Các loại đèn chiếu sáng
Bạn còn nhớ đèn sợi đốt? Loại đèn đã bị loại bỏ phần lớn vì hiệu quả thấp khủng khiếp của nó, không quá 5%. Bóng đèn sợi đốt được phân loại theo mức sử dụng năng lượng của nó, như 60 watt hoặc 100 watt. Nhưng phần lớn năng lượng đó được chuyển thành năng lượng nhiệt chứ không phải ánh sáng. Tất nhiên, nếu bạn đang sử dụng nó để làm nóng mọi thứ, như trong lồng ấp trứng, chúng sẽ rất tuyệt.
May mắn thay có những lựa chọn thay thế. Trước khi đèn LED được phổ biến, bóng đèn huỳnh quang compact là lựa chọn chính, nhưng người dùng phàn nàn về tác dụng phụ của chúng, như bị nhấp nháy gây mỏi mắt. Ngày nay hầu hết mọi người đều sử dụng đèn LED. Chúng hiệu quả hơn nhiều so với bóng đèn truyền thống và chất lượng ánh sáng tốt hơn bóng đèn tuýp huỳnh quang hoặc compact nhưng không phải ai cũng thích loại đèn này. (Điển hình là tổng thống Trump, ông nói rằng ánh sáng đèn LED làm cho ông trông màu cam)
Cách tạo ra ánh sáng
Làm thế nào để tạo ra được ánh sáng? Đầu tiên, đèn sợi đốt là cách ánh sáng được tạo ra đơn giản nhất bạn có thể làm. Về cơ bản nó là một dây vonfram (dây tóc) trong một bóng thủy tinh chứa khí trơ hoặc được hút chân không. Khi bạn cho một dòng điện chạy qua dây tóc, nó sẽ đốt nóng dây tóc để phát ra ánh sáng. Nếu dây tóc tiếp xúc với không khí, nó sẽ bị cháy và đứt nhanh chóng, đó là lý do tại sao nó cần chứa trong 1 bóng thủy tinh bịt kín. Nhưng vấn đề là, nó tạo ra ánh sáng dựa trên nhiệt độ của dây tóc, phần lớn năng lượng sử dụng bị mất dưới dạng nhiệt tỏa ra.
Bây giờ với đèn LED, hoặc đi-ốt phát sáng. Những thứ này tạo ra ánh sáng với một vật liệu bán dẫn rắn. Nó tạo ra một khoảng trống rất nhỏ, Khi một dòng điện đi qua khe hở này, nó sẽ tạo ra một bước sóng nhất định, do đó ánh sáng được tạo ra với màu sắc tương ứng. Đó là một cách giải thích đơn giản, mình xin phép không trình bày sâu trong bài viết này.
Nhưng làm thế nào để bạn tạo ra ánh sáng mầu trắng với đèn LED? Có hai lựa chọn. Đầu tiên, bạn có thể kết hợp ba đèn LED, một màu đỏ, xanh lục và xanh lam. Kết hợp những thứ này cùng lúc và bạn sẽ có được ánh sáng trắng (ánh sáng mầu trắng là tổng hợp của tất cả các mầu sắc có thể nhìn được). Thứ hai, bạn có thể tạo ra một đèn LED cực tím với lớp phủ huỳnh quang. Ánh sáng tia cực tím kích thích các electron trong lớp phủ tạo ra nhiều màu sắc ánh sáng khác nhau. Đây là cũng là cách các đèn huỳnh quang lỗi thời hoạt động, ngoại trừ ánh sáng tia cực tím được tạo ra bởi đèn LED thay vì dây tóc kích thích.
So sánh đèn LED và đèn sợi đốt
Để thấy một đèn LED tốt hơn nhiều so với đèn sợi đốt cũ, đây là hai hình ảnh. Cái trên cùng, được chụp bằng một camera bình thường, cho thấy cường độ ánh sáng phát ra khá giống nhau ở cả 2 loại bóng đèn. Phần dưới cùng là ảnh nhiệt được chụp bằng camera hồng ngoại.
Bạn có thể thấy rằng chúng mang lại cùng một mức ánh sáng, nhưng đèn sợi đốt (ở bên trái) tạo ra nhiều nhiệt hơn. Vâng, đèn LED cũng ấm lên, trong phần mạch điều khiển điện áp. Nhưng đèn sợi đốt vẫn nóng hơn nhiều. Mình cũng kết nối các bóng đèn này với một đồng hồ đo điện: Đèn sợi đốt sử dụng 63 watt, đèn LED chỉ 6,5 watt.
Màu sắc là gì ?
Nhưng còn màu sắc thì sao? Hãy bắt đầu với một số khái niệm cơ bản. Đầu tiên, bạn nhìn thấy mọi thứ như thế nào? Thực sự, có hai cách giải thích điều này. Bạn nhìn thấy bóng đèn chính vì ánh sáng nó phát ra đập vào mắt bạn. Đối với hầu hết những vật khác, ánh sáng chiếu tới vật thể đó và một phần ánh sáng phản chiếu từ vật thể đó đi tới mắt bạn tạo nên mầu sắc của vật thể. Nếu không có nguồn sáng, không có ánh sáng phản chiếu tới mắt bạn, mọi thứ sẽ đều có màu đen. Đó là chính là bóng tối, là sự vắng mặt của ánh sáng.
Còn ánh sáng trắng, như ánh sáng từ mặt trời thì sao? Nó trông có màu trắng vì nó là hỗn hợp của nhiều màu. Bạn có thể thấy những màu sắc này trong cầu vồng. Ánh sáng mặt trời chiếu vào một giọt nước hình cầu theo các bước sóng ánh sáng khác nhau (được con người coi là màu sắc khác nhau) uốn cong theo những lượng khác nhau, được gọi là quang phổ
Khi chúng ta nói về quang phổ nhìn thấy được này, chúng ta thường nghĩ đến các màu đỏ, cam, vàng, lục, lam và tím. Thực sự, có vô số màu sắc giữa đỏ và tím. Nhưng điều tuyệt vời là, vì cách mắt chúng ta hoạt động, mọi màu sắc chúng ta nhìn thấy có thể được tạo ra chỉ bằng ánh sáng đỏ, lục và lam với tỷ lệ khác nhau. Ví dụ, kết hợp ánh sáng đỏ và xanh lam ở cường độ bằng nhau sẽ tạo ra màu đỏ tươi.
Mô phỏng cách mắt người nhận biết mầu sắc : https://phet.colorado.edu/sims/html/color-vision/latest/color-vision_en.html
Đây là một mô phỏng tuyệt vời rất thú vị để hiểu cách mắt chúng ta nhận biết các mầu sắc. Bạn có thể thay đổi cường độ của ba đèn để xem chúng tạo ra loại màu gì.
Vâng, đó có thể là một chiếc lá khổng lồ. Nhưng nó chỉ là minh họa thôi nhé. Nếu bạn chỉ chiếu ánh sáng đỏ vào chiếc lá màu xanh lá cây, sẽ không có gì được phản xạ lại. Bạn sẽ thấy chiếc lá có màu đen. Vì vậy, loại ánh sáng chiếu sáng một vật thể sẽ ảnh hưởng đến màu sắc bạn nhìn thấy nó.
Đèn LED và đèn sợi đốt ảnh hưởng đến màu sắc bạn nhìn thấy như thế nào
OK, ai đã sẵn sàng cho một số thử nghiệm? Đây là một số thử nghiệm minh họa. Mình sẽ sử dụng chiếc đĩa với nhiều màu sắc khác nhau: xanh lá cây, vàng, đỏ, đỏ sẫm, hồng, xanh dương và xanh nhạt. Đây thực sự là một phần của thí nghiệm vật lý cho thấy cách kết hợp màu sắc tạo ra màu trắng (khi nó quay tròn).
Tiếp theo mình chỉ chiếu sáng nó bằng đèn LED hoặc đèn sợi đốt và sau đó đo màu sắc nhận được. Để đo lường, mình sẽ sử dụng camera điện thoại bình thường. Máy ảnh về cơ bản chỉ ghi nhận ánh sáng từ một hình ảnh với ba cảm biến khác nhau (đỏ, xanh lục, xanh lam) và tạo ra một giá trị kỹ thuật số cho mỗi màu, và đó là màu của một pixel hình ảnh. Có nhiều cách để làm điều này, nhưng mình đã sử dụng một ứng dụng có tên ColorPicker. Bạn chỉ cần nhắm dấu thập lên trên màu bạn muốn đo (trong ví dụ bên dưới là phần màu xanh đậm) và nó cho các giá trị RGB (trong khoảng từ 0 đến 255). Đây là những gì nó đo được.
Bây giờ mình có thể so sánh các màu sắc dưới ánh sáng từ đèn LED và đèn sợi đốt. Đây là những gì mình sẽ làm. Vì có ba giá trị cho mỗi lần đo màu, mình có thể coi kết quả mỗi lần đo là một vectơ 3D (với các giá trị RGB thay vì x, y, z). Nếu mỗi kết quả đo màu được biểu diễn dưới dạng một vectơ, thì mình có thể tính độ lệch góc so với kết quả đo tiêu chuẩn (giả sử độ lệch so với ánh sáng mặt trời).
Đây là những gì mình nhận được. Một biểu đồ thể hiện độ lệch góc giữa đèn LED và đèn sợi đốt so với ánh sáng tiêu chuẩn dùng để so sánh.
Điều này nói gì với chúng ta? Không có nhiều sự khác biệt về mầu sắc giữa hai loại đèn LED và đèn sợi đốt.
Đèn LED có khả năng thay đổi ánh sáng
Ở trên là so sánh đối với ánh sáng trắng cơ bản, đèn LED có khả năng điều chỉnh mầu sắc ánh sáng phát ra (đèn sợi đốt thì không) nên nếu đó là đèn LED mầu xanh thì sao? Một mảng màu đỏ sẽ chỉ phản chiếu ánh sáng đỏ, vì vậy trong trường hợp này nó sẽ xuất hiện màu đen. Đây là bánh xe màu trông sẽ như thế nào chỉ với ánh sáng đỏ, lục hoặc lam.
Vâng, dưới ánh sáng màu xanh lá cây, các phần màu đỏ thực sự chủ yếu là màu đen. Chúng không hoàn toàn màu đen vì đó không phải là màu đỏ hoàn hảo. Đôi khi mắt của con người có thể lừa chúng ta. Khi bạn đặt thứ gì đó bên cạnh màu khác, chúng ta không phải lúc nào cũng cảm nhận được màu thực tế.
Ngoài ra ánh sáng xanh khiến não bộ cảm nhận ánh sáng xanh như ánh sáng từ bầu trời và kích thích não giảm việc sản xuất melatonin, chất dẫn truyền thần kinh điều khiển giấc ngủ, dẫn đến mất ngủ, rối loạn giấc ngủ vào ban đêm. Điều này làm cho người dùng cảm thấy không tập trung và mệt mỏi.
Nguồn: Wired.com
Xem thêm:
