Đề tài tìm hiểu về các loại đèn chiếu sáng

LỜI NÓI ĐẦUHiện nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ rất mạnh mẽ, các bóng đènchiếu sáng ngày càng được cải tiến và có nhiều chủng loại mới với hiệu suất cao vàchất lượng ánh sá

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ rất mạnh mẽ, các bóng đènchiếu sáng ngày càng được cải tiến và có nhiều chủng loại mới với hiệu suất cao vàchất lượng ánh sáng tốt Các loại đèn chiếu sáng hiện nay càng ngày càng tạo ramôi trường tiện nghi cho người sử dụng, thỏa mản điều kiện lao động tốt nhất,đồng thời cắt giảm được chi phí và tiết kiệm được điện năng

Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu một số loại đèn chiếu sáng hiện nay chúng em

đã thực hiện đề tài “ tìm hiểu về các loại đèn chiếu sáng” trong môn kỷ năng tìmkiếm và tổng hợp tài liệu Qua bài viết này chúng ta có thể hiểu khái quoát đượclịch sử ra đời, cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng củamột số lạo đèn chiếu sáng hiện nay Do kiến thức và sự hiểu biết còn hạn chế nêntrong quá trình thực hiện đề tài không trách sự được thiếu sót Chúng em rất mongnhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn

PHẦN 1: ĐÈN SỢI ĐỐT

I. Đèn sợi đốt thường

1. Lịch sử ra đời của đèn sợi đốt

Tháng 1 năm 1879, tại phòng thi nghiệm của mình tại Menlo Park, NewJersey, Thomas Alva Edison – một trong những nhà phát minh nổi tiếng nhất củamọi thời đại đã chế tạo bóng đèn điện sợi đốt đầu tiên Đèn phát sáng khidòng điện đi qua dây tóc mỏng platin đặt trong một bóng thuỷ tinh hút chânkhông để chống ôxy hóa Lúc đó, đèn chỉ cháy trong vài giờ Chiếc đèn hiệu quảđầu tiên dùng dây tóc là sợi vải tẩm carbon Trưa ngày 21 tháng 10 năm 1879, mẫuđèn đầu tiên của Edison đã cháy trong 45 giờ Ngày hôm sau Edison bắt đầu thínghiệm mới dùng bìa các tôn tẩm carbon làm dây tóc Vào đêm giao thừa 31 tháng

12 năm 1879 Edison biểu diễn trước công chúng phát minh của ông tại công viênMenlo, New Jersey Năm 1880, ngày 17 tháng giêng, bằng phát minh số 223,898được cấp cho Edison vì bóng điện này Đó là thành quả của sự cải tiến liên tục củaEdison làm cho đến tận năm 1879

2. Cấu tạo của đèn sợi đốt

Hình 1.1: Cấu tạo của bóng đèn sợi đốt

Gồm dây tóc kim loại (vonfram) đặt trong một bóng thuỷ tinh chứa đầy khí trơ(argon) ở áp suất nhỏ gắn với 1 đuôi đèn để lắp vào lưới điện

• Sợi đốt (dây tóc) làm bằng vonfram quấn kiểu lò xo, hai đầu được nối với hai dâydẫn xuyên qua trụ thủy tinh để nối ra đuôi đèn

Hình 1.2: Dây tóc bóng đèn và bóng thủy tinh

• Đuôi đèn có hai loại: kiểu ngạnh trê và kiểu xoáy (kiểu ren)

Hình 1.3: Đui đèn

• Bóng thủy tinh có thể là loại trong suốt hoặc mờ Loại bóng đèn mờ cho ánh sángdịu và đồng đều nhưng giảm năng suất phát quang của đèn Ngoài ra bóng có thể làloại thủy tinh mầu dùng để trang trí hoặc làm đèn báo hiệu

