Một thế kỷ bóng đèn, ánh sáng của sự đổi mới không bao giờ tắt
Chu kỳ của đêm minh họa cho tính tất yếu của ánh sáng, nhưng việc chinh phục màn đêm chắc chắn sẽ là một cuộc cách mạng công nghệ không có hồi kết. Quá trình tiến hóa kéo dài hàng thế kỷ của "bóng đèn" do ánh sáng đổi mới thống trị đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể về "độ sáng" của Trung Quốc.
Bóng đèn thắp sáng Trung Quốc
(Nguồn ảnh: image.so.com)
Dây tóc vonfram “cháy” làm thay đổi “độ sáng” của Trung Quốc
Mặc dù bóng đèn sợi đốt đã bị loại bỏ nhưng chúng vẫn sống trong ký ức của người dân Trung Quốc. Hình ảnh chiếc đèn sợi đốt hình quả lê, gợi lên cảm giác dễ chịu của ánh sáng mặt trời, đã sưởi ấm biết bao thế hệ người dân Trung Quốc.
Đèn sợi đốt là nguồn sáng điện được chế tạo dựa trên nguyên lý bức xạ nhiệt, tức là phát sáng bằng cách đốt nóng dây tóc bằng dòng điện. Vì dây tóc hoạt động ở trạng thái nóng đỏ nên nó được gọi là đèn sợi đốt.
Tuy nhiên, con đường để “nền văn minh sợi vonfram” có lợi cho Trung Quốc không hề bằng phẳng. Vào tháng 2 năm 1882, người Anh đã mở một công ty điện ở Thượng Hải và lắp đặt 15 bóng đèn sợi đốt. Trong 40 năm tiếp theo, tất cả bóng đèn sợi đốt được sử dụng ở nước tôi đều là sản phẩm nước ngoài.
Hu Xiyuan, được mệnh danh là "Cha đẻ của bóng đèn Trung Quốc", ngay từ những năm đầu đã quyết tâm tạo ra loại bóng đèn của riêng Trung Quốc. Ngày 4 tháng 4 năm 1921, Hồ Hy Nguyên đã sản xuất thử nghiệm bóng đèn sợi đốt dài đầu tiên được sản xuất trong nước. Năm 1923, Hồ Hy Nguyên thành lập Nhà máy bóng đèn Trung Quốc Yapule, đây là nhà máy bóng đèn quốc gia đầu tiên của Trung Quốc.
Đèn sợi đốt thương hiệu "Yapule" trong nước
(Nguồn ảnh: blog.sina.com.cn)
Tuy nhiên, vào thời điểm đầu thành lập nước Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa, công suất phát điện lắp đặt của nước ta rất hạn chế nên chặng đường phổ biến đèn sợi đốt còn rất dài. "Điện, điện thoại, ở trên lầu và dưới lầu." Đây chính là viễn cảnh của con người về một cuộc sống tốt đẹp hơn trong tương lai vào thời đại đó.
Sau khi thành lập nước Trung Hoa mới, ngành công nghiệp chiếu sáng điện hiện đại của đất nước tôi đã mở ra một mùa xuân phát triển. Vào tháng 9 năm 1959, Nhà máy bóng đèn Yapule Trung Quốc được đổi tên thành Nhà máy bóng đèn Yaming Thượng Hải và thương hiệu "Ya" đã trở thành cái tên quen thuộc ở nước ta.
Cùng với sự phát triển của ngành điện lực nước ta, bóng đèn sợi đốt đã dần dần thâm nhập vào hàng ngàn hộ gia đình. Đến những năm 1980, bóng đèn sợi đốt đã trở nên phổ biến, nhưng hầu hết các hộ gia đình vẫn sử dụng bóng đèn sợi đốt 15 watt.
Năm 2006, Tổng công ty lưới điện quốc gia Trung Quốc đã triển khai dự án "Điện cho mọi hộ gia đình" nhằm giải quyết vấn đề cung cấp điện cho người dân chưa có điện. Sau nhiều thập kỷ phổ biến, dây tóc vonfram "cháy" đã làm tăng đáng kể "độ sáng" của Trung Quốc và người dân Trung Quốc đã có được một lối sống mới từ nó.
Tiết kiệm sợi đốt vonfram, đèn halogen ra mắt rực rỡ
Trong suy nghĩ của người Trung Quốc, đèn sợi đốt chỉ đơn giản là nguồn sáng điện. Tuy nhiên, "điểm yếu" của bóng đèn sợi đốt chính là tính kém hiệu quả. Đối với hầu hết các loại đèn sợi đốt, tỷ lệ sử dụng năng lượng không vượt quá 10% và hơn 90% năng lượng điện bị lãng phí dưới dạng năng lượng nhiệt.
