Ánh Sáng Đèn Led Được Tạo Ra Như Thế Nào?

Ánh sáng đèn đã chứng kiến các bước đột phá quan trọng qua các giai đoạn lịch sử. Năm 1800, đèn sợi đốt xuất hiện, 1937 là năm đèn Huỳnh quang ra đời, và đèn LED được phát minh vào năm 1907. Những năm này đánh dấu những tiến bộ quan trọng trong công nghệ ánh sáng, ảnh hưởng sâu rộng đến cuộc sống và phát triển của con người.

Bạn đã bao giờ tự hỏi về cách mà ánh sáng được tạo ra trong các loại đèn khác nhau chưa? Điều này thực sự đáng để tìm hiểu, phải không? Hãy cùng nhau đọc tiếp để khám phá sự hình thành của ánh sáng trong các loại đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và đèn LED nhé!

Đèn Sợi Đốt

Sơ lược lịch sự hình thành đèn sợi đốt

Phát minh của đèn điện lần đầu tiên đã đến vào năm 1880, nhưng quá trình nghiên cứu để đạt được điều này đã kéo dài suốt nhiều năm. Cho đến năm 1879, nhà khoa học Thomas Edison được công nhận chính thức với phát minh của đèn sợi đốt, một bước tiến quan trọng trong lịch sử ánh sáng điện.

  • Đèn sợi đốt thực sự có một cấu tạo đơn giản. Nó bao gồm ba phần chính: sợi đốt (thường là sợi tungsten), bóng thủy tinh hoặc thủy tinh chịu nhiệt, và đuôi đèn để kết nối với nguồn điện.
  • Sợi đốt trong đèn sợi đốt thường được làm từ tungsten (còn được gọi là vonfram), một vật liệu chịu được nhiệt độ cao và có khả năng biến đổi nhiệt năng thành quang năng một cách hiệu quả.
  • Bóng đèn thường được làm từ thủy tinh chịu nhiệt, chịu được nhiệt độ cao mà sợi đốt tạo ra và bảo vệ sợi đốt khỏi oxy hóa và hỏng hóc.
  • Đuôi đèn, như đuôi xoáy E27 hoặc E14 và đuôi ngạnh B22, thường được làm từ nhôm hoặc sắt tráng kẽm và gắn chặt với bóng thủy tinh. Chúng có chức năng nối với mạch cung cấp điện để đèn có thể hoạt động. Đuôi đèn là một phần quan trọng giữ cho đèn ổn định và an toàn trong quá trình sử dụng.

Đặc điểm của đèn sợi đốt: ánh sáng từ đèn sợi đốt thường phát ra liên tục, không gây mỏi mắt. Tuy nhiên, đèn sợi đốt có hiệu suất phát quang thấp, không tiết kiệm điện năng và tuổi thọ thường thấp hơn so với các công nghệ ánh sáng hiện đại khác.

Hiện nay đèn sợi đốt có hai loại: loại đèn sợi đốt chứa khí trơ thường là loại phổ biến nhất. Dòng sợi đốt khí trơ có các đặc điểm như bầu đèn lớn, vỏ thủy tinh dễ bị đen trong quá trình sử dụng, công suất và tuổi thọ thấp, thường chỉ khoảng 1000 giờ sử dụng.

Bóng đèn khí halogen cũng là một loại đèn sợi đốt, nhưng ngoài khí trơ, nó còn chứa các khí thuộc nhóm halogen như iốt và brôm. Sự bổ sung của các khí này giúp khắc phục tình trạng bóng đèn bị đen do tungsten bốc hơi ở nhiệt độ cao và tích tụ trên thành bóng. So với đèn sợi đốt thông thường, đèn halogen có kích thước nhỏ hơn, hiệu suất phát sáng cao hơn, và độ ổn định quang thông tốt hơn. Đèn halogen được chế tạo với các công suất từ vài watt đến vài chục kilowatt, thích hợp cho việc chiếu sáng ngoài trời, trường quay, máy sao chụp và máy chiếu. Tuổi thọ của đèn halogen thường dao động từ 2000 giờ đến 3000 giờ.

