẽ có độ rọi là 1 lux. 1lux = 1lm/ 1m2 Trang 20