Người ta cho rằng việc tăng nhiệt độ của dây tóc vonfram có thể cải thiện hiệu suất phát sáng. Tuy nhiên, khi nhiệt độ cao hơn 2773K, một lượng lớn vonfram sẽ bị thăng hoa, khiến bóng đèn thủy tinh chuyển sang màu đen và ánh sáng mờ đi. Để giải quyết vấn đề này, đèn halogen gia dụng đã ra đời.
Năm 1961, Cai Zuquan, được mệnh danh là "Cha đẻ của nguồn sáng điện Trung Quốc", cùng những người khác đã phát triển thành công đèn halogen đầu tiên của nước tôi. Ba năm sau, bóng đèn halogen 1000 watt đầu tiên của đất nước tôi đã được phát triển thành công. Năm 1965, Cai Zuquan và những người khác lần lượt giành giải nhì và giải ba Giải thưởng phát minh quốc gia.
Cai Zuquan và những người khác đã cố gắng tạo ra một nguồn sáng mới (Cai Zuquan là người đầu tiên bên phải)
(Nguồn ảnh: mp.weixin.qq.com)
Trên thực tế, đèn halogen, còn gọi là đèn halogen vonfram, là phiên bản nâng cấp của đèn sợi đốt. Thực tế là bằng cách nạp các thành phần halogen hoặc halide vào bóng đèn sợi đốt và sử dụng nguyên lý chu trình halogen-vonfram, có thể loại bỏ được hiện tượng đen vỏ thủy tinh của bóng đèn sợi đốt. Độ sáng của đèn halogen có thể tăng gấp 1,5 lần so với đèn sợi đốt và tuổi thọ có thể kéo dài gấp 2-3 lần.
Sơ đồ chu trình halogen vonfram (Nguồn ảnh: quora.com)
Chúng ta biết rằng đèn pha là "đôi mắt" của ô tô. Đèn halogen từ lâu đã được sử dụng làm đèn pha ô tô. Ưu điểm chính của chúng là giá thành thấp, tốc độ mở nhanh và khả năng xuyên thấu tốt. Nhưng nó cũng có nhược điểm là nhiệt độ cao, độ sáng thấp và độ bền kém. Ngày nay, đèn halogen vẫn được sử dụng làm đèn pha trong các mẫu xe tiết kiệm. Đồng thời, đèn halogen còn được sử dụng trong chiếu sáng thương mại, giải trí cũng như chiếu sáng ngoài trời.
Đèn pha ô tô (Nguồn ảnh: news.bitauto.com)
Đèn tiết kiệm năng lượng: hy sinh bản thân để tạo nên huyền thoại
Theo xu hướng tiết kiệm năng lượng các-bon thấp, đất nước chúng ta đã xây dựng lộ trình loại bỏ dần bóng đèn sợi đốt. Ngày 1 tháng 10 năm 2012, các loại bóng đèn sợi đốt thông thường có công suất trên 100 watt của nước tôi đã bước vào giai đoạn hủy niêm yết thực chất, chính thức gióng lên hồi chuông báo hiệu sự kết thúc của bóng đèn sợi đốt ở nước tôi.
Trong bối cảnh thời bấy giờ, đèn tiết kiệm năng lượng đã trở thành nguồn sáng thay thế cho đèn sợi đốt thông thường. Trên thực tế, đèn tiết kiệm năng lượng chỉ là một thuật ngữ phổ biến, thường dùng để chỉ đèn huỳnh quang một đầu và đèn huỳnh quang compact. Loại trước có ống đèn và chấn lưu riêng biệt, trong khi loại sau có ống đèn và chấn lưu tích hợp.
Khi nói đến đèn tiết kiệm năng lượng của Trung Quốc, chúng ta không thể không nhắc đến câu chuyện về Cai Zuquan. Cai Zuquan, được biết đến là một nhà khoa học, bắt đầu sự nghiệp với vai trò là một người học việc làm thủy tinh và bắt đầu nghiên cứu các nguồn sáng điện. Vào đầu những năm 1980, Cai Zuquan đã tham dự một hội nghị về công nghệ chiếu sáng ở Đức và mang về một vật thể thủy tinh nhỏ, không dễ thấy.