Hình 1.4: Bóng đèn thủy tinh

Để tránh cho sợi dây tóc không bị đốt cháy do tác dụng của oxy, bóng được hútchân không và thay vào một ít chất hiếm như Argon, Krypton và Nitơ Kích cỡbóng phải đủ lớn để không bị hơi nóng của nhiệt tỏa ra làm nổ Hầu hết bóng đènđều được lắp vào trong đui đèn, dòng điện sẽ đi qua đui đèn, qua đuôi đèn kimloại, vào đến dây tóc làm nó nóng lên và đến mức phát ra ánh sáng Nguyên lý làmviệc: Khi có dòng điện qua đèn, do tác dụng nhiệt, sợi dây điện trở bị nung đỏ lên(khoảng 2.6000C) và phát ra ánh sáng Ánh sáng phát ra kèm rất nhiều nhiệt, phầnlớn là tia hồng ngoại nên gần giống với ánh sáng tự nhiên Tuy nhiên loại đèn này

có hiệu suất thấp, hệ số hiệu dụng khoảng 10-15Lumens/W, tuổi thọ của đèn thấp(khoảng 1.000 giờ), đèn dễ bị hỏng khi vận chuyển

3. Nguyên lý hoạt động

• Khi có dòng điện chạy qua bóng đèn, dây tóc khi bị nung tới nhiệt độ 2400 –

34000 K và phát ra ánh sáng Ánh sáng phát ra kèm rất nhiều nhiệt, phần lớn là tiahồng ngoại nên gần giống với ánh sáng tự nhiên Khi nhiệt độ của sợi đốt càngtăng (nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của Vonfram (3650 K) )thì phổ ánh sáng dịchchuyển từ hồng ngoại sang miền ánh sáng nhìn thấy

• Trong môi trường chân không và nhiệt độ 2400 – 2600K, cực đại toả tia nằm ở lâncận 1100 nm và hiệu quả ánh sáng kém nên ngày nay bóng đèn chân không chỉdùng cho các đèn có công suất <25W

• Với t = 2700 – 3000 K hiệu quả ánh sáng tăng một cách rõ rệt do trong miền ánhsáng nhìn thấy Nhưng bắt đầu có hiện tượng bay hơi kim loại dẫn đến dây đốt bịđứt Hiện tượng này có thể bị chậm đi một cách đáng kể khi có thêm khí trơ (nitơ,

agon, kripton), với mục đích tăng áp suất mặt ngoài của dây tóc nhưng lại có hiệntượng đối lưu trong bóng, có sự truyền nhiệt và mất mát năng lượng từ trong bóng

ra ngoài không khí xung quanh Do đó hiện nay chỉ với bóng có công suất lớn hơn60W người ta mới nạp khí nêon và argon

• Ở trạng thái đốt nóng, sợi đốt được bao bọc bởi 1 lớp khí tĩnh Tổn thất nhiệt càngnhiều nếu lớp khí tĩnh này càng dày Để giảm tổn thất này, Langmuir đã quấn sợiđốt hình xoắn rất dày sao cho lớp khí nằm trong đường kính của dây xoắn dầy hơnlớp khí của sợi đốt

Ngày nay, dây tóc được dùng là dây xoắn kép (sợi đốt xoắn kép), thêm vào khítrơ các thành phần halogen (Iốt hoặc brom) cho phép vonfram bay hơi lắng đọngtrên sợi đốt mà không ngưng đọng trên bóng đèn hiệu quả ánh sáng đạt tới 20 đến

27 lm/W và tuổi thọ trung bình 2000 giờ

Tổn thất càng giảm khi:

+ Đường kính xoắn càng lớn

+ Chiều dài càng nhỏ

+ Bề mặt tiếp xúc có hiệu quả với khí càng nhỏ

Phương pháp dùng sợi đốt xoắn kép thường dùng cho các bóng có công suất 25

÷100 W vì nếu công suất lớn sẽ làm giảm một cách rõ rệt hiệu quả ánh sáng so vớinhững dây tóc quấn xoắn đơn

4. Đặc điểm của đèn sợi đốt

Đèn sợi đốt có hiệu suất chiếu sáng thấp, các đèn sợi đốt có chỉ số thể hiện màugần bằng 100 Cho phép chiếu sáng cục bộ hoặc chiếu sáng trang trí Hiệu suất củađèn khá nhỏ, hiệu suất đèn càng cao khi công suất đèn càng lớn

• Các đèn sợi đốt có nhiệt độ thấp, thuận tiện cho việc chiếu sáng mức thấp vàtrung bình ở các khu vực dân cư như chiếu sáng cục bộ hoặc chiếu sáng trangtrí

• Ngoài ra đèn sợi đốt còn được dùng làm đèn tín hiệu (tuổi thọ sợi đốt đến8000h), các đèn phát tia hồng ngoại được sử dụng rất nhiều trong sưởi ấm, đốtnóng

