Đơn vị ánh sáng là gì? 7 đơn vị phổ biến trong SI

Ánh sáng là một phần thiết yếu của cuộc sống, chi phối thị giác, cảm xúc và thậm chí cả nhịp sinh học của chúng ta. Để định lượng và hiểu rõ hơn về các đặc tính khác nhau của ánh sáng, các nhà khoa học và kỹ sư đã phát triển một hệ thống các đơn vị ánh sáng tiêu chuẩn. Bài viết này sẽ đi sâu vào các đơn vị đo lường quan trọng này, từ cường độ đến hiệu suất phát quang, và khám phá những ứng dụng đa dạng của chúng trong cuộc sống hàng ngày.

1. Cường độ ánh sáng là gì?

Cường độ ánh sáng, với đơn vị đo là candela (cd), không chỉ đơn thuần là lượng ánh sáng phát ra. Nó tập trung vào khả năng phát sáng của một nguồn theo một hướng cụ thể và trên một đơn vị góc khối (steradian). Hãy hình dung một ngọn đèn pin; cường độ ánh sáng sẽ cho biết độ sáng của chùm tia sáng phát ra theo hướng chính diện, chứ không phải tổng lượng ánh sáng tỏa ra xung quanh.

Để dễ hình dung, một candela gần đúng với cường độ ánh sáng phát ra từ một ngọn nến tiêu chuẩn theo một hướng nhất định. Định nghĩa chính xác hơn, một candela là cường độ ánh sáng, theo một hướng cụ thể, của một nguồn phát ra bức xạ đơn sắc có tần số 540 × 10 12 hertz (tương ứng với ánh sáng xanh lục, màu mà mắt người nhạy cảm nhất) và có cường độ bức xạ theo hướng đó là 1/683 watt trên steradian.

Cường độ ánh sáng là một thông số quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống chiếu sáng định hướng như đèn pha ô tô, đèn sân khấu hoặc đèn pin, nơi mà ánh sáng cần được tập trung vào một khu vực cụ thể.

2. Đơn vị ánh sáng - Quang thông (lumen)

Quang thông (lumen - lm) là thước đo tổng lượng ánh sáng nhìn thấy được mà một nguồn sáng phát ra theo mọi hướng trong một đơn vị thời gian. Khác với cường độ ánh sáng tập trung vào một hướng, quang thông cho chúng ta biết "tổng sản lượng" ánh sáng của một nguồn.

Một lumen được định nghĩa là quang thông phát ra trong một steradian bởi một nguồn điểm có cường độ sáng một candela theo mọi hướng. Công thức liên hệ giữa quang thông (Φ v ​ ) và cường độ ánh sáng (I v ​ ) cho một nguồn điểm phát sáng đều theo mọi hướng là: $\Phi$ $v$ ​ $=$ $4$ $\pi$ $I$ $v$ ​

Ví dụ, một bóng đèn sợi đốt 60W có thể phát ra khoảng 800 lumen, trong khi một bóng đèn LED tương đương có thể phát ra cùng lượng lumen nhưng tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể. Quang thông là một chỉ số quan trọng khi chọn mua đèn chiếu sáng gia đình hoặc văn phòng, vì nó cho biết độ sáng tổng thể của căn phòng sẽ như thế nào.

3. Độ chói - Đơn vị ánh sáng cd/m²

Độ chói (luminance), đo bằng candela trên mét vuông (cd/m²), mô tả lượng ánh sáng phát ra, phản xạ hoặc truyền qua một bề mặt theo một hướng cụ thể trên một đơn vị diện tích biểu kiến. Đây là đơn vị đo lường sát với cảm nhận chủ quan của mắt người về độ sáng của một vật thể hoặc một nguồn sáng khi nhìn từ một góc độ nhất định.

Hãy tưởng tượng bạn đang nhìn vào một màn hình máy tính. Độ chói của màn hình sẽ cho biết mỗi mét vuông diện tích màn hình phát ra bao nhiêu candela ánh sáng theo hướng mắt bạn. Một màn hình có độ chói cao sẽ hiển thị hình ảnh sáng và rõ nét, đặc biệt quan trọng trong điều kiện ánh sáng mạnh.

Độ chói là một yếu tố quan trọng trong thiết kế chiếu sáng nội thất, đặc biệt là trong việc kiểm soát độ chói lóa có thể gây khó chịu hoặc mỏi mắt.

4. Đơn vị ánh sáng đo độ rọi là gì? - Lux (lx)

Đơn vị ánh sáng đo độ rọi (illuminance) là lux (lx). Độ rọi định lượng tổng lượng quang thông (lumen) trải đều trên một đơn vị diện tích bề mặt. Một lux tương đương với một lumen trên một mét vuông (1 lx = 1 lm/m²).

Độ rọi cho biết một bề mặt nhận được bao nhiêu ánh sáng. Ví dụ, một văn phòng làm việc tiêu chuẩn có thể yêu cầu độ rọi từ 300 đến 500 lux trên bề mặt bàn làm việc để đảm bảo đủ ánh sáng cho các hoạt động đọc và viết.

Độ rọi phụ thuộc vào cường độ của nguồn sáng và khoảng cách từ nguồn sáng đến bề mặt được chiếu sáng. Theo định luật nghịch đảo bình phương, độ rọi giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn sáng.

5. Nhiệt độ màu - Kelvin (K)

Nhiệt độ màu, đo bằng đơn vị Kelvin (K), là một cách để mô tả màu sắc của ánh sáng mà một nguồn phát ra bằng cách so sánh nó với màu sắc của ánh sáng phát ra từ một vật đen tuyệt đối được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định.

