5. Các bƣớc thực hiện
2.1.1.2. Một số loại bóng đèn hiện nay
a) Đèn nung sáng:
Đèn nung sáng còn gọi là đèn dây tóc, đèn sợi đốt, là loại đèn làm việc theo nguyên
lí chất rắn phát sáng ở nhiệt độ lớn hơn 500o
C.
Hiện nay, đèn nung sáng thƣờng thấy là đèn có tóc phát sáng bằng sợi TungSten hoặc Volfram là những kim loại có nhiệt độ nóng chảy rất cao đặt trong ống thủy tinh chịu nhiệt có độ chân không lớn hoặc chứa đầy khí trơ: N (nitơ), Ar (argon), cấu tạo đèn nhỏ gọn.
Bộ phận quan trọng nhất của đèn là tóc đèn, đƣợc làm bằng kim loại có nhiệt độ
nóng chảy cao, dây tóc bóng đèn biến điện năng thành nhiệt năng và bức xạ ánh sáng theo hiệu ứng Jun-lenxo: nhiệt độ của bóng đèn càng cao không những tăng lƣợng bức xạ mà còn làm thay đổi thành phần quang phổ của bức xạ khả kiến. Khi nhiệt độ tăng lên thì lƣợng bức xạ khả kiến tăng nhanh hơn bức xạ nhiệt, đồng thời màu của quang thông chuyển từ đỏ sang vàng, trắng. Khi nhiệt độ rất cao ánh sang chuyển sáng màu tím xanh.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 33 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Hình 2.2: Cấu tạo của đèn sợi đốt
Bóng thủy tinh: để bảo vệ dây tóc. Bên trong thủ tinh là chân không hoặc khí trơ,
nó có nhiệm vụ: làm giảm tốc độ bốc hơi của bóng đèn, giảm sự mất mát nhiệt năng, ngăn cản sự tạo thành hồ quang giữa hai cực. Khí trơ khi nạp vào bóng đèn phải có áp suất nhất định. Các bóng đèn có công suất nhỏ không nên nạp khí trơ vào vì nó tăng cƣờng độ dẫn điện.
Đế đèn: làm nhiệm vụ đỡ các bộ phận của đèn và dùng để lắp các đui đèn.
Đuôi đèn: dùng để mắc đèn vào mạng điện. đuôi đèn có hai điện cực để nối với
mạch điện nguồn cung cấp.
Những thông số định mức của đèn:
Điện áp định mức (V): là điện áp làm việc của đèn phát ra một lƣợng quang thông
định mức trong thời gian định mức.
Công suất đèn (W)
Công suất phát quang
Tuổi thọ của đèn
Nguyên lý làm việc
Khi bị nung nóng sợi đốt chủ yếu phát xạ trong vùng hồng ngoại, không nhìn thấy đƣợc. Dòng điện chạy qua dây tóc làm nóng nó, quá trình này làm cho điện trở của dây tóc tăng lên, nhiệt độ càng cao thì phổ ánh sáng càng chuyển về vùng ánh sáng nhìn thấy và màu sắc cũng trắng hơn. Tuy nhiên nhiệt độ càng cao sẽ làm bay hơi khí trơ nên ngƣời ta thƣờng bơm khí trơ vào.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 34 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Hình 2.4: Đèn huỳnh quang
Hình 2.3: Một số đèn nung sáng
b) Đèn huỳnh quang:
Đèn huỳnh quang cũng là một loại bóng đèn điện, tuy nhiên về bản chất và nguyên lí hoàn toàn khác với các loại đèn khác, nên nó đƣợc xem nhƣ là một chủng loại đèn riêng.
Đèn huỳnh quang có hiệu suất lớn hơn đèn sợi đốt 3-5 lần, tuổi thọ lớn hơn 10-20 lần. Đèn huỳnh quang xuất hiện, đánh dấu bƣớc tiến nhảy vọt trong lịch sử phát triển nguồn sáng nhân tạo.
