TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI ĐÈN ĐƯỜNG ĐÈN SỢI ĐỐT VÀ ĐÈN THỦY NGÂN CAO ÁP pptx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI ĐÈN ĐƯỜNG ĐÈN SỢI ĐỐT VÀ ĐÈN THỦY NGÂN CAO ÁP GVHD: NGUYỄN THANH TÚ Sinh viên thực hiện: TPHCM, ngày 14 tháng 3 năm 2012 Khoa: Vật lý Lớp: SP Lý 2A NHÓM 2 Nguyễn Lê Anh Nguyễn Tố Ái Nguyễn Ngọc Phương Dung Trần Hữu Cầu Trịnh Ngọc Diểm Nguyễn Quốc Khánh TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI ĐÈN ĐƯỜNG ĐÈN SỢI ĐỐT VÀ ĐÈN THỦY NGÂN CAO ÁP GVHD: NGUYỄN THANH TÚ Sinh viên thực hiện: TPHCM, ngày 14 tháng 3 năm 2012 Khoa: Vật lý Lớp: SP Lý 2A NHÓM 2 Nguyễn Lê Anh Nguyễn Tố Ái Nguyễn Ngọc Phương Dung Trần Hữu Cầu Trịnh Ngọc Diểm Nguyễn Quốc Khánh Nhóm 2 Trang 1 LỜI MỞ ĐẦU Từ xưa đến nay, đèn điện là vật dụng không thể thiếu được trong cuộc sống chúng ta. Thử nghĩ nếu loài người chúng ta không phát minh ra đèn điện thì cuộc sống của chúng ta sẽ đi đến đâu? Phát minh ấn tượng này ra đời trong một phòng thí nghiệm nhỏ của Thomas Edison nằm trên một con phố ở New Jersey - Mỹ vào năm 1879. Có thể nói, đèn điện là một trong những phát minh quan trọng và ấn tượng nhất đối với cả nhân loại. Chính phát minh này của Edison đã mang lại ánh sáng và sự văn minh cho cả thế giới loài người, đồng thời đã khai sinh cho ngành công nghiệp điện của thế giới. Sau hơn một thế kỷ sử dụng đèn điện do Edison phát minh ra, vì lý do tiết kiệm năng lượng người ta mới dần chuyển sang dùng bóng đèn huỳnh quang. Song, không ai có thể phủ nhận: bóng đèn điện là một trong những phát minh tuyệt vời nhất trong lịch sử nhân loại. Để các bạn có thể hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn điện, nhóm 2 lớp SP Lý 2A trường Đại học sư phạm TP.HCM sẽ trình bày một cách khái quát về các loại đèn đường và nổi bật nhất là “đèn sợi đốt” và “đèn cao áp thủy ngân” dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thanh Tú. Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy! Trong quá trình thực hiện đề tài này, có gì sai sót kính mong độc giả đóng góp ý kiến để nhóm được hoàn thiện hơn! Xin chân thành cảm ơn! Nhóm 2 A. ĐÈN SỢI ĐỐT I. Lịch sử hình thành Trái với điều mọi người vẫn nghĩ, Edison không phát minh ra bóng đèn điện. Nhiều thiết kế đã được phát triển bởi các nhà phát minh từ trước đó gồm cả bằng sáng chế mà ông mua lại từ Henry Woodward và Mathew Evans, Moses G. Farmer, Joseph Swan, James Bowman Lindsay, William Sawyer, Humphry Davy, và Heinrich Göbel. Năm 1878, Edison xin cấp phép cho thuật ngữ sợi dây tóc cho yếu tố dây phát sáng mang dòng điện, mặc dù nhà phát minh người Anh Joseph Swan đã sử dụng thuật ngữ đó từ trước. Tháng 3 năm 1878 là đầu thời kỳ Edison bắt tay vào việc nghiên cứu đèn điện. Vào thời bấy giờ người ta chỉ biết tới nguyên tắc của đèn hồ quang là loại đèn được phát minh vào khoảng năm 1809. Khi đốt đèn hồ quang, người ta phải luôn luôn thay thỏi than, ngoài ra đèn còn phát ra tiếng cháy sè sè và cho một sức nóng quá cao, kèm theo một mùi khó chịu, không thích hợp với việc sử dụng trong nhà. Vào năm 1831, Michael Faraday tìm ra nguyên tắc của máy Magneto là bộ máy sinh ra các tia lửa đốt loại khí bên trong động cơ dầu lửa. Tới năm 1860, một loại đèn điện sơ sài ra đời tuy chưa thực dụng nhưng đã khiến cho người ta nghĩ tới khả năng của điện lực trong việc làm phát sáng. Thomas Edison cũng cho rằng điện lực có thể cung cấp một thứ ánh sáng dịu hơn, rẻ tiền hơn và an toàn hơn ánh sáng của đèn hồ quang của William Wallace. Edison đã tìm đọc tất cả các sách báo liên quan tới điện học. Ông muốn thấu triệt sâu rộng lý thuyết về điện lực để có thể mang kiến thức của mình vào các áp dụng thực tế. Ngày nay trong số 2500 cuốn sổ tay 300 trang được Viện Edison cất giữ, người ta còn thấy hơn 200 cuốn ghi chép về điện học. Chính những điều ghi chép này đã là căn bản của các khám phá vĩ đại của thiên tài Edison trong phạm vi Khoa Học và Kỹ Thuật. Thời bấy giờ, báo chí nói nhiều đến công cuộc nghiên cứu của Edison về đèn điện làm cho các công ty đèn thắp bằng khí đốt lo ngại trong khi đó Edison khuyên các hội viên của Công Ty Đèn Điện Edison (the Edison Electric Light Co.) bỏ thêm 50,000 Dollar để ông theo đuổi công trình nghiên cứu. Hồi đó trong phòng thí nghiệm tại Menlo Park có vào khoảng 50 người làm việc không ngừng. Bình điện, dụng cụ, hóa chất và máy móc chất cao trong các phòng nghiên cứu. Đồng thời với việc nghiên cứu đèn điện, Edison còn phải cải tiến rất nhiều máy móc khác cũng như tìm ra các kỹ thuật cần thiết vì vào thời bấy giờ, kỹ nghệ điện lực còn trong giai đoạn phôi thai. Cũng nhờ nghiên cứu đèn điện, Edison đã sáng chế ra cầu chì, cái ngắt điện, đynamô, các lối mắc dây. . . Căn cứ từ đèn hồ quang của Wallace, Edison thấy rằng có thể có ánh sáng từ một vật cháy sáng bằng cách đốt nóng. Edison đã dùng nhiều vòng dây kim loại rất mảnh rồi cho dòng điện có cường độ lớn đi qua để những vòng dây đó nóng đỏ lên, nhưng chỉ sau chốc lát, các vòng đó đều cháy thành than. Vào tháng 4 năm 1879, Edison nẩy ra một sáng kiến. Ông tự hỏi cái gì sẽ xảy ra nếu sợi dây kim loại được đặt trong một bóng thủy tinh không chứa không khí? Edison liền cho gọi Ludwig Boehm, một người thợ thổi thủy tinh tại Philadelphia tới Menlo Park và phụ trách việc thổi bóng đèn. Việc rút không khí trong bóng đèn cũng đòi hỏi một máy bơm mạnh mà vào thời đó chỉ có tại trường đại học Princeton. Cuối cùng Edison cũng mang được chiếc máy bơm đó về Menlo Park. Edison thử cho một sợi kim loại rất mảnh vào trong bóng thủy tinh