Ánh sáng đèn sợi đốt được tạo ra như thế nào?

Khi có dòng điện đi qua, dây tungsten (vonfram) trong bóng đèn sẽ nóng lên và phát ra ánh sáng. Tuy nhiên, phần lớn điện năng đi qua bóng đèn chuyển thành nhiệt năng, chỉ khoảng 5% được chuyển hóa thành quang năng. Do đó, đèn sợi đốt thường tiêu tốn nhiều điện năng. Điều này là một trong những bất lợi của đèn sợi đốt, khuyến khích sự phát minh ra các loại đèn khác với hiệu suất cao hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

Đèn Huỳnh Quang

Sơ lược lịch sự hình thành đèn huỳnh quang

Đèn huỳnh quang được công bố lần đầu vào năm 1937 tại New York và sau đó được thương mại hóa vào năm 1938. Đèn huỳnh quang thuộc loại nguồn sáng phóng điện áp suất thấp, trong đó ánh sáng được phát ra bởi bột huỳnh quang khi chúng được kích thích bởi các tia cực tím được phát ra từ sự phóng điện của hơi thủy ngân. Đây là một phát minh quan trọng trong lịch sử ánh sáng, mang lại ánh sáng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng cho nhiều ứng dụng chiếu sáng.

Cấu tạo của đèn huỳnh quang: Đèn huỳnh quang thường bao gồm điện cực Vonfram dạng lò xo xoắn, kết nối ra ngoài thông qua chân đèn. Bên trong vỏ đèn được phủ một lớp bột huỳnh quang, với hợp chất chủ yếu là photpho. Nhà sản xuất thường bơm một ít hơi thủy ngân và khí trơ như neon, argon vào bên trong đèn để tăng độ bền của điện cực và tạo màu sắc cho ánh sáng. Đây là cấu trúc phổ biến của đèn huỳnh quang, mang lại ánh sáng hiệu quả và đa dạng màu sắc.

Đặc điểm đèn huỳnh quang: đèn huỳnh quang thường có hiện tượng nhấp nháy khi hoạt động ở tần số dưới 50Hz, và cần một mồi phóng điện như chấn lưu (tắc te) để khắc phục. Tuổi thọ của đèn huỳnh quang thường cao, khoảng 8000 giờ, và hiệu suất phát quang có thể đạt từ 20-25%, cao hơn khoảng 4 lần so với đèn sợi đốt.

Ngoài ra, đèn huỳnh quang có độ trễ ngắn khi bật, nhưng có thể gặp sự chậm trễ này do lỗi của máy biến áp hoặc chấn lưu. Việc bật tắt đèn thường làm giảm tuổi thọ của đèn một cách nhanh chóng, và đôi khi đèn cũng có thể bị đen đầu khi đã sử dụng một thời gian.

Ánh sáng đèn huỳnh quang được tạo ra như thế nào?

Khi đóng công tắc, toàn bộ điện áp được áp đặt vào tiếp điểm của tắc te, gây ra hiện tượng phóng hồ quang trong chấn lưu. Thanh lưỡng kim của tắc te sẽ biến dạng do nhiệt, dẫn đến tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh mạch kín dòng điện chạy trong mạch đốt nóng các điện cực. Sau khi hồ quang mất, thanh lưỡng kim nguội đi, tạo điều kiện cho mạch mở, và từ đó tạo ra quá điện áp cảm ứng (do chấn lưu), làm xuất hiện hiện tượng phóng điện qua chất khí bên trong đèn.

Hiện tượng phóng xạ điện phát ra nhiều tia tử ngoại, các tia này kích thích bột huỳnh quang phát ra các bức xạ ánh sáng. Thủy ngân bốc hơi, và hơi thủy ngân duy trì hiện tượng phóng điện tạo sự va chạm của các electron và khí trơ bên trong đèn, từ đó tạo ra ánh sáng.