Nguyên lý phát sáng: dùng điện năng kích thích những phản ứng phát sáng của một số hóa chất có tiềm năng phát quang (hiện tƣợng huỳnh quang). Hiện nay đèn huỳnh quang thƣờng sử dụng phản ứng quang điện, phản ứng phát sáng của bột tinh thể do sự kích thích của bức xạ tử ngoại. Bột tinh thể đƣợc tráng thành một lớp mỏng ở mặt trong của bóng đèn, rút hết không khí trong bóng đèn đến áp suất 0,01 mmHg, sau đó bơm thủy ngân với áp suất vài chục mmHg và khí trơ vào để tăng tính dẫn điện cho bóng đèn.
Khi bật đèn, thủy ngân hóa hơi trƣớc do điện áp ở hai cực tiếp sau đó là sự ion hóa 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 nên nếu để lọt ra ngoài sẽ rất nguy hiểm, vì vậy vỏ bóng đèn thƣờng đƣợc làm bằng natri cacbonat có tác dụng ngăn cản tia tử ngoại không cho nó phát xạ ra ngoài.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 35 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Khi nạp điện vào hai cực đèn sẽ xuất hiện một điện trƣờng giữa hai cực, điện trƣờng này tác động lên những điện tử và ion tự do trong hơi thủy ngân, kết quả là điện tử di chuyển về phía anot, còn ion đi về phía catot, hình thành dòng điện. Các điện tử di chuyển với động năng đầy đủ sẽ ion hóa các nguyên tử của khí mà nó gặp trên đƣờng đi, làm xuất hiện các điện tử và ion mới. Dƣới tác dụng của điện áp cao, làm nảy sinh ở gần catot những ion có gia tốc lớn đập vào catot, giải phóng những điện tử mới trên bề mặt catot, những điện tử mới này trở thành nguồn ion hóa. Kèm theo quá trình ion hóa là sự phát sáng không gây ra nhiệt – sự phóng điện lạnh.
Trị số điện áp làm xuất hiện sự phát sáng đầu tiên do phóng điện lạnh gọi là điện áp mồi. Điện áp mồi xác định giới hạn dƣới của điện áp cần thiết phải cấp cho đèn để tạo nên hiện tƣợng tự phóng điện.
Trị số điện áp mồi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là chủng loại và áp suất của khí chứa trong đèn, khoảng cách giữa hai điện cực, chất liệu của catot. Có thể giảm trị số của điện áp bằng cách tạo trƣớc một lƣợng ion hóa trong chất khí hoặc phủ lên catot một lớp kim loại kiềm hoặc kiềm thổ để giảm công giải phóng điện từ.
Bóng đèn huỳnh quang khi nối với nguồn điện thì nó không tự phát sáng đƣợc mà phải thông qua hai bộ phận khởi động là chấn lƣu (tăng phô) và con chuột khởi động (Staxte) giúp cho đèn khởi động nhanh và ổn định. Dựa vào cách khởi động mà ta chia đèn huỳnh quang thành hai loại: đèn huỳnh quang catot nóng và đèn huỳnh quang catot nguội. Loại catot nóng thì trƣớc khi phát xạ electron nó phải đƣợc nung nóng, còn loại catot nguội thì không nhƣng điện áp đặt vào phải đủ lớn.
Chấn lƣu: là cuộn dây điện cảm bằng sắt từ, khi đèn khởi động nó làm nhiệm vụ
cung cấp năng lƣợng và tạo ra điện áp mồi. Nhƣng khi làm việc ổn định nó có vai trò xác định lập làm việc của đèn. Tuy nhiên, chấn lƣu sắt từ cũng có tiêu hao năng lƣợng làm hiệu suất của cả hệ thống giảm xuống, nó còn gây ra tiếng ồn nên không dùng đƣợc trong môi trƣờng văn phòng.