Tượng đồng của ông Cai Zuquan
(Nguồn ảnh: Fudan News and Culture Network)
Trên thực tế, đây là thế hệ đèn tiết kiệm năng lượng đầu tiên ở nước ngoài. Sau đó, Cai Zuquan đã phát triển một loạt đèn huỳnh quang tiết kiệm năng lượng dùng trong nước. Năm 1985, đèn huỳnh quang tiết kiệm năng lượng loại H do Thái Tổ Tuyền phát minh đã giành giải ba Giải thưởng Tiến bộ Khoa học Công nghệ Quốc gia. Năm 1995, đèn huỳnh quang tiết kiệm năng lượng hình chữ U kép đã đạt giải nhì Giải thưởng Tiến bộ Khoa học Công nghệ Thượng Hải.
Cấu trúc của đèn tiết kiệm năng lượng
(Nguồn hình ảnh: energystar.gov)
Đèn tiết kiệm năng lượng và đèn huỳnh quang ống dài đều là đèn phóng điện khí, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng thông qua hiện tượng phóng điện khí. Khi hoạt động, hồ quang hơi thủy ngân áp suất thấp trong ống đèn tạo ra tia cực tím có bước sóng 253,7 nanomet. Ánh sáng cực tím là ánh sáng vô hình, nhưng nó có thể kích thích lớp phốt pho (phốt pho đất hiếm ba màu cơ bản) trên thành ống để phát ra ánh sáng trắng nhìn thấy được.
Là nguồn sáng thay thế cho bóng đèn sợi đốt, đèn tiết kiệm năng lượng đã trải qua một chặng đường "đau đớn" để trở nên phổ biến. Thay vì thay đổi thói quen của người tiêu dùng, họ thà tự làm khổ mình. Đây chính là logic đằng sau đèn tiết kiệm năng lượng. Về phần gấp và xoắn của ống đèn thì phải uốn cong đến thể tích tương đương với bóng đèn sợi đốt để dễ dàng thay bóng đèn; Đồng thời, chiều dài của đèn huỳnh quang được đảm bảo duy trì hiệu suất năng lượng nhất định.
Sự cải tiến của đèn tiết kiệm năng lượng là chúng kết hợp hiệu suất năng lượng cao của đèn huỳnh quang với sự tiện lợi của đèn sợi đốt. Đui đèn của đèn tiết kiệm điện giống với đui đèn sợi đốt thông thường nên có thể thay thế trực tiếp đèn sợi đốt.
Một bữa tiệc ánh sáng và lửa, ai sẽ nhuộm thế giới thành “màu đỏ Trung Hoa”?
Lễ khai mạc Olympic 2008 được tổ chức tại Sân vận động Tổ Chim là sự kiện không thể nào quên. Đó chỉ đơn giản là một bữa tiệc ánh sáng và lửa.
Bữa tiệc ánh sáng và lửa (Nguồn ảnh: baijiahao.baidu.com)
Để làm nổi bật màu sắc chủ đề "Màu đỏ Trung Hoa", đèn chiếu sáng tường đã trở thành điểm nhấn. Sau nhiều lần thử nghiệm, đèn halide kim loại màu đỏ đã trở thành vật chủ chốt trong máy rửa tường. Đèn halogen kim loại là tên viết tắt của đèn halogen kim loại. Đây là loại đèn phóng điện khí cường độ cao mới có chứa kim loại halide trong ống hồ quang. Đèn có đặc điểm là màu sắc ánh sáng tốt và hiệu suất chiếu sáng cao.
Vào đầu những năm 1970, Đại học Phục Đán và Nhà máy bóng đèn Nam Kinh đã hợp tác để sản xuất đèn halogen kim loại đầu tiên ở nước tôi. Đến những năm 1990, nước tôi đã nhập khẩu một số dây chuyền sản xuất ống đèn halogen kim loại từ nước ngoài. Sau hơn 40 năm phát triển, công nghệ sản xuất đèn halogen kim loại của nước tôi đã trưởng thành và trở thành nước sản xuất đèn halogen kim loại lớn.
Vậy, tại sao đèn halogen kim loại có thể phát ra ánh sáng nhiều màu sắc? Việc bổ sung các loại halogen kim loại khác nhau có thể tạo ra đèn halogen kim loại có nhiều màu sắc ánh sáng khác nhau để đáp ứng yêu cầu về màu sắc ánh sáng trong những dịp cụ thể. Sau khi đèn halogen kim loại được thắp sáng, nhiệt sinh ra từ hồ quang làm cho halogen kim loại bám trên thành ống thăng hoa, các phân tử halogen phân hủy thành các nguyên tử kim loại và nguyên tử halogen dưới nhiệt độ cao của hồ quang. Các nguyên tử kim loại bị kích thích trong hồ quang điện và phát ra quang phổ đặc trưng của kim loại, chẳng hạn như ánh sáng xanh từ thali iodide, ánh sáng xanh từ indi iodide và ánh sáng đỏ từ liti iodide.