• cho màu sắc trung thực

• Đèn nung sáng không phóng điện khi khởi động nên an toàn trong cháy, nổ nếumôi trường chứa các chất Gaz

• Đèn sợi đốt có quang phổ liên tục, nhưng lại yếu ở khu vực bước sóng ngắn tần

số cao, tức là khu vực ánh sáng xanh và tím Vì thế màu sắc không bị mất, chỉ bịyếu đi, do đó người ta nói ánh sáng đèn sợi đốt ấm áp hơn

• Ánh sáng của đèn sợi đốt là do kim loại bị đốt nóng phát ra bức xạ, nó giốngnhư ánh sáng mặt trời (phát bức xạ do đốt nóng) nên an toàn cho mắt

Quang thông phát xạ thường nhỏ hơn do bụi bám bên ngoài bóng đèn vì vậy cầnđịnh kỳ lau bóng đèn.

• Ngoài ra do lượng nhiệt tỏa ra khi hoạt động đèn sợi đốt còn được sử dụng đểsưởi ấm cho vật nuôi, kích thích cho hoa nở…

II. Đèn sượi đốt halogen

1. lịch sử ra đời của đèn sợi đốt halogen

Từ năm 1953-1959 , hai nhà khoa học Elmer Fridrich và Emmett Wiley đã pháttriển nguyên mẩu đầu tiên Họ sử dụng Iot trên bóng đèn hologen đầu tiên.

Năm 1955, Frederick A Mosby của General E lectric đã phát triên một bóngđèn halogen hiệu quả hơn, và thích nghi với các đèn sử dụng trong ổ cắm đènthường xuyên

Cùng năm đó, các kỹ sư hãng Philips đã thay thế Iot bằng Brom trong bóng đèn

2. Cấu tạo

Cấu tạo của đèn sợi đốt halogen tương tự như cấu tạo của đèn sợi đốt thôngthường Tuy nhiên bóng đèn được bơm đầy bằng khí halogen khác bới bonhs đènthường là chân không

Hình 2.1: Cấu tạo của đèn sợi đốt halogen

3. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý làm việc của đèn sợi đốt halogen tương tụ như nguyên lý làm việccủa sợi đốt thông thường Tuy nhiên, Các chất khí này tạo ra một quá trình hoá họckhép kín: Iode kết hợp với vonfram (hay Tungsten) bay hơi ở dạng khí thành iodurvonfram, hổn hợp khí này không bám vào vỏ thủy tinh như bóng đèn thường màthay vào đó sự chuyển động đối lưu sẽ mang hổn hợp này trở về vùng khí nhiệt độcao xung quanh tim đèn (ở nhiệt độ cao trên 1450 0C) thì nó sẽ tách thành 2 chất:vonfram bám trở lại tim đèn và các phần tử khí halogen được giải phóng trở vềdạng khí Quá trình tái tạo này không chỉ ngăn chặn sự đổi màu bóng đèn mà còngiữ cho tim đèn luôn hoạt động ở điều kiện tốt trong một thời gian dài Bóng đèn

halogen phải được chế tạo để hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 250oC Ở nhiệt độ nàykhí halogen mới bốc hơi Người ta sử dụng phần lớn thủy tinh thạch anh để làmbóng vì loại vật liệu này chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao (khoảng 5 đến 7 bar)cao hơn thủy tinh bình thường làm cho dây tóc đèn sáng hơn và tuổi thọ cao hơnbóng đèn thường Hiệu quả ánh sáng của đèn Halogen từ 20 – 27lm/W với tuổi thọtrung bình 2000 giờ Với nguyên lý tương tự như đèn sợi đốt đèn Halogen có chỉ

số thể hiện màu CRI rất tốt gần bằng 100

4. Đặc điểm của đèn sợi đốt halogen

• Hiệu suất phát quang 19 25 lm/W

• Tuổi thọ khoảng 2000 giờ

• Không có hiện tượng sợi đốt bị bay hơi làm đen bầu đền

• Giá thành cao hơn so với đèn sợi đốt thông thường

Ưu điểm hơn với đèn sợi đốt thông thường:

