หลอด LED

ปัจจุบันเชื่อว่าหลายคนคงจะเคยได้ยินคำว่า LED ผ่านหูผ่านตากันไม่มากก็น้อย เมื่อพูดถึง LED หลายคนก็นึกถึงโทรทัศน์, จอคอมพิวเตอร์, และบางคนก็อาจจะนึกถึงหลอดไฟ ทว่า LED จริงๆ แล้วคืออะไร ในบทความนี้จะพาผู้อ่านไปไขข้อข้องใจกัน

หลอด LED

(ที่มา : http://www.rmutphysics.com/charud/howstuffwork/led/thaiLED.htm)

        LED ย่อจาก  Light  emiiting diodes  มีให้เห็นได้ทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์  บางครั้งคุณเห็นได้ในนาฬิกาดิจิตอล   รีโมทคอนโทล  หน้าปัดอุปกรณ์ไฟฟ้า โทรทัศน์จัมโบ้   หรือแม้แต่ไฟจราจรตามสี่แยกเป็นต้น

หลอด  LED

    ที่จริงแล้วหลอด  LED  คือหลอดไฟขนาดเล็ก  แต่มีหลักการทำงานแตกต่างจากหลอดไฟมีไส้  เพราะว่าไม่มีการเผาไส้หลอด  ด้งนั้น หลอด  LED  จึงไม่เกิดความร้อน  แสงสว่างเกิดขึ้นจากการเคลื่อนของอิเล็กตรอนภายในสารกึ่งตัวนำ  ซึ่งเป็นวัสดุแบบเดียวกับที่ใช้ในการทำทรานซิสเตอร์
     ฟิสิกส์ราชมงคลจะเข้าไปอธิบายพื้นฐาน  และหลักการทำงานของหลอดไฟที่ไม่มีความร้อนนี้ ว่าเป็นอย่างไร

ไดโอดคืออะไร

    ไดโอดเป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำ ที่เราสามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของมันได้   ปกติวัสดุสารกึ่งตัวนำเป็นตัวนำไฟฟ้าที่เลว  ถ้าเราใส่สารเจือปนเข้าไป  เราสามารถควบคุมการนำไฟฟ้าให้มากหรือน้อยได้   เราเรียกวิธีนี้ว่า  การโดปปิ้ง  (doping) 
     ส่วนใหญ่หลอด  LED  ใช้สาร  อลูมิเนียมกัลเลียม อาร์เซไนล์  ( alumnium-gallium-arsenide ) ย่อเป็น  AlGaAs  เป็นสารกึ่งตัวนำ ถ้ายังไม่ได้ใส่สารเจือปน  พันธะในอะตอมจะเกาะกันอย่างแข็งแรง  ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระ  (  ประจุไฟฟ้าลบ) หรือมีอยู่น้อย  ดังนั้นมันจึงไม่ค่อยจะนำกระแส   แต่เมื่อทำการโดป  โดยการเติมสารเจือปน  ทำให้ความสมดุลของวัสดุเปลี่ยนไป 
      เมื่อเราใส่สารเจือปนแล้วทำให้อิเล็กตรอนอิสระในสารกึ่งตัวนำเพิ่มขึ้น   เรียกว่าสารประกอบชนิด  N    ส่วนสารกึ่งตัวนำที่ใส่สารเจือปนแล้ว มีประจุไฟฟ้าบวกหรือมีหลุมและ โฮลเพิ่มขึ้น   เรียกว่าสารประกอบชนิด  P    โฮล (hole) ในภาษาอังกฤษมีความหมายว่าหลุม  โดยเปรียบอิเล็กตรอนอิสระได้กับลูกหิน และปรจุบวกเป็นหลุมหรือโฮล ที่ลูกหินจะไหลมาตกนั่นเอง
      ไดโอดเกิดจากการนำสารกึ่งตัวนำชนิด  N  ติดเข้ากับสารกึ่งตัวนำชนิด  P   เชื่อมสายไฟเข้ากับขั้วไฟฟ้าทั้งสอง    เมื่อยังไม่มีการให้แรงดันไฟฟ้า  อิเล็กตรอนอิสระจาก  