Đèn halogen kim loại đã là thiết bị chủ lực trong chiếu sáng sân vận động thể thao trong nhiều thập kỷ và cũng có những ứng dụng quan trọng trong chụp ảnh ngoại cảnh, báo ảnh, chiếu màn hình lớn và chiếu sáng hiệu ứng. Đồng thời, sản phẩm cũng có thể được sử dụng để chiếu sáng tại các sân bay, nhà ga, bến cảng và các dự án chiếu sáng đô thị.
Đèn LED chiếu sáng rực rỡ với ánh sáng “lõi”
Thế kỷ 21 là thế kỷ của đèn LED (điốt phát quang). LED là chất bán dẫn có khả năng chuyển đổi trực tiếp năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng, sử dụng nguyên lý phát quang của điện trường.
Dự án chiếu sáng bán dẫn của nước tôi được triển khai vào năm 2003. Năm 2008, ứng dụng trình diễn công nghệ tích hợp hệ thống chiếu sáng LED tại Thế vận hội Olympic Bắc Kinh đã biến đèn LED trở thành một lực lượng quan trọng trong việc hỗ trợ chiếu sáng xanh và Thế vận hội công nghệ.
Năm 2010, Triển lãm Thế giới Thượng Hải đã tạo ra sân khấu rộng lớn cho việc ứng dụng đèn LED trên diện rộng. Khoảng 1,05 tỷ chip LED được sử dụng ở nhiều địa điểm khác nhau, khiến nơi đây trở thành cảnh quan LED lớn nhất thế giới.
Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường là chủ đề muôn thuở của phát triển bền vững toàn cầu và do đó cũng là tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng nguồn sáng. Là thành phần cốt lõi của đèn LED, bước đột phá về công nghệ của chip LED sẽ mang lại chất lượng chiếu sáng tuyệt vời cho đèn LED.
Việc sử dụng quá nhiều nhiệt của đèn sợi đốt đã khiến chúng bị loại khỏi danh sách. Ngày nay, bóng đèn LED mát hơn, nghĩa là tỏa ít nhiệt hơn và hiệu suất năng lượng cao hơn, do đó đây là một tiến bộ công nghệ lớn. Đèn tiết kiệm năng lượng chỉ tiết kiệm năng lượng so với đèn sợi đốt, nhưng không có ưu điểm tiết kiệm năng lượng so với đèn LED.
Ngoài ra, đèn tiết kiệm năng lượng còn chứa một lượng nhỏ thủy ngân, có thể gây ô nhiễm khi thải ra môi trường. Đèn LED không chứa thủy ngân, tia cực tím hoặc tia hồng ngoại và được đánh giá cao vì thân thiện với môi trường. Hiện nay đèn LED đã trở thành điểm nhấn của chiếu sáng xanh ở đất nước tôi.
Đổi mới là linh hồn của một quốc gia. Một bóng đèn nhỏ thắp sáng đất nước Trung Hoa rộng lớn là một ví dụ sinh động. Những câu chuyện đổi mới liên quan đến bóng đèn minh chứng cho lịch sử về cách bóng đèn thay đổi cuộc sống ở đất nước tôi.
Tài liệu tham khảo
[1] Hội Kỹ thuật Chiếu sáng Trung Quốc, Hội Kỹ thuật Chiếu sáng Bắc Kinh. 200 câu hỏi về chiếu sáng xanh, Nhà xuất bản Điện lực Trung Quốc, 2008.
[2] Tô Cảnh Lâm và cộng sự, Bước vào ánh sáng xanh, Nhà xuất bản Điện lực Trung Quốc, 2010.
[3] Liên minh nghiên cứu và công nghiệp kỹ thuật chiếu sáng bán dẫn quốc gia. Giấc mơ Trung Quốc về chiếu sáng bán dẫn, Nhà xuất bản Công nghiệp hóa chất, ấn bản năm 2013.
[4] Tưởng Nguyên. “Lịch sử phát triển nguồn sáng (II)”, Chiếu sáng và Chiếu sáng, số 2, 2010.
[5] Lý Quảng Nam. Sử dụng ánh sáng một cách khoa học để chiếu sáng lành mạnh, Nhà xuất bản Blue Sky, 2013.
[6] Lin Min và Cui Yin, Southeast Business Daily. “Hu Xiyuan, ‘Cha đẻ của bóng đèn Trung Quốc’, thắp sáng ánh sáng cho các sản phẩm trong nước”, China Ningbo Network, 25-05-2014.
