Tại sao thế giới có màu sắc? – Phần 4

Tại sao bóng đèn và đèn ống có màu trắng? (sự nóng sáng)

Bật đèn lên lúc trời nhá nhem tối, chúng ta trông đợi thứ ánh sáng ấm áp của những bòng đèn nóng sáng. Những lo ngại ngày càng tăng thêm trước những vấn đề môi trường đang khiến một số người chuyển sang sử dụng bóng đèn huỳnh quang compact, và công nghệ đang đặt nền tảng cho những bóng đèn LED còn hiệu quả kinh tế hơn nữa.

Mặc dù bóng đèn huỳnh quang compact đang phát triển về số lượng, nhưng bóng đèn nóng sáng vẫn tạo ra nhiều ánh sáng trong nhà của chúng ta. Bóng đèn Edison đã thay thế cho đèn hồ quang carbon, loại nguồn sáng được sử dụng rộng rãi ở nước Mĩ và thế giới từ cuối thập niên 1870. Đèn hồ quang tạo ra ánh sáng cường độ rất mạnh, nên nó không thích hợp cho việc chiếu sáng những không gian nội thất nhỏ hẹp. Tuy nhiên, ngay cả sau sự xuất hiện của bóng đèn nóng sáng, đèn hồ quang vẫn tiếp tục tồn tại trong hàng thập kỉ dưới dạng đèn đường và đèn chiếu sáng những không gian nội thất rộng lớn, thí dụ như nhà máy, công xưởng. Các bóng đèn nóng sáng thật sự không có nổi độ sáng của đèn hồ quang. Ngày nay, đèn hồ quang carbon vẫn được sử dụng trong một số loại đèn pha và máy chiếu lớn.

Chiếu sáng Broadway bằng đèn Brush, năm 1881, thành phố New York

Đèn hồ quang có gốc gác từ công ti General Electric Corp, (GE), khoảng năm 1911. Hai thanh carbon nối với một nguồn điện được mang lại với nhau rồi sau đó tách nhau ra. Khi hai thanh carbon tách ra, một đường ion hóa nóng, hồ quang, được tạo ra giữa chúng. Hồ quang tiếp tục dẫn điện sau khi hai thanh carbon tách nhau ra. Cung hồ quang này cháy ở hàng nghìn độ và cấp nhiệt cho hai đầu nhọn carbon đến nóng sáng. Phần lớn ánh sáng phát ra từ hai đầu nhọn carbon, chứ không phải bản thân hồ quang. Khi carbon cháy lụi, chúng cần phải được điều chỉnh để duy trì khoảng cách thích hợp sao cho hồ quang không tắt đi. “Đèn hồ quang Brush” của công ti GE giải quyết được vấn đề “khoảng cách” này, và đã thành công trên thị trường vào cuối thập niên 1870, mang lại kỉ nguyên mới của ánh sáng đèn điện.

Bóng đèn nóng sáng

Bóng đèn nóng sáng có nhiều tên gọi như đèn điện, đèn tròn, đèn dây tóc. Sự nóng sáng là sự giải phóng bức xạ điện từ, thường là bức xạ nhìn thấy, từ một vật nóng đang bức xạ. Đèn nóng sáng tạo ra ánh sáng bằng cách sử dụng dòng điện để làm nóng một sợi vật liệu mỏng gọi là dây tóc. Dây tóc kháng lại sự chảy của các electron và điện trở này làm nóng dây tóc cho đến khi nó phát sáng. Màu sắc của ánh sáng phát ra này phụ thuộc vào nhiệt độ, vì dây tóc trở thành một vật bức xạ vật đen. Bóng thủy tinh hàn kín giữ sợi dây tóc ở trong chân không hoặc trong một chất khí trơ, vì oxygen sẽ cho phép dây tóc bùng cháy và nhanh chóng bị lụi mát bởi sự oxy hóa. Ngày nay, dây tóc của bóng đèn được chế tạo bằng volfram – một kim loại đặc biệt có khả năng duy trì một nhiệt độ cao trong hàng trăm giờ đồng hồ liền mà không bị đốt cháy.

Đèn điện có màu gì?

Dây tóc đang phát sáng có màu trắng, và chúng ta mô tả ánh sáng nóng sáng của nó là màu trắng. Tuy nhiên, thành phần bước sóng thật sự của những nguồn sáng điện khác nhau thì khác nhau, vì thế chúng ta cảm nhận màu trắng hơi phớt xanh là “lạnh”, còn màu trắng hơi phớt hồng là “ấm”. Vì những tên gọi này là mơ hồ, cho nên người ta đã phát triển những công cụ như chỉ số phân loại màu (CRI) và nhiệt độ màu.

Những chỉ số này có một số ứng dụng quan trọng, thí dụ như xác lập các tiêu chuẩn cho nhiếp ảnh, và nhận dạng những loại đèn huỳnh quang khác nhau. Ảnh chụp thường để lộ ánh sáng xung quanh hơi cam hoặc hơi xanh, và thợ nhiếp ảnh phải bù trừ để tạo ra một sự cân bằng màu sắc hài hòa. Tất nhiên, ngày nay, nhiếp ảnh kĩ thuật số cho phép các hiệu chỉnh được thực hiện sau khi ảnh đã được chụp.

Bản vẽ sáng chế của bóng đèn điện Edison, 27/1/1880.

Sự phát triển của bóng đèn nóng sáng

Vào ngày 31 tháng 12 năm 1879, Thomas Edison đã trình diễn phát minh nổi tiếng nhất của ông: chiếc đèn điện nóng sáng thực tế đầu tiên. Tuy nhiên, ông không phải là nhà phát minh đầu tiên làm thí nghiệm với đèn điện. Khi Edison bắt đầu kiểm tra khả năng chế tạo đèn điện, thì đèn hồ quang đã trở nên thông dụng trong việc thắp sáng đường phố, nhà máy, và những khu vực rộng lớn khác.

Nhiều nhà phát minh đã cố gắng hoàn thiện bóng đèn nóng sáng để “chia nhỏ” đèn điện hoặc chế tạo nó nhỏ hơn và yếu hơn. Edison thì đi tìm một chất liệu trở nên nóng sáng và không bị tan chảy khi bị dòng điện làm cho nóng lên. Trong một thời gian dài, ông đã làm thí nghiệm với platinum, nhưng cuối cùng ông đã chế tạo dây tóc của mình bằng cách carbon hóa một loại giấy bìa cứng gọi là giấy bìa Bristol. Trong những chiếc đèn điện lúc mới đầu, có quá nhiều oxygen nên làm cho dây tóc bùng cháy. Edison đã có được những bơm chân không tốt nhất nên ông có thể làm rỗng bóng đèn của ông càng chứa ít không khí càng tốt. Vì thế, dây tóc carbon của ông không bốc cháy nữa.

Edison còn phát triển cả một hệ thống sản xuất điện năng và phân phối nó đến nhiều nơi cùng một lúc. Hệ thống của Edison bao gồm các máy phát, công tắc, điện kế, cầu chì, đường dây phân phối và máy điều tiết. Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của đèn điện và hệ thống điện của Edison là ổ cắm đơn giản, hiện đại, tương tự với hệ thống chúng ta sử dụng ngày nay.