rồi rút không khí ra hết, khi nối dòng điện, ông có được thứ ánh sáng trắng hơn, thời gian cháy cũng lâu hơn nhưng chưa đủ. Ngày 12/ 04/1879, để bảo vệ phát minh của mình, Edison xin bằng sáng chế về bóng đèn cháy trong chân không mặc dù ông biết rằng loại đèn này chưa hoàn hảo vì ông chưa tìm ra được một thứ gì dùng làm tóc trong bóng đèn. Edison đã dùng sợi Platine nhưng thứ này quá đắt tiền lại làm tốn nhiều điện lực hơn là cho ánh sáng hữu ích. Edison đã thử với nhiều thứ kim loại hiếm, chẳng hạn như Rhodium, Ruthenium, Titane, Zirconium và Baryum nhưng tất cả những chất đó chưa cho kết quả khả quan. Vào 3 giờ sáng ngày Chủ Nhật, 19/ 10/ 1879, trong khi Edison và Batchelor, người cộng sự, đang cặm cụi thí nghiệm thì nhà phát minh chợt nghĩ tại sao không dùng một sợi than rất mảnh. Edison nghĩ ngay tới thứ thường dùng nhất trong nhà là sợi chỉ may. Ông liền bảo Batchelor đốt cháy sợi chỉ để lấy các sợi than rồi cho vào bóng đèn. Khi nối dòng điện, đèn cháy sáng, phát ra một thứ ánh sáng không đổi và chói chan. Edison và các cộng sự viên thở ra nhẹ nhõm. Nhưng mọi người đều không rõ đèn cháy sáng như vậy được bao lâu? 2 giờ trôi qua, rồi 3, 4. . . rồi 12 giờ. . . đèn vẫn sáng. Edison đành nhờ các cộng sự viên thay thế để đi ngủ. Chiếc đèn điện đầu tiên của Thomas Edison đã cháy liền trong hơn 40 giờ đồng hồ khiến cho mọi người hân hoan, tin tưởng vào kết quả. Lúc đó, Edison mới tăng điện thế lên khiến cho sợi dây cháy sáng gấp bội rồi đứt hẳn. Rất hãnh diện về phát minh của mình, Edison viết thư mời viên chủ nhiệm tờ báo New York Herald gửi đặc phái viên tới Menlo Park. Ký giả Marshall Fox đã tới phòng thí nghiệm của Edison và cùng nhà phát minh làm việc trong hai tuần lễ. Sáng Chủ Nhật 21/12/1879, tờ báo Herald tường thuật về sự phát minh ra chiếc đèn điện nhưng bài tường trình này đã làm đại chúng nghi ngờ và có người còn cho rằng một thứ ánh sáng như vậy trái với định luật thiên nhiên. Có nhà báo lại khôi hài câu chuyện và bảo đèn điện của Edison đã được ông dùng bóng bay thả lên trời thành những ngôi sao lấp lánh ban chiều . Edison rất buồn cười về những lời phủ nhận sự thật. Ông quyết định trình bày trước đại chúng chiếc đèn điện để phá tan mọi mối hoài nghi. Ông cho treo hàng trăm bóng đèn điện quanh phòng thí nghiệm, quanh nhà ở và dọc theo các con đường tại Menlo Park. Ngày 31/12/1879, một chuyến xe lửa đặc biệt đã xuôi ngược New York - Menlo Park, mang theo hơn 3000 người hiếu kỳ gồm cả các nhà khoa học, các giáo sư, các nhân viên chính quyền cũng như các nhà kinh tài tới quan sát tận mắt chiếc đèn điện. Đêm hôm đó cả vùng Menlo Park tràn ngập trong ánh sáng chan hòa của một thứ đèn mới. Chính Thomas Alva Edison đã phát minh ra bóng đèn sợi đốt. II. Cấu tạo Đèn sợi đốt