Hành trình của Ánh sáng và Chiếu sáng

Thuở ban đầu chỉ có bóng tối và giá lạnh. Không có mặt trời, ánh sáng, không có đất, không có chiếu sáng mà chỉ có khoảng không trống rỗng. Theo giả thuyết tinh vân học được nhà triết học người Đức Immanuel Kant đưa ra lần đầu tiên vào năm 1755, khoảng 4.5 tỷ năm về trước, một xoáy tinh vân, - một đám khổng lồ của khí và bụi được hình thành. Cuối cùng đám bụi khí đó co lại và cuộn thành một khối nóng chảy tròn trịa và trở thành mặt trời của chúng ta. Lúc đầu mặt trời là khối nóng chảy sáng rực rỡ. Áp suất trong lõi của khối ngày càng tăng nên nhiệt độ tăng đến hàng triệu độ – và các ngôi sao được sinh ra. Do quá trình nhiệt hạch, mặt trời bắt đầu chiếu sáng.

Từ xa xưa, người tiền sử sử dụng những ngọn đèn thô sơ để chiếu sáng hang động của mình. Những đèn đó làm từ những vật liệu sẵn có như đá, vỏ cây, sừng thú vật chứa mỡ và ngọn bấc. Thông thường sử dụng mỡ động và thực vật.

Trong nền văn minh cổ đại của Babylon và Ai cập ánh sáng là xa xỉ. Những đêm Ả rập khác xa với những đêm rực rỡ hôm nay. Cung điện của những kẻ giầu có chỉ được chiếu sáng bằng những ngọn đèn dầu bập bùng. Chúng thường có dạng giống cái bát có miệng hoặc vòi chứa bấc đèn. Mỡ động vật, dầu cá hoặc dầu thực vật (cây cọ hoặc ôiu) chính là nhiên liệu.

Năm 1809, Humphrey Davy lần đầu tiên biểu diễn đèn hồ quang carbon tại Viện Hoàng Gia ở London. Năm 1877, những ngọn đèn hồ quang được treo bên ngoài Nhà hát kịch Balê Pari. Chúng giống như những ngọn nến, bên trong có hai thanh carbon đồng trục phát sáng khi được tách nhau. Đèn hồ quang xuất hiện đúng vào thời điểm lịch sử khi mà điện đã rời bỏ phòng thí nghiệm đi vào cuộc sống thường ngày. Đó là thời gian của các xe ngựa treo đèn hơi đốt, khi mà nội chiến ở Mỹ vừa qua đi được hơn mười năm. Đối với nhiều người, đèn hồ quang là một thiết bị điện đầu tiên mà họ nhìn thấy.

Tháng 1 năm 1879, tại phòng thi nghiệm của mình tại Menlo Park, New Jersey, Thomas Alva Edison – một trong những nhà phát minh nổi tiếng nhất của mọi thời đại đã chế tạo bóng đèn điện sợi đốt đầu tiên. Đèn phát sáng khi dòng điện đi qua dây tóc mỏng platin đặt trong một bóng thuỷ tinh hút chân không để chống ôxy hóa. Lúc đó, đèn chỉ cháy trong vài giờ. Chiếc đèn hiệu quả đầu tiên dùng dây tóc là sợi vải tẩm carbon. Trưa ngày 21 tháng 10 năm 1879, mẫu đèn đầu tiên của Edison đã cháy trong 45 giờ. Ngày hôm sau Edison bắt đầu thí nghiệm 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 viên Menlo, New Jersey. Năm 1880, ngày 17 tháng giêng, bằng phát minh số 223,898 được cấp cho Edison vì bóng điện này. Đó là thành quả của sự cải tiến liên tục của Edison làm cho đến tận năm 1879. Mặc dù đã hơn trăm năm qua chiếc bóng đèn này vẫn giống như những chiếc bóng đèn đang chiếu sáng các ngôi nhà hiện nay. Đui đèn của chiếc bóng đèn thế kỷ 19 này vẫn giống như đui đèn ta dùng ngày nay (H. I.1.6a). Đó là một trong các đặc điểm quan trọng nhất của chiếc bóng đèn và hệ thống điện của Edison. Chiếc nhãn dán trên bóng đèn có dòng chữ (xem hình H. I.1.6b), “New Type Edison Lamp. Patented Jan. 27, 1880 OTHER EDISON PATENT.”

Edison đã phát minh ra đèn sợi đốt và lịch sử cũng chứng kiến hàng loạt những cải tiến kỳ diệu và những công nghệ chiếu sáng mới.