• Giảm sự bay hơi, do đó tuổi thọ cao hơn, hạn chế sự duy giảm quang thông

• Nhiệt độ làm việc cảu đèn cao hơn do đó làm tăng nhiệt dộ màu T =28003200K

• Chỉ số CRI=100

• Giảm kích thước, tăng hiệu suất phát quang

• Một ưu điểm nữa của đèn sợi đốt Halogen là chỉ cần một tim đèn và bóng nhỏhơn nhiều so với bóng thường Điều này cho phép đèn chỉnh tiêu điểm chính xáchơn so với bóng thường

5. Ứng dụng của đèn sợi đốt halogen

Ngoài những ứng dụng thông thường cảu đèn sợi đốt thông thường, đèn halogenkim loại còn có những ứng dụng khác như sau:

• Sử dụng làm đèn oto Tuy nhiên với sự ra đời của các loại đèn mới với hiệu suấtcao hơn thì đã dần thay thế đèn halogen

• Mang ưu điểm nỗi trội của đèn sợi đốt là cho chỉ số màu, độ trung thực cao Đènhalogen còn được sử dụng để làm đèn bàn, đèn thí nghiệm ( đèn trong các kínhhiển vi…), đèn sưởi và đèn dùng trong điện ảnh

PHẦN 2: ĐÈN PHÓNG ĐIỆN

I. Đèn huỳnh quang

1. Lịch sử ra đời của đèn huỳnh quang

Đèn huỳnh quang được trình diễn trước công chúng tại hội chợ quốc tế tại NewYork vào năm 1937 Loại đèn này được thương mại hóa khoảng năm 1938 Đènhuỳnh quang thuộc loại nguồn sáng phóng điện áp suất thấp, ánh sáng được phát rabởi bột huỳnh quang sau khi chúng được kích thích bằng các tia cực tím phát ra bởiphóng điện của hơi thủy ngân

2. Cấu tạo của đèn huỳnh quang

(1) Ống thủy tinh hình trụ(2) Bột huỳnh quang(3) Điện cực

(4) Chấn lưu(5) Tắc teHình 2.1: Cấu tạo của bóng đèn huỳnh quang

• Bóng là một ống phóng điện (ống thủy tinh mờ) bên trong chứa khí hiếm (acgon)với hai điện cực và và 1 lượng nhỏ hơi thuỷ ngân Ở thành trong của ống có phủmột chất phát sáng (huỳnh quang) Trên mặt các điện cực có bôi điôxit bari hoặcstrôni để dễ phát xạ điện tử

• Đèn huỳnh quang được nạp đầy khí argon ở áp suất (3÷4) mm Hg và một vài mgthuỷ ngân (khoảng 12mg) Việc nạp khí argon vào đèn với áp suất thích hợp làm

cho quá trình mồi phóng điện xảy ra dễ dàng hơn, bảo vệ cho các điện cực khỏi bịphá hỏng.

• Áp suất của hơi thủy ngân trong đèn phụ thuộc vào nhiệt độ của đèn, áp suất tốtnhất là 0,01 mm Hg Khi đèn làm việc thuỷ ngân lỏng biến thành khí, áp suất hơithuỷ ngân bão hoà trong đèn được giới hạn trong khoảng (0,8 ÷ 1,3) at và chỉ ở ápsuất ấy phát sáng có trị số lớn nhất

• Tắc te nhiệt: Thực chất là công tắc tự động làm việc dưới điện thế thích hợp Cấutạo tắc te bởi một lưỡng kim nhiệt được đặt trong một bóng chứa đầy néon và bìnhthường hai điện cực này hở mạch Để triệt tiêu phóng điện giữa hai điện cực tắc techấn lưu nhờ một tụ điện mắc giữa hai điện cực và cũng có tác dụng làm đèn khởiđộng nhanh

• Công suất tiêu tán thường xuyên trên tắc te khoảng 1W để tránh cho miếng lưỡngkim không bị nguội khi ngắt mạch ống Điện dung C= 5–7 nF có tác dụng làm tăngthời gian quá điện áp khi ngắt làm cho việc mồi dễ dàng, đồng thời để tiêu từtrường cuộn kháng trên chấn lưu

• Chấn lưu : Đối với loại đèn phóng điện, khi làm việc, điện trở của đèn có đặc tính

âm sẽ càng lúc càng giảm khi cường độ dòng điện qua đèn tăng và sẽ làm hỏngđèn Do vậy cần phải mắc thêm một cuộn cảm nối tiếp với đèn nhằm mục đích giữ