chịu nhiệt độ cao, đặt trong bóng thủy tinh trong suốt (hoặc mờ) và được nối điện ra ngoài qua đuôi đèn. Sợi đốt là dây kim loại, thường là vonfram (W), được giữ bởi các móc bằng molipđen cắm sâu vào phần đĩa thuỷ tinh của giá đỡ tóc. Hai đầu dây tóc được nối với hai điện cực (Cu hay Ni), hai đầu điện cực được gắn chặt ở phần dưới của giá đỡ tóc, phần nằm trong giá đỡ tóc làm bằng hợp kim có cùng hệ số giãn nở với hệ số giãn nở của thuỷ tinh. Thực hiện tiếp xúc với cực đế bên ngoài bằng cách hàn đồng hay thiếc. Vonfram có nhiệt độ nóng chảy cao 3650K, được sử dụng làm sợi đốt đã hơn 80 năm qua. Vonfram là vật liệu lý tưởng , chịu được nhiệt độ cao, độ bền cơ cao, độ bền điện tốt, khả năng phát xạ tốt. Người ta rút không khí trong bóng, tạo thành chân không để dây tóc đèn khỏi bị oxy hóa nhanh ở nhiệt độ cao. Song sợi đốt vonfram nằm trong môi trường chân không ở nhiệt độ 2400 – 2600K, hiệu suất phát quang thấp ( thường thấy ở đèn công suất nhỏ P £ 25W). Để tăng hiệu suất phát quang, người ta phải tăng nhiệt độ sợi đốt, song ở nhiệt độ tăng cao, sự bốc hơi của kim loại tăng, làm cho sợi đốt đễ bị đứt. để giảm hiện tượng bay hơi của kim loại, người ta cho khí trơ (trước đây là nitơ rồi đến argon và bây giờ là krypton) cho vào bóng đèn. Tuy nhiên, khi có khí trơ trong bóng đèn, tổn thất dẫn nhiệt tăng lên, công suất đèn tăng lên và hiệu suất phát quang giảm. Ngày nay người ta thường sử dụng công nghệ làm sợi đốt xoắn kép hoặc xoắn ba, giảm bớt tổn thất nhiệt và hiệu suất phát quang của đèn tăng lên đáng kể, từ 10 đến 20 lm/W và tuổi thọ khoảng 1000 giờ. Từ những năm 60 ngoài khí trơ, người ta còn cho thêm halogen (iốt, brom,…) cho phép đạt nhiệt độ trên 3100K, hiệu suất phát quang đạt tới 20 đến 27 lm/W, tuổi thọ khoảng 2000 giờ. Loại đèn này gọi là halogen sợi đốt. Bóng đèn sợi đốt thông dụng có công suất từ 15 đến 300W làm bằng thủy tinh pha chì. Để giảm độ chói, đèn sợi đốt công suất nhỏ, bên trong được làm mờ bằng lớp bột mịn. Lớp này hấp thụ ánh sáng ít ( từ 1% đến 4% ) cho phép cải thiện nhiệt độ màu của nguồn, tùy theo khả năng lọc màu của lớp này. Trong các đền có lớp phản chiếu, người ta tráng một lớp bạc hoặc nhôm, cho phép định hướng chùm tia sáng. Đối với đèn halogen, bóng làm bằng thạch anh hoặc bóng hai vỏ, dùng trong đèn pha cho xe ôtô, đèn chiều phim, đèn trong các công trình văn hóa thể thao. Theo dạng bóng, có rất nhiều kiểu, dưới đây đưa ra một số kiểu thường gặp. Đuôi đèn dùng để mắc đèn vào mạng điện, có 2 kiểu : đuôi xoáy và đuôi ngạnh. 