หลอดเรืองแสง

หลอดเรืองแสง

                ถ้า ย้อนหลังกลับไปจนถึงปี พ.ศ. 2439  เมื่อโทมัส อัลวาเอดิสันได้คิดประดิษฐ์หลอดเรืองแสงรุ่นแรกทีสามารถทำงานได้นั้นหลอด ไฟฟ้าชนิดนี้ก็ยังมิได้มีการผลิตออกมาในเชิงพาณิชย์อย่างจริงจัง จนกระทั่งได้มีการค้นคิดดัดแปลงให้มีลักษณะสมบูรณ์ทันสมัยขึ้นเมื่อปี พ.ศ.2481 ราวช่วงต้นของสองทศวรรษที่ผ่านมามีการใช้หลอดเรืองแสงเพื่อให้แสงสว่างเป็น จำนวนกว่าครึ่งหนึ่งของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการให้แสงสว่างทั้งหมดที่มีใช้ อยู่ในสหรัฐอเมริกาเองได้มีการผลิตหลอดเรืองแสงเป็นจำนวนสูงถึงกว่า300 ล้านหลอด

             การที่หลอดเรืองแสงได้รับความนิยมใช้สูง เพราะสาเหตุหลักในแง่ของความประหยัด ทั้งนี้เพราะหลอดไฟฟ้าชนิดนี้สามารถให้ความสว่างได้มากกว่าหลอดไฟฟ้าชนิดจุด ไส้หลอดธรรมดาถึง5เท่าตัวในปริมาณการกินกำลังวัตต์ไฟฟ้าที่เท่ากันและถึงแม้ ว่าราคาจะสูงกว่าแต่อายุการใช้งานก็ยาวนานกว่ามาก ดังนั้น เมื่อเทียบกันแล้วยังเรียกได้ว่าเป็นการลงทุนที่ต่ำและคุ้มค่ากว่า นอกจากนั้นแล้วในปัจจุบันนี้ได้มีการพัฒนาหลอดเรืองแสงให้ก้าวหน้าไปกว่า เดิมมาก สามารถใช้งานได้กว้างขวางขึ้นและยังเพิ่มความสวยงามของแสงสีให้น่าดูขึ้นอีก ด้วยโดยแต่เดิมแสงจากหลอดเรืองแสงซึ่งมีเพียงสีขาวออกน้ำเงินจางๆนั้น ปัจจุบันสามารถทำให้มีแสงสีได้เกือบจะทุกสีตามต้องการได้ ส่วนรูปร่างลักษณะของหลอดที่เคยเป็นเพียงหลอดตรงยาวธรรมดาก็จะมีทั้งชนิดวง กลมหรือแม้แต่เป็นหลอดรูปตัวยู(U) นอกจากนี้ยังมีหลอดเรืองแสงชนิดพิเศษสำหรับใช้ในงานเกษตรกรรมและสำหรับฆ่าเชื้อโรคด้วย

โครงสร้างภายในของหลอดเรืองแสง

                หลอดเรืองแสงมีลักษณะเป็นหลอดแก้วที่มีฝาปิดหัวท้าย (รูปที่ 1) มีขั้วติดอยู่บนแต่ละฝาเพื่อเป็นตัวนำไฟฟ้าสู่ชั้นส่วนประกอบภายในที่เรียก ว่าแคโทดหรือไส้หลอด ภายในตัวหลอดจะบรรจุเม็ดปรอทและก๊าซเฉื่อยไว้ ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นก๊าซอาร์กอนและนีออนส่วนผิวหน้าด้านในของหลอดแก้วจะฉาบ ไว้ด้วยผงเรืองแสงที่เรียกว่า ฟอสฟอร์ซึ่งจะเรืองแสงขึ้นเมื่อมีรังสีอัลตราไวโอเลตส่องมากระทบ

