Kỹ thuật ứng dụng: Đệ tử Edison đoạt giải Nobel!

1-    Cuối thế kỷ 19, khoảng năm 1880 tại Mỹ, Thomas Edison thành công trong việc chế tạo bóng đèn điện sợi đốt, thắp sáng được nhiều giờ. Sau đó Edison nảy ra ý tưởng rút chân không bóng đèn, khiến tuổi thọ bóng đèn tăng lên hằng trăm giờ.

Với phát minh bóng đèn sợi đốt và được thương mại hóa, Edison đã giúp nhân loại có được ánh sáng rõ ràng và tiện lợi lúc đêm tối. Phải nói trong thế kỷ 20, việc thắp sáng vào ban đêm chủ yếu dựa vào bóng đèn sợi đốt nầy. Không những thế, bạn đừng quên chiếc TV hay màn hình máy tính trước đây to đùng: bề mặt màn hình thực chất là đít đèn sợi đốt!

"Genius is one percent inspiration, ninety-nine percent perspiration." - "Thiên tài là một phần trăm cảm hứng, chín mươi chín phần trăm mồ hôi."
– Thomas Alva Edison, Harper's Monthly (Tháng 9 năm 1932)

2-    Ánh sáng phát ra từ bóng đèn sợi đốt là ánh sáng màu vàng như ánh nắng mặt trời (đương nhiên cường độ yếu hơn). Cơ chế tạo ánh sáng của 2 bên là tương tự: Mặt Trời bị nung nóng phát ra ánh sáng thì ở bóng đèn Edison, dây kim loại cũng bị nung nóng phát ra ánh sáng. Ưu điểm của bóng đèn sợi đốt là ngoài ánh sáng trong dãi nhìn thấy, còn có tí ti ánh sáng tử ngoại: thứ nầy chiếu xạ lên da nhiều dễ gây ung thư, nhưng liều lượng ít thì giúp phản ứng tạo sinh tố D, có ích lợi cho những người làm việc văn phòng.

Tuy nhiên mặt hại của bóng đèn sợi đốt lại quá lớn: hiệu suất bóng đèn chỉ 6%: Điều nầy có nghĩa 94% lượng điện chạy vào bóng đèn toát ra nhiệt năng. Nếu dùng đèn sợi đốt làm phương tiện sưởi ấm thì hay hơn: Vừa được sưởi, vừa có ánh sáng, lại khá an toàn…

3-    Nửa sau thế kỷ 20 (cho đến nay), việc chiếu sáng dần được giao cho bóng đèn huỳnh quang dài thòng (quen gọi là bóng néon). Đây là biến thể của bóng đèn sợi đốt nhưng tiêu thụ điện năng ít hơn do khác cơ chế phát sáng.

Hai đầu bóng néon cũng có sợi đốt nóng, và giữa 2 đầu bóng sinh ra điện trường. Sợi tóc nung nóng phát ra electron tự do, dưới tác dụng điện trường xoay chiều, chúng phóng qua lại từ đầu nầy đến đầu kia. Trên đường đi, chúng cạ vào thành bóng có sơn chất huỳnh quang (fluorescence), đến lượt chất huỳnh quang nầy bị kích thích, phát ra ánh sáng trắng.

[Thay đổi cấu tạo chất huỳnh quang sẽ tạo đèn có các màu khác nhau. Tuy nhiên đèn huỳnh quang trắng là đèn phát sáng căn bản].

4-    Việc tiết kiệm điện đã tiến bước dài khi chuyển từ việc dùng bóng đèn sợi đốt sang bóng hùynh quang compact: Bạn còn nhớ dùng bóng tròn cỡ trái xoài với công suất thường thấy là 60w thắp sáng cho một phòng nhỏ, qua bóng néon dài 1.2m, chiếu sáng phòng nhỏ còn tốt hơn nhưng công suất chỉ khoảng 30w (20w cho bóng đèn, khoảng 10w cho tăng phô). Và đến nay, bóng đèn huỳnh quang compact cỡ 10w đảm nhiệm tốt việc chiếu sáng căn phòng nầy.

[Việt Nam đã quy định hoàn toàn loại bỏ việc thắp sáng do bóng đèn sợi đốt, và khuyên chuyển sang bóng compact.]