1. Sợi đốt 2. Bóng thủy tinh 3. Đuôi đèn Đuôi xoáy Đuôi ngạnh Đuôi ngạnh ít gặp, thường dùng cho công suất dưới 150W. Đuôi xoáy dùng phổ biến cho mọi công suất. Khi lắp đèn đuôi đèn được lắp vào đui đèn, nối với nguồn điện. III. Nguyên tắc hoạt động Khi có dòng điện chạy qua đèn, do tác dụng nhiệt, sợi dây điện trở (dây tóc) bị nung nóng đến nhiệt độ nóng sáng (khoảng 2600 0 C). Như vậy, đèn dây tóc làm việc dựa trên nguyên lí phát quang của một số vật liệu dẫn điện khi có dòng điện chạy qua. IV. Đặc tính Ưu điểm cơ bản của đèn sợi đốt là phát sáng liên tục, chỉ số thế hiện màu tốt, cho phép chiếu sáng chất lượng cao. Ngoài ra đèn sợi đốt còn có các ưu điểm sau: Mắc trực tiếp vào lưới điện, kích thước nhỏ, dễ bố trí, lắp đặt và dễ sử dụng. - Bật sáng tức thời. - Giá thành thấp. - Có màu ấm. Nhược điểm chủ yếu của đèn sợi đốt là hiệu suất phát quang thấp, gây phát nóng. Sử dụng đèn sợi đốt để chiếu sáng không tiết kiệm điện năng, vì thế chỉ thích hợp với chiếu sáng trong nhà với mức chiếu sáng thấp như phòng ngủ, đèn bàn học tập, phòng tắm, quán cà phê… Các đặc tính của đèn phụ thuộc rất nhiều vào điện áp, vì rằng khi điện áp đặt vào đèn thay đổi, dẫn đến dòng điện thay đổi, kéo theo sự phát nóng, quang thông 1 và tuổi thọ của đèn thay đổi. 1 là đại lượng trắc quang cho biết công suất bức xạ của chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn phát sáng điểm. Đơn vị của quang thông trong các hệ đơn vị SI, CGS là lumen, kí hiệu lm [...]... sáng Đèn thủy ngân cao áp có ánh sáng trắng trước đây được sử dụng nhiều trong chiếu sáng công cộng, ngoài trời và trong công nghiệp, nhưng do hiệu suất phát quang thấp hơn đèn natri cao áp, nên ngày nay đèn natri cao áp đã thay thế dần C MỘT SỐ LOẠI ĐÈN ĐƯỜNG KHÁC I Đèn Natri thấp áp Cấu tạo của đèn natri thấp áp là một ống ( đôi khi có hình chữ U ) chứa natri ( khi nguội có dạng hạt ) với áp suất... của đèn ở điện áp định mức Uđ , khi cho đèn làm việc với điện áp U, các là quang thông, dòng điện, công suất điện tiêu thụ và giá trị Φ, I, P, D của đèn sẽ là: Φ = Φđ I= P= đ đ D = Dđ đ đ đ đ , , , , % giá trị định mức 140 120 100 80 60 0 70 80 90 100 110 120 Quan hệ Φ, I, P, D theo điện áp đ Bảng đặc tính công suất và quang thông của đèn sợi đốt tiêu chuẩn và đèn sợi đốt halogen loại Uđm = 220V Đèn sợi. .. sử dụng rộng rãi của đèn hơi thủy ngân cho chiếu sáng chung II Cấu tạo Cấu tạo của đèn thủy ngân cao áp gồm bóng thủy tinh ngoài và ống phóng điện Sự phóng điện trong ống thạch anh có hơi thủy ngân ở áp suất cao từ 1 đến 10 at tạo ra ánh sáng trắng Ngoài ra mặt trong của bóng thủy ngân ngoài có phủ một lớp bột lưu huỳnh quang, để các bức xạ tử ngoại biến thành bức xạ ánh sáng Đèn được chứa thêm hơi... Khi đèn được mồi sau vài phút, natri bốc hơi phát ra ánh sáng màu da cam Các đặc tính của đèn: - Hiệu suất phát quang cao đạt đến 190 lm/W đứng hàng đầu các loại nguồn sáng điện - Chỉ số thể hiện màu xấu - Tuổi thọ khoảng 8000giờ Ánh sáng màu vàng da cam nên được dùng