                จากที่กล่าวไปนั้น จึงมีข้อควรระวังสำหรับการทิ้งหลอดเรืองแสงที่เสียแล้วว่าอย่าได้ทุบให้มันแตกเป็นอันขาด เพราะภายในหลอดมีปรอทซึ่งเป็นสารพิษบรรจุอยู่ นอกจากนี้ยังอาจจะถูกเศษแก้วบางๆ ของหลอดได้

                     หลอดเรื่องแสงหรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ (fluorescent) เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแสงสว่าง ซึ่งมีการประดิษฐ์ในปี ค.ศ. 1938 โดยมีรูปร่างหลายแบบ อาจทำเป็นหลอดตรง สั้น ยาว ขดเป็นวงกลมหรือครึ่งวงกลม เป็นต้น

ส่วนประกอบของหลอดเรืองแสง

ตัวหลอดมีไส้โลหะทังสเตนติดอยู่ที่ปลายทั้ง 2 ข้าง ของหลอดแก้ว ซึ่งผิวภายในของหลอดฉาบด้วยสารเรื่องแสง อากาศในหลอดแก้วถูกสูบออกจนหมดแล้วใส่ไอปรอทไว้เล็กน้อย ดังรูป

รูป หลอดเรืองแสง

อุปกรณ์ที่ใช้เพื่อให้หลอดเรืองแสงทำงาน

1. สตาร์ตเตอร์ (starter) ทำหน้าที่เป็นสวิตซ์อัตโนมัติในขณะหลอดเรืองแสง ยังไม่ติดและหยุดทำงานเมื่อหลอดติดแล้ว

2. แบลลัสต์ (Ballast) ทำหน้าที่เพิ่มความต่างศักย์ เพื่อให้หลอดไฟเรืองแสงติดในตอนแรกและทำหน้าที่ ควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ผ่านหลอด ให้ลดลงเมื่อหลอดติดแล้ว

รูป สตาร์ตเตอร์และแบลลัสต์

การใช้หลอดเรืองแสงต้องต่อวงจรเข้ากับสตาร์ตเตอร์และแบลลัสต์ แล้วจึงต่อเข้ากับสายไฟฟ้าในบ้าน

รูป ก. การต่อวงจรไฟฟ้าของหลอดเรืองแสง

ข. แผนภาพวงจรไฟฟ้าของรูป ก.

หลักการทำงานของหลอดเรืองแสง

เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านไส้หลอดจะทำให้ไส้หลอดร้อนขึ้น ความร้อนที่เกิดทำให้ปรอทที่บรรจุไว้ในหลอดกลายเป็นไอมากขึ้น เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านไอปรอทได้จะคายพลังงานไฟฟ้าให้ไอปรอท ทำให้อะตอมของไอปรอทอยู่ในภาวะถูกกระตุ้น และอะตอมปรอทจะคายพลังงานออกมาเพื่อลดระดับพลังงานของตนในรูปของรังสีอัลตรา ไวโอเลต เมื่อรังสีดังกล่าวกระทบสารเรืองแสงที่ฉาบไว้ที่ผิวในของหลอดเรืองแสงนั้นก็ จะเปล่งแสงได้ โดยให้แสงสีต่างๆ ตามชนิดของสารเรืองแสงที่ฉาบไว้ภายในหลอดนั้น เช่น แคดเมียมบอเรทจะให้แสงสีชมพู ซิงค์ซิลิเคทให้แสงสีเขียว แมกนีเซียมทังสเตนให้แสงสีขาวอมฟ้า และยังอาจผสมสารเหล่านี้เพื่อให้ได้สีผสมที่แตกต่างออกไปอีกด้วย

ข้อดีของหลอดเรืองแสง

1. มีประสิทธิภาพสูงกว่าหลอดไฟฟ้าธรรมดา เสียค่าไฟฟ้าเท่ากัน แต่ได้ไฟที่สว่างกว่า

2. ให้แสงที่เย็นตา กระจายไปทั่วหลอด ไม่รวมเป็นจุดเหมือนหลอดไฟฟ้าธรรมดา

3. อาจจัดสีของแสงแปรเปลี่ยนได้ โดยการเปลี่ยนชนิดสารเรืองแสง

4. อุณหภูมิของหลอดเรืองแสงไม่สูงเท่ากับหลอดไฟธรรมดาขณะทำงาน

หลอดเรืองแสงหรือหลอดฟลูออเรสเซนต์(Fluorescent Lamp)

หลอดเรืองแสงหรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent Lamp) ทำด้วยหลอดแก้วที่สูบอากาศออกจนหมดแล้วบรรจุไอปรอทไว้เล็กน้อย มีไส้ที่ปลายหลอดทั้งสองข้าง หลอดเรืองแสงอาจทำเป็นหลอดตรง หรือครึ่งวงกลมก็ได้  ส่วนประกอบและการทำงานของหลอดเรืองแสง มีดังนี้
            1. ตัวหลอด  ภายในสูบอากาศออกจนหมดแล้วบรรจุไอปรอทและก๊าซอาร์กอน เล็กน้อย  ผิวด้านในของหลอดเรืองแสงฉาบด้วยสารเรืองแสงชนิดต่างๆ แล้วแต่ความต้องการให้เรืองแสงเป็นสีใด เช่น ถ้าต้องการให้เรืองแสงสีเขียว ต้องฉาบด้วยสารซิงค์ซิลิเคต แสงสีขาวแกมฟ้าฉาบด้วยมักเนเซียมทังสเตน แสงสีชมพูฉาบด้วยแคดเนียมบอเรต เป็นต้น
           2. ไส้หลอด ทำด้วยทังสเตนหรือวุลแฟรมอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านไส้หลอดจะทำให้ไส้หลอดร้อนขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นจะทำให้ไอปรอทที่บรรจุไว้ในหลอดกลายเป็นไอมากขึ้น แต่ขณะนั้นกระแสไฟฟ้ายังผ่านไอปรอทไม่สะดวก เพราะปรอทยังเป็นไอน้อยทำให้ความต้านทานของหลอดสูง
          3. สตาร์ตเตอร์ ทำหน้าที่เป็นสวิตซ์ไฟฟ้าอัตโนมัติของวงจรโดยต่อขนานกับหลอด ทำด้วยหลอดแก้วภายในบรรจุก๊าซนีออนและแผ่นโลหะคู่ที่งอตัวได้ เมื่อได้รับความร้อน  เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซนีออน ก๊าซนีออนจะติดไฟเกิดความร้อนขึ้น ทำให้แผ่นโลหะคู่งอจนแตะติดกันทำให้กลายเป็นวงจรปิดทำให้กระแสไฟฟ้าผ่านแผ่น โลหะได้ครบวงจร   ก๊าซนีออนที่ติดไฟอยู่จะดับและเย็นลง แผ่นโลหะคู่จะแยกออกจากกันทำให้เกิดความต้านทานสูงขึ้นอย่างทันทีซึ่งขณะ เดียวกันกระแสไฟฟ้าจะผ่านไส้หลอดได้มากขึ้นทำให้ไส้หลอดร้อนขึ้นมาก  ปรอทก็จะเป็นไอมากขึ้นจนพอที่นำกระแสไฟฟ้าได้
         4. แบลลัสต์  เป็นขดลวดที่พันอยู่บนแกนเหล็ก  ขณะกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะเกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้เกิดแรงเคลื่อน ไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น เมื่อแผ่นโลหะคู่ในสตาร์ตเตอร์แยกตัวออกจากกันนั้นจะเกิดวงจรเปิดชั่วขณะ    แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในแบลลัสต์จึงทำให้เกิดความต่าง ศักย์ระหว่างไส้หลอดทั้งสองข้างสูงขึ้นเพียงพอที่จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ไอปรอทจากไส้หลอดข้างหนึ่งไปยังไส้หลอดอีกข้างหนึ่งได้   แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดจากแบลลัสต์นั้นจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า เหนี่ยวนำไหลสวนทางกับกระแสไฟฟ้าจากวงจรไฟฟ้าในบ้าน ทำให้กระแส ไฟฟ้าที่จะเข้าสู่วงจรของหลอดเรืองแสงลดลง

