TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN *** BÁO CÁO ĐO VÀ GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG Đề tài Đo cường độ ánh sáng Giảng viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Thị Lan Hương Lớp 133278 Sinh viên thực hiện 1 Ninh La Vă[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN *** BÁO CÁO ĐO VÀ GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG Đề tài: Đo cường độ ánh sáng Giảng viên hướng dẫn: Lớp: PGS TS Nguyễn Thị Lan Hương 133278 Sinh viên thực hiện: Ninh La Văn Cảnh 20181347 Đinh Văn Hưng 20181515 Lưu Văn Hiển 20181462 Nguyễn Đăng Trường 20181802 Hà Nội, tháng 08/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN *** BÁO CÁO ĐO VÀ GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG Đề tài: Đo cường độ ánh sáng Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: PGS TS Nguyễn Thị Lan Hương Chữ ký GVHD Ninh La Văn Cảnh 20181347 Đinh Văn Hưng 20181515 Lưu Văn Hiển 20181462 Nguyễn Đăng Trường 20181802 133278 Hà Nội, tháng 08/2022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: ÁNH SÁNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Khái niệm ánh sáng 2 Các loại ánh sáng .3 Ảnh hưởng ánh sáng tới đời sống Ánh sáng đo, giám sát môi trường .7 Các phương pháp đo cường độ ánh sáng .14 CHƯƠNG II: THIẾT BỊ ĐO ÁNH SÁNG - MÁY QUANG PHỔ UV – VIS .29 Khái niệm .29 Phân loại 29 Cấu trúc máy đo .30 Nguyên lý 33 Ứng dụng 34 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Phổ điện từ Hình 2: Quang phổ tia cực tím, khả kiến vùng hồng ngoại .3 Hình 3: Ánh sáng mặt trời Hình 4: Ánh sáng mặt trăng Hình 5: Ánh sáng đèn đường .5 Hình 6: Ánh sáng sinh vật (đom đóm) Hình 7: Vai trò ánh sáng người Hình 8: Phản ứng quang học mắt viễn thị .8 Hình 9: Hình dung thuật ngữ đo xạ Hình 10: Sơ đồ minh họa steradian 10 Hình 11: Sơ đồ khu vực sáng dự kiến 11 Hình 12: Đo cường độ ánh sáng 14 Hình 13: cấu trúc photodiode 15 Hình 14: Một mạch tương đương photodiode (A) đặc tính vơn-ampe (B) 15 Hình 15: Cấu trúc diode quang PIN kết nối với chuyển đổi dòng điện sang điện áp .17 Hình 16: Cấu trúc đơn giản sáu loại photodiode 18 Hình 17: Nối photodiode chế độ quang điện với khuếch đại không đảo (A); mạch tương đương (B); đặc tính tải (C) 19 Hình 18: Sử dụng chuyển đổi dịng điện sang điện áp (A) đặc tính tần số (B) 20 Hình 19: Đáp ứng photodiode với mạch không bù 21 Hình 20: Chế độ hoạt động quang dẫn: (A) sơ đồ mạch; (B) đặc tính tải 22 Hình 21: Các dải lượng phototransistor 23 Hình 22: Một mạch tương đương Phototransistor 23 Hình 23: Hiệu máy dò phụ thuộc vào diện tích bề mặt a (A) diện tích A hệ thống lấy nét (B) .25 Hình 24: Cấu tạo quang trở (A) điện trở quang bọc nhựa có dạng hình chi (B) 26 Hình 25: Ví dụ ứng dụng quang trở: (A) công tắc đèn (B) đèn hiệu 28 Hình 26: Máy đo UV – VIS .29 Hình 27: Cấu trúc máy đo 30 Hình 28: Đèn Deuterium (left), Đèn Halogen (right) 31 Hình 29: Bộ chọn bước sóng .31 Hình 30: Hộp đựng mẫu 32 Hình 31: Đầu dò 33 Hình 32: Nguyên lý máy đo UV – VIS 34 Hình 33: Phổ hấp thụ Paracetamol 34 Hình 34: Ứng dụng phân tích định lượng 35 Hình 35: Ứng dụng phân tích định tính .36 Hình 36: Ứng dụng phát nhóm Benzene (left), Tolune (right) 36 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng phân chia xạ sóng điện từ/ ánh sáng Bảng 2: Thuật ngữ đo xạ quan trắc 12 Bảng 3: Bảng độ chiếu sáng nguồn sáng tự nhiên gần 12 Bảng 4: Bảng độ chói gần nguồn sáng khác 13 Viện Điện Đo giám sát môi trường MỞ ĐẦU Hiện nay, việc đo kiểm