Ánh sáng có nhiệt độ màu thấp (ví dụ: 2700K - ánh sáng vàng ấm của đèn sợi đốt) tương tự như ánh sáng phát ra từ một vật đen ở nhiệt độ thấp hơn. Ánh sáng có nhiệt độ màu cao (ví dụ: 5000K - ánh sáng trắng xanh của ánh sáng ban ngày) tương tự như ánh sáng phát ra từ một vật đen ở nhiệt độ cao hơn.

Một số ví dụ về nhiệt độ màu phổ biến:

• 1800K: Ánh nến

• 2700K - 3000K: Ánh sáng vàng ấm (đèn sợi đốt, một số đèn LED)

• 3500K - 4100K: Ánh sáng trắng trung tính (nhiều đèn huỳnh quang, đèn LED)

• 5000K - 6500K: Ánh sáng trắng lạnh (ánh sáng ban ngày, một số đèn LED)

Nhiệt độ màu ảnh hưởng đáng kể đến cảm xúc và không gian thị giác. Ánh sáng ấm áp thường tạo cảm giác ấm cúng và thư giãn, trong khi ánh sáng lạnh thường tạo cảm giác tỉnh táo và tập trung.

6. Đơn vị ánh sáng - Chỉ số hoàn màu (CRI)

Chỉ số hoàn màu (Color Rendering Index - CRI) là một thước đo định lượng khả năng của một nguồn sáng trong việc hiển thị màu sắc của vật thể một cách trung thực so với ánh sáng tự nhiên (như ánh sáng mặt trời). CRI được biểu thị bằng một con số từ 0 đến 100.

• CRI = 100: Nguồn sáng hiển thị màu sắc một cách hoàn hảo, giống như ánh sáng tự nhiên.

• CRI thấp (ví dụ: dưới 70): Màu sắc của vật thể có thể bị biến đổi đáng kể dưới ánh sáng này.

Ví dụ, ánh sáng từ đèn sợi đốt và một số đèn LED có CRI cao (thường trên 90), nghĩa là chúng hiển thị màu sắc rất trung thực. Trong khi đó, một số loại đèn hơi natri áp suất thấp có CRI rất thấp, khiến màu sắc bị biến dạng và khó phân biệt.

CRI đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng như cửa hàng bán lẻ, phòng trưng bày nghệ thuật, studio ảnh và y tế, nơi việc hiển thị màu sắc chính xác là rất cần thiết.

7. Đơn vị ánh sáng - Hiệu suất phát quang

Hiệu suất phát quang (luminous efficacy) đo lường mức độ hiệu quả của một nguồn sáng trong việc chuyển đổi năng lượng điện tiêu thụ thành ánh sáng nhìn thấy được. Đơn vị đo lường là lumen trên watt (lm/W).

Một nguồn sáng có hiệu suất phát quang cao sẽ tạo ra nhiều lumen ánh sáng hơn cho mỗi watt điện năng tiêu thụ, đồng nghĩa với việc tiết kiệm năng lượng hơn.

Ví dụ, đèn sợi đốt truyền thống có hiệu suất phát quang tương đối thấp (khoảng 10-15 lm/W), trong khi đèn huỳnh quang compact (CFL) có hiệu suất khoảng 50-70 lm/W và đèn LED hiện đại có thể đạt hiệu suất trên 100 lm/W, thậm chí cao hơn trong một số trường hợp.

Ngoài những khái niệm trên, còn một khái niệm rất thú vị mà nhiều người quan tâm đó chính là năm ánh sáng. Năm ánh sáng không phải là đơn vị đo thời gian mà lại là đơn vị dùng để đo khoảng cách. Bạn đọc tìm hiểu Năm ánh sáng là gì để khám phá những điều thú vị của đơn vị đo này. 

8. Ứng dụng của các đơn vị ánh sáng

Các đơn vị ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

Thiết kế chiếu sáng

Đảm bảo đủ độ rọi cho các không gian làm việc, sinh hoạt và công cộng, đồng thời tạo ra bầu không khí phù hợp thông qua việc lựa chọn nhiệt độ màu và độ chói.

Trong không gian ngoại thất, việc lựa chọn đèn sân vườn ngoài trời phù hợp cũng góp phần nâng cao hiệu quả chiếu sáng và thẩm mỹ.

Nhiếp ảnh và quay phim

Điều chỉnh cường độ, nhiệt độ màu và chất lượng ánh sáng để tạo ra những bức ảnh và thước phim đẹp mắt và chuyên nghiệp.

Công nghệ màn hình

Xác định độ sáng, độ tương phản và khả năng hiển thị màu sắc của màn hình điện thoại, máy tính và TV.

Nông nghiệp

Sử dụng ánh sáng nhân tạo với các thông số phù hợp để thúc đẩy sự phát triển của cây trồng trong nhà kính.

Y tế

Ứng dụng liệu pháp ánh sáng để điều trị một số bệnh và rối loạn.

Với những thông tin trên, bạn đã có cái nhìn tổng quan về khái niệm "Đơn vị ánh sáng là gì" và tầm quan trọng của nó trong việc hiểu biết về vũ trụ. Hy vọng bài viết đã giúp bạn khám phá thêm về đơn vị đo đặc biệt này và sự ứng dụng của nó trong khoa học và cuộc sống hàng ngày.

>> Nguồn tham khảo: https://en.wikipedia.org/wiki/Light-year

Xem thêm:

• Công dụng của diode

• Cách kiểm tra chấn lưu hỏng bằng đồng hồ VOM

• Đèn đường LED 50w