5-    Tuy bóng huỳnh quang compact tiện dụng như trên hình: nhỏ gọn, chả có phụ kiện bên ngoài như tăng phô, tắc te… nhưng chúng cũng chỉ mới thân thiện môi trường một phần = giảm tiêu hao điện năng. Mặt tiêu cực của nó là độc hại khi bóng vỡ: sẽ giải phóng ra chất huỳnh quang cùng hơi thủy ngân. Riêng chất hơi thủy ngân khá độc và khó phòng tránh, chúng dễ gây ngộ độc, ảnh hưởng lên não bộ động vật.

6-    Phát minh ra đèn LED, (viết tắt của cụm từ Light Emitting Diode), là đi ốt phát quang đã có từ thế kỷ trước.

Dưới tác dụng của hiệu thế thấp, chừng 3 volt, các đi ốt quang nầy phát sáng. Tôi còn nhớ khoảng thập niên 80, các bóng đi ốt quang nhỏ tí được bán theo mớ cho thợ (sửa) điện tử. Dạo đó thợ điện tử thường tự chế âm ly để phát  băng cassette, trên võ gỗ âm ly được khoan và gắn đèn led búa xua, khi âm nhạc phát ra, các bóng đèn chớp nhá liên tục…

Bóng led thường thấy phát ra ánh sáng màu đỏ, màu lục và màu vàng như bóng sợi đốt. Màu lục (green chứ không phải xanh blue) nầy khá quen thuộc  trên các máy điện tử dân dụng: khi sáng, chúng có nghĩa đang có hoạt động. Nếu màu đỏ, chúng biểu thị máy đang trạng thái chờ (stand by). Bóng còn được nhúng trong dãi nhựa để tạo thành thanh, tổ hợp thành các ký tự số hay chữ.

7-    Cuối thế kỷ 20, bóng led xanh (blue, hay lam) ra đời. Các đèn led công suất mạnh được tạo ra nhưng chủ yếu là đơn sắc (đỏ, hoặc lục, hoặc tím…) chủ yếu dùng trong các hoạt động trang trí hơn là chiếu sáng.

Bên trái là huỳnh quang phát ánh sáng trắng, bên phải là tổ hợp led đỏ lục lam phát ánh sáng trắng

Với 3 màu căn bản đỏ, lục và lam, trên nguyên tắc có thể tạo ra ánh sáng trắng. Đây chỉ là nhiệm vụ thuần túy kỹ thuật: gia giảm các yếu tố màu khi tổ hợp. Và cuối cùng, đầu thế kỷ 21, đèn led trắng ra đời! = đèn tổ hợp.

-        Vì mới ra đời, giá thành còn đắt, đèn led trắng chủ yếu làm màn hình TV, vi tính.

-        Hiện nay đã có bóng led trắng thắp sáng, tuy giá còn đắt nhưng hy vọng tương lai sẽ rẻ: Hiện giá compact 5w là 35.000 vnd, mà led 4w là 130.000 vnd, gấp 4 lần.

Bóng led thắp sáng hoàn toàn thân thiện môi trường: Điện năng tiêu thụ ít, không chứa chất độc hại, tuổi thọ lại siêu bền, trung bình chừng 30.000 giờ thắp.

8-    Vì ý nghĩa to lớn trên, cho nên việc phát triển đi ốt quang hầu như là thuần túy kỹ thuật, lại được tôn vinh với giải Nobel!

Nhận định về phát minh đèn LED (điốt phát sáng), ban giám khảo nói đây là một phát minh mang tính cách mạng: “Bóng đèn dây tóc thắp sáng thế kỷ 20. Còn thế kỷ 21 sẽ được thắp sáng bằng đèn LED... Đèn LED mới chỉ ra đời cách đây 20 năm nhưng nó đã đóng góp tạo ra ánh sáng trắng làm lợi cho tất cả mọi người. Nhờ đèn LED mà giờ chúng ta đã có nguồn sáng thay thế hiệu quả hơn, lâu bền hơn cho nguồn ánh sáng truyền thống”.

Và như thế, 3 nhà khoa học Isamu Akasaki, Hiroshi Amano và Shuji Nakamura liên quan việc phát minh đi ốt quang đã được trao giải Nobel 2014. Các tân chủ nhân giải Nobel vật lý thậm chí còn tỏ ra ngạc nhiên khi Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển lại tôn vinh một ứng dụng kỹ thuật dân dụng như thế!


-------------
Xem trực tiếp toàn bộ blog Chuyện Linh Tinh