nhiều ở các nước xứ lạnh, nhiều sương mù để chiếu sáng đường phố và xa lộ II Đèn Natri cao áp Cấu tạo của đèn natri cao áp gồm bóng thủy. .. ngaòi và ống phóng điện phía trong là bóng thủy tinh alumin, hình ôvan, kích thước tương đối nhỏ Áp suất hơi Na trong ống phóng điện cao khoảng 250mmHg Đèn natri cao áp có đuôi xoáy Ở nhiệt độ cao khoảng 10000C và áp suất cao, đèn natri cao áp phát ra ánh sáng màu trắng ấm Các đặc tính của đèn: - Hiệu suất phát quang đạt tới 120 lm/W - Chỉ số thể hiện màu thấp - Tuổi thọ khoảng 1000 giờ Đèn natri áp. .. Trong năm 1860, John Thomas Way sử dụng đèn hồ quang hoạt động trong một hỗn hợp của không khí và hơi thủy ngân ở áp suất khí quyển cho chiếu sáng Các nhà vật lý Đức Arons Leo (1860-1919) đã nghiên cứu thải thủy ngân vào năm 1892 và đã phát triển một bóng đèn dựa trên thủy ngân hồ quang Theo Encyclopædia Britannica , đèn hơi thủy ngân đầu tiên được phát minh vào năm 1901 bởi kỹ sư người Mỹ Peter Cooper... suất cao được sử dụng chủ yếu trong chiếu sáng ngoài trời, cho các khu vực công cộng, đường phố, bãi đỗ xe, công trình văn hóa thể thao… III Đèn halogen kim loại Đây là đèn phóng điện cao áp trong hơi thủy ngân và halogen (iođua natri, iođua tali) Các đặc tính của đèn: - Ánh sáng màu rất trắng giống ánh sáng ban ngày - Hiệu suất phát quang đạt tới 95 lm/W - Tuổi thọ khoảng 4000giờ Đèn halogen kim loại. .. thành bức xạ ánh sáng Đèn được chứa thêm hơi Neon (bên cạnh hơi thủy ngân) vì rằng khi nguội lạnh, áp suất hơi bão hòa sẽ không thỏa mãn để tạo nên châm mồi phóng điện Lượng hơi thủy ngân đưa vào trong đèn được tính toán sao cho ở nhiệt độ làm việc bình thường của đèn thì tất cả thủy ngân phải được bốc hơi và dưới dạng hơi thủy ngân Ở loại này, khi sự thay đổi nhiệt độ bên ngoài không lớn quá hay khi... cũng có thể làm hỏng đèn Hiệu quả ánh sáng của đèn từ 30 – 40 lm/W Độ chói của ống phóng của đèn từ 200 – 600 sb Bức xạ của một số đèn có hơi thủy ngân với áp suất cao bao gồm các thành phần của vùng vàng, xanh là cây, xanh da trời và tím của phổ Ánh sáng của nó khác với ánh sáng ban ngày vì không có bức xạ đỏ Vì vậy chúng có thể được dùng trong chiếu sáng các xưởng và chiếu sáng đường giao thông mà... 1 A ĐÈN SỢI ĐỐT 2 I Lịch sử hình thành 2 II Cấu tạo 5 III Nguyên tắc hoạt động 8 IV Đặc tính 8 B ĐÈN THỦY NGÂN CAO ÁP 10 I Lịch sử hình thành 10 II Cấu tạo 11 III Nguyên tắc hoạt động 12 IV Đặc tính 12 C MỘT SỐ LOẠI ĐÈN ĐƯỜNG KHÁC 13 I Đèn Natri thấp áp 13 II Đèn Natri . THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI ĐÈN ĐƯỜNG ĐÈN SỢI ĐỐT VÀ ĐÈN THỦY NGÂN CAO ÁP GVHD: NGUYỄN THANH TÚ Sinh viên thực. THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI ĐÈN ĐƯỜNG ĐÈN SỢI ĐỐT VÀ ĐÈN THỦY NGÂN CAO ÁP GVHD: NGUYỄN THANH TÚ Sinh viên thực