sốt thơng số mơi trường vấn đề thiết yếu ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống người, sinh vật công trình nhân tạo Trong thơng số mơi trường đó, ánh sáng thông số quan trọng việc phát triển sinh vật nguồn lượng tái tạo phổ biến Do đó, cơng nghệ đo kiểm sốt cường độ ánh sáng vấn đề vơ quan trọng coi vấn đề hàng đầu Được phân công Nguyễn Thị Lan Hương tìm hiểu đo cường độ ánh sáng tìm hiểu loại máy có liên quan đến thơng số ánh sáng, qua giúp cho nhóm em tiếp thu kiến thức thực tế phương pháp đo ánh sáng, yếu tố cần lưu ý ánh sáng Nhóm em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Lan Hương tận tình giảng dạy, hướng dẫn để nhóm hồn thành tập lớn này! Viện Điện Đo giám sát môi trường CHƯƠNG I: ÁNH SÁNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Khái niệm ánh sáng Ánh sáng lượng xạ phân ly thành phần tạo nên quang phổ điện từ Thuật ngữ quang phổ dùng để mô tả phần ánh sáng quang phổ điện từ bao gồm không phần quang phổ nhìn thấy (phát mắt) mà vùng quan trọng quang điện tử tia cực tím tia hồng ngoại [1] Tồn quang phổ điện từ rộng, từ sóng vơ tuyến lượng thấp với bước sóng tính mét, đến tia gamma lượng cao có bước sóng nhỏ x 1011 mét Bức xạ điện từ mô tả dao động điện trường từ trường, vận chuyển lượng Tốc độ ánh sáng (~ 300.000 km / giây qua chân khơng) Ánh sáng mơ tả dạng dịng photon, dịng lượng khơng khối lượng, dịng di chuyển với đặc tính sóng với tốc độ ánh sáng Một photon đại lượng (lượng tử) lượng nhỏ vận chuyển, việc nhận ánh sáng truyền lượng tử rời rạc nguồn gốc Lý thuyết Lượng tử Ánh sáng hiểu đơn giản việc đo cường độ ánh sáng ánh sáng nhìn thấy thường dùng để xạ điện từ mà mắt người phát Phổ điện từ phân loại theo dải bước sóng tần số cho hình Hình 1: Phổ điện từ Quan sát thấy thang đo này, quang phổ tạo thành phần hẹp tồn phổ sóng điện từ Hình hình sơ đồ mở rộng hiển thị chi tiết Viện Điện Đo giám sát mơi trường vùng tia cực tím, khả kiến (ánh sáng nhìn thấy) vùng hồng ngoại Theo quy ước, xạ quang học thường quy định theo bước sóng Bước sóng xác định từ tần số cụ thể thông qua phương trình sau: λ = c/f CT1 Trong λ bước sóng (m); f tần số (Hz); c tốc độ ánh sáng chân không (~2.99x108 ms-1) Ưu tiên đơn vị độ dài để định bước sóng cụ thể vùng hiển thị phổ nanomet (nm) Các đơn vị khác sử dụng chung đơn vị angstrom (Å) micromet micron Chuyển đỗi giữ đơn vị đơn vị chuẩn met sau: nm = 10-9 m Å = 10-10 m µm = 10-6 m Hình 2: Quang phổ tia cực tím, khả kiến vùng hồng ngoại Ánh sáng nhìn thấy không khác với phần khác quang phổ điện từ, ngoại trừ việc mắt người phát sóng khả kiến Thực tế, điều tương ứng với dải hẹp quang phổ điện từ, nằm khoảng từ 400nm ánh sáng tím đến 700nm ánh sáng đỏ Bức xạ thấp 400nm gọi Cực tím (UV) xạ dài 700nm gọi Hồng ngoại (IR), hai xạ phát mắt người [2] Các loại ánh sáng Phân chia theo nguồn phát sinh ánh sáng Dựa vào phân loại mà ánh sáng thành loại sau: Viện Điện Đo giám sát môi trường Ánh sáng tự nhiên mặt trời tạo gọi ánh nắng (hay biết đến với tên ánh sáng trắng gồm nhiều ánh sáng đơn sắc có khả biến thiên liên tục từ sắc đỏ tới sắc tím) Hình 3: Ánh sáng mặt trời Ánh sáng tự nhiên mặt trăng tạo mà mắt thường nhìn thấy ánh sáng thực tế Đây ánh sáng phát sinh mặt trời chiếu tới mặt trăng sau phản xạ tới mắt người Hình 4: Ánh sáng mặt trăng Ánh sáng nhân tạo đèn tạo thì gọi ánh sáng đèn Viện Điện Đo giám sát môi trường Hình 5: Ánh sáng đèn đường Ánh sáng loài vật phát gọi ánh sáng sinh học Hình 6: Ánh sáng sinh vật (đom đóm)