ổn định dòng điện qua đèn để duy trì sự phóng điện ổn định và đồng thời tạo điệnthế cao để dễ khởi động đèn lúc ban đầu Do nhiệm vụ trên lên cuộn cảm khángcòn được gọi là ballast

• Để đèn làm việc luôn luôn được tốt phải duy trì không làm thay đổi áp suất củahơi trong đèn:

+ Áp suất của hơi tăng lên (dù rất nhỏ), sẽ làm đèn khởi động khó khăn

+ Áp suất của hơi giảm đi (dù rất nhỏ), sẽ làm giảm hiệu quả phát sáng của đèn

Để duy trì sự phóng điện bóng đèn phải tương đối dài để có nhiệt độ thấp, khônglàm tăng áp suất của thủy ngân

3. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý phát sáng của bóng đèn huỳnh quang: là sự phóng điện trong chấtkhí, hơi thuỷ ngân phát ra tia tử ngoại, kích thích lớp bột huỳnh quang ở vách bêntrong ống, bức xạ thành ánh sáng nhìn thấy

• Khi chưa đóng mạch điện, hai tiếp điểm của tắc-te ở trạng thái mở

• Khi đóng mạch điện, toàn bộ điện áp đặt trên hai cực tắc-te, gây nên sự phóng điệnnháy sáng (phóng điện hồ quang giữa các tiếp điểm trong tắc te) Hồ quang đốtnóng lưỡng kim loại, làm cho nó giãn nở và cong đi, đầu các tiếp điểm được nốivới nhau làm cho mạch điện được nối liền

• Sự co dãn của lá kim loại làm cho tiếp điểm của tắc-te đóng lại, mạch điện đượcnối liền và dòng điện đi qua các cực (dây tóc) của bóng đèn Lúc này hai cực nónglên và bắn ra điện tử tự do được gia tốc bởi điện trường, i-on hoá khí argon ở haiđầu cực làm cho nhiệt độ hai đầu cực tăng lên Động năng của các điện tử tự dobiến đổi thành năng lượng kích thích các nguyên tử thủy ngân, thuỷ ngân bốc hơidẫn đến sự i-on hoá toàn bộ lượng khí có trong bóng đèn, đèn phát sáng.

• Khi đèn sáng, sự phóng điện của tắc-te ngừng lại do điện áp ở hai cực của tắc-tetụt xuống, lá kim loại kép nguội, co lại về vị trí ban đầu, tiếp điểm của tắc-te mở ra

và dòng điện rẽ nhánh qua tắc-te bị ngắt Bóng đèn đã làm việc thì tắc-te khôngcòn tác dụng, nếu rút tắc-te ra, bóng đèn vẫn làm việc bình thường

• Hộp chấn lưu được tính toán sao cho dòng đốt nóng sơ bộ các điện cực bằng(1,2÷1,8) Idm của đèn Do cuộn chấn lưu có điện cảm lớn, tại thời điểm các điệncực của tacte tách ra, trong cuộn chấn lưu xuất hiện xung điện áp lớn do dòng bịcắt đột ngột, xung điện áp này đặt lên đèn làm phát sinh sự phóng điện trong chấtkhí giữa hai đầu cực bóng đèn và mồi đèn

• Sự mồi đèn thường xảy ra sau (2÷5) lần tác động của tacte Thời gian khởi độngđèn từ 2-5 giây Khi các tia hồ quang phóng điện đập vào chất phát sáng, một phầnnăng lượng của chúng biến thành nhiệt năng, phần lớn còn lại xuất hiện dưới dạngmột phổ liên tục có bước sóng phân bố tùy thuộc bản chất của chất huỳnh quangthành ánh sáng Màu của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào lượng chất huỳnh quang

mm và cho ánh sáng gần với màu thật hơn

4. Đặc điểm của đèn huỳnh quang

 Ưu điểm

• Có hiệu suất gấp 3 đến 4 lần và có tuổi thọ gấp 10-20 lần đèn sợi đốt

Hiệu suất phát sáng cao, có thể đạt 80 lm/W

• Tuổi thọ lớn, có thể đạt 10.000 h

• Có thể tạo được nguồn sáng với những tập hợp quang phổ khác nhau

• Độ chói tương đối ít (5000 – 8000 cd/m2 ) - Quang thông của đèn ít bị phụthuộc khi điện áp lưới giảm

• Nhiệt độ bên ngoài thành ống thấp (khoảng 450 C)

 Nhược điểm