Khoảng 15% lượng khí thải bị mất do sự tiêu hao năng lượng và nhiệt trong quá trình hoạt động của đèn huỳnh quang. Mặc dù hầu hết bức xạ tia cực tím nằm trong bóng đèn và không tạo ra nguy cơ đến mức độ cao, nhưng một số tia cực tím khác có thể thoát ra ngoài môi trường, có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người nếu tiếp xúc trực tiếp và lâu dài.

Đèn LED

Sơ lược lịch sử hình thành đèn LED

Đèn LED không phải là một công nghệ mới, mặc dù chúng trở nên phổ biến và phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Đèn LED đã được phát hiện và nghiên cứu từ lâu, với Captain Henry Joseph Round, một kỹ sư người Anh, được ghi nhận là người đầu tiên nhắc đến công nghệ này vào năm 1907. Tuy nhiên, cho đến thời điểm gần đây, LED đã trải qua nhiều cột mốc lịch sử và phát triển, từ giai đoạn đầu tiên của nó đến thời kỳ đỉnh cao hiện nay, khi LED trở thành một trong những nguồn sáng phổ biến và hiệu quả nhất trên thị trường.

Cấu tạo của đèn LED

Mỗi bộ đèn LED có thể có cấu trúc khác nhau, nhưng nhìn chung, chúng bao gồm: chip LED, mạch in, driver và vỏ đèn để tản nhiệt và bảo vệ các thành phần bên trong.

Đặc điểm của đèn LED

Ánh sáng của đèn LED phát ra liên tục và không bị nhấp nháy như đèn huỳnh quang. LED hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn, không nhạy cảm với nhiệt độ thấp và không bị ảnh hưởng khi thường xuyên bật tắt. Điều này làm cho chúng an toàn và hiệu quả hơn trong môi trường lạnh và cho các ứng dụng yêu cầu thường xuyên chuyển mạch.

Đèn LED tiết kiệm điện năng hơn đèn sợi đốt đến 20 lần. Độ bền của LED cao hơn và ánh sáng phát ra mạnh mẽ hơn so với đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang. Tuổi thọ của đèn LED thường từ 25,000 giờ đến 100,000 giờ, tuy nhiên, nếu hoạt động ở nhiệt độ cao và dòng điện cao, tuổi thọ có thể giảm.

Hơn nữa, đèn LED có hiệu suất chuyển đổi điện năng thành ánh sáng cao hơn so với các loại đèn khác, lên tới 80%, làm cho ánh sáng phát ra mạnh mẽ, hiệu quả và tiết kiệm điện năng.

Chỉ số hoàn màu của đèn LED rất cao, do đó ánh sáng sẽ mang lại sự trung thực trong hình ảnh và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất.

Ánh sáng đèn LED được tạo ra như thế nào?

Đèn LED có cấu trúc bao gồm một cực âm và một cực dương được tách ra bởi một khối bán dẫn tại trung tâm. Khối bán dẫn này được ghép bởi hai loại P và N. Toàn bộ được đặt trong một vỏ nhựa, có tác dụng như một lăng kính để định hướng ánh sáng phát ra ngoài.

Nguyên lý phát sáng của đèn LED là dựa trên hiện tượng phát quang của khối bán dẫn. Khi khối bán dẫn P (chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương) được ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do), các lỗ trống trong khối P có xu hướng di chuyển và khuếch tán sang khối N.

Đồng thời, khối P lại nhận thêm các điện tử từ khối N. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống) ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp. Một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiếp xúc với nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa.

Quá trình này giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ có bước sóng gần đó), làm cho đèn LED phát ra ánh sáng. Quá trình này lặp đi lặp lại liên tục, tạo ra hiệu ứng sáng của đèn LED.

Lời kết

Đây là những thông tin cơ bản để trả lời câu hỏi Ánh sáng đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang, đèn LED được tạo ra như thế nào? Mọi thắc mắc vui lòng liên hệ chúng tôi theo số hotline: 094 766 2016 để được giải đáp thêm.