                        หลักการทำงานของหลอดเรืองแสง
           เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านไอปรอทจะคายพลังงานไฟฟ้าให้อะตอมไอปรอท ทำให้อะตอมของไอปรอทอยู่ในสภาวะถูกกระตุ้น (excited state) และอะตอมของปรอทจะคายพลังงานออกมาเพื่อลดระดับพลังงาน  ในรูปของรังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งอยู่ในช่วงของแสงที่มองไม่เห็น เมื่อรังสีนี้กระทบสารเรืองแสงที่ฉาบไว้ที่ผิวหลอด สารเรืองแสงจะเปล่งแสงสีต่างๆตามชนิดของสารเรืองแสงที่ฉาบไว้ในหลอดนั้น

                        ข้อดีของหลอดเรืองแสง
          1. เมื่อให้พลังงานไฟฟ้าเท่ากันจะให้แสงสว่างมากกว่าหลอดไฟฟ้าแบบธรรมดาประมาณ 4  เท่า และมีอายุการใช้งานนานกว่าหลอดไฟฟ้าธรรมดาประมาณ 8 เท่า
         2. อุณหภูมิของหลอดไม่สูงเท่ากับหลอดไฟฟ้าแบบธรรมดา
         3. ถ้าต้องการแสงสว่างเท่ากับหลอดไฟฟ้าธรรมดา จะใช้วัตต์ที่ต่ำกว่า จึงเสียค่าไฟฟ้าน้อยกว่า
                      ข้อเสียของหลอดเรืองแสง
         1. เมื่อติดตั้งจะเสียค่าใช้จ่ายสูงกว่าหลอดไฟฟ้าแบบธรรมดา เพราะต้องใช้แบลลัสต์และสตาร์ตเตอร์ เสมอ
         2. หลอดเรืองแสงมักระพริบเล็กน้อยไม่เหมาะในการใช้อ่านหนังสือ

         ตัวเลขที่ปรากฏบนหลอดไฟฟ้าธรรมดาและหลอดเรืองแสงซึ่งบอก กำลังไฟฟ้าเป็นวัตต์(W) เป็นการบอกถึงปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ ใช้ไปใน 1 วินาที เช่น 20 W หมายถึง หลอดไฟฟ้านี้จะใช้พลังงานไป 20 จูลในเวลา 1 วินาที ดังนั้นหลอดไฟฟ้าและหลอดเรืองแสงที่มีกำลังไฟฟ้ามาก เมื่อใช้งานก็ยิ่งสิ้นเปลืองกระแสไฟฟ้ามาก ทำให้เสียค่าใช้จ่ายมากขึ้นด้วย  ปัจจุบันมีการผลิตหลอดไฟพร้อมอุปกรณ์ประกอบ เช่น บัลลาสต์ แบบประหยัดพลังงานขึ้นมาใช้หลายชนิด  เช่น หลอดตะเกียบ หลอดผอม บัลลาสต์เบอร์ 5 เป็นต้น

 

ข้อแนะนำการใช้หลอดไฟอย่างประหยัด

1. ใช้หลอดเรืองแสงจะให้แสงสว่างมากกว่าหลอดธรรมดาประมาณ 4 เท่า เมื่อใช้พลังงานไฟฟ้าเท่ากัน และอายุการใช้งานจะทนกว่าประมาณ 8 เท่า

2. ใช้แสงสว่างให้เหมาะกับการใช้งาน ที่ใดต้องการแสงสว่างไม่มากนักควรติดไฟน้อยดวง

3. ทำความสะอาดโป๊ะไฟ จะให้แสงสว่างเต็มที่

4. ปิดไฟทุกครั้งที่ไม่จำเป็นต้องใช้