Đèn phóng điện công suất cao (HID) đã được sử dụng thay cho đèn sợi đốt từ những ngày đầu của thế kỷ 20. Chiếc đèn HID là đèn hơi thủy ngân của Peter Cooper Hewitt chế tạo năm 1901. Đó là một bóng dài khoảng 1.2 mét cho ánh sáng màu xanh – xanh lá cây. Những chiếc đèn hơi thủy ngân dày dặn chắc chắn giống như những chiếc đèn sử dụng ngày nay đã được đưa vào sử dụng năm 1934 với công suất 400 W.

Những nghiên cứu về đèn hơi Natri áp suất thấp bắt đầu từ những năm 1920. Những ứng dụng thương mại đầu tiên được dùng cho chiếu sáng các đại lộ nối vùng Beek và Geleen ở phía bắc của Netherlands ngày 1 tháng 7 năm 1932. Cũng trong năm này, đường Purley Way ở London cũng được chiếu sáng bằng loại đèn này. Đèn hơi Natri áp suất thấp dễ nhận biết bởi màu vàng hổ phách của mình.

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

Đèn sợi đốt dây tóc Vonfram có pha hơi nguyên tố halogen được sáng chế vào năm 1957 và đưa vào sử dụng năm 1960 để chiếu sáng phối cảnh trong các nhà hát kịch. Bóng đèn sợi đốt vonfram thường bị đen với thời gian do vonfram bay hơi khỏi dây tóc và bám lên thành của bóng đèn. Hơi halogen dùng để tự làm sạch. Khi các nguyên tử vonfram bay hơi khỏi dây tóc chúng sẽ kết hợp với các nguyên tử halogen và lắng đọng trở lại chính trên dây tóc.

Đèn hơi kim loại halide được phát triển vào khoảng năm 1960. Đèn halide thuộc loại đèn phóng điện trong môi trường hơi thủy ngân áp suất cao có pha thêm hơi của các nguyên tố halogen.
Đèn hơi Natri áp suất cao được sử dụng rộng rãi ngay từ khi chúng ra đời vào năm 1966. Đèn này cho độ rọi lớn hơn đèn thủy ngân, huỳnh quang hoặc sợi đốt và có màu tự nhiên hơn so với đèn Natri áp suất thấp.

Một trong những phát triển mới nhất và gây sự chú ý nhất của công nghệ chế tạo các nguồn sáng là của công ty Fusion Lighting (Mỹ) với sự trợ giúp của Uỷ ban Năng lượng Mỹ là đèn cảm ứng không điện cực dùng môi trường hơi sulphur chế tạo năm 1994.

Sự ra đời của đèn LED đưa đến sự cáo chung của đèn bóng Edison. Đèn LED có thể làm nhỏ, tiêu hao ít năng lượng, hiệu suất phát quang lớn và tuổi thọ dài. Đèn LED có hiệu suất 10 lần lớn hơn đèn bóng và có tuổi thọ kéo dài khoảng 100.000 giờ so với đèn bóng là 1000 giờ. Hiện nay, đèn LED được áp dụng ở khắp mọi nơi, từ cái đèn pin, đèn nhấp nháy xe đạp, đèn hiệu ô tô đến những màn hình tivi khổng lồ treo ở các tòa nhà trong thành phố.

Sự phát triển chậm chạp của công nghệ chiếu sáng có thể chia làm ba giai đoạn. Giai đoạn đầu kéo dài từ thuở ban đầu đến năm 1900 và đặc trưng bởi việc “chiếu để mà sáng(lighting for light)” và những nỗ lực tìm kiếm những nguồn sáng tự nhiên để xua đi bóng tối. Khoảng nửa thế kỷ 20, sau khi thay sợi đốt carbon bằng sợi vonfram, hàng năm hàng tỷ đèn sợi đốt được sản xuất. Mối quan tâm trong giai đoạn này là tăng độ rọi của nguồn sáng chứ chưa phải là chất lượng của ánh sáng.

Sự xuất hiện của các nguồn sáng phóng điện công suất cao và huỳnh quang đánh dấu một bước tiến mới của công nghệ chiếu sáng. Trong khoảng 90 năm (từ 1900 đến 1990) nhiều nguồn sáng dùng điện khác nhau đã được sản xuất bằng các công nghệ hiện đại khác nhau. Giai đoạn này có thể gọi là giai đoạn chiếu sáng phổ (spectral lighting), điều này có nghĩa là nhà sản xuất và người tiêu dùng quan tâm không chỉ cường độ sáng mà cả những đặc trưng quang trắc của nguồn sáng.

Từ năm 1990 đến nay công nghệ chiếu sáng dần dần chuyển sang công nghệ chiếu sáng tiện ích (high-benefit lighting) đặc trưng bằng sự tiếp tục cải tiến các nguồn sáng hiệu quả năng lượng (energy-efficient lighting), nâng cao phẩm chất của ánh sáng, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.

Theo VEEPL www.thuvienvatly.com