Staxte: là một công tắc kiểu role nhiệt, khi khởi động nó đóng mạch để dòng điện
đi qua đốt nóng catot và tích lũy năng lƣợng từ trƣờng cho chất lƣu. Khi mồi đèn nó mở ra để dòng điện bị gián đoạn làm năng lƣợng trong chấn lƣu giải phóng ra khá lớn làm phát xạ electron. Tốc độ mở của staxte càng bé, đèn dễ khởi động. Tuy nhiên staxte kiểu role nhiệt do đặc tính quán tính nhiệt nên chất lƣợng đèn cũng giảm và nếu điện áp thấp có thể không mồi đƣợc đèn.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 36 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Hình 2.5: Staxte
Hình 2.6: Cấu tạo đèn hơi natri áp suất cao
Hiện nay, ngƣời ta chế tạo ra bộ phận khởi động bằng điện tử (chấn lƣu điện tử) nguyên lý của nó là tạo ra xung điện áp có tần số cao nhờ đó mà điện áp mồi đƣợc tạo ra rất lớn, thời gian ngắt mạch rất bé nên có thể khởi động ngay khi điện áp lƣới điện thấp.
c) Đèn hơi natri áp suất thấp:
Đèn có hình ống hoặc dạng chữ U, chứa natri trong khí neon cho phép mồi. Sau vài phút phát sáng đèn có màu da cam gần với cự nhạy của mắt
Đặc điểm của đèn:
- Hiệu quả ánh sáng có thể đạt tới 190 lm/w.
- Chỉ số màu bằng 0.
- Tuổi thọ khoảng 8000 giờ.
- Thƣờng dùng chiếu sáng xa lộ, đô thị.
d) Đèn hơi natri áp suất cao:
Đèn có kích thƣớc nhỏ để duy trì nhiệt độ và áp suất. Đƣợc làm bằng thủy tinh Alumin, thạch anh bị ăn mòn bởi Na. Đèn đƣợc đặt trong một bóng hình quả trứng hay hình ống có đuôi xoáy.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 37 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Đặc điểm của đèn:
- Hiệu quả ánh sáng có thể đạt tới 120lm/w.
- Có nhiệt độ thấp nên dễ chịu ở mức độ rọi thấp.
- Tuổi thọ đạt tới 10000 giờ và có màu trắng ấm.
- Dùng để chiếu sáng đƣờng phố, bến đỗ xe.
- Chỉ số màu thấp (Ra 20) tuy nhiên có loại Ra > 80.
e) Đèn halogen kim loại
Là đèn gồm hỗn hợp thủy ngân và halogen kim loại ở áp suất cao. Đặc điểm của đèn:
- Hiệu quả ánh sáng có thể đạt tới 95 lm/w.
- Nhiệt độ màu có 4000-6000 K, màu rất trắng.
- Chỉ số màu 60-90.
- Tuổi thọ trung bình là 4000 giờ.
- Đèn dùng để chiếu sáng diện tích lớn nhƣ sân vận động, quảng trƣờng vì có
chỉ số màu cao nên có thể truyền hình tivi màu.
Nhƣợc điểm của đèn là giảm nhiệt độ màu sau thời gian sử dụng 500-1000 giờ, giá thành cao.
f) Đèn phóng điện Xenon
Đây là loại đèn phóng điện cao áp nhƣng bên trong nạp khí xenon tinh khiết. Khi phóng điện, các nguyên tử khí xenon bị kích thích lên mức năng lƣợng cao hơn, sau đó trở về trạng thái ban đầu sẽ nhả ra photon.
Đèn xenon cho ánh sáng trắng xanh gần giống ban ngày nên rất tốt. Tuy nhiên giá thành rất đắt không thể dùng vào chiếu sáng công cộng mà chỉ dùng cho xe hơi cao cấp. Giá thành đắt là do công nghệ tinh chế chất xenon tinh khiết rất đắt vì nếu xenon không tinh khiết thì khi xảy ra phóng điện sẽ phát nổ.
Ƣu điểm: tuổi thọ cao, cƣờng độ sáng cao hơn, tiết kiệm năng lƣợng do không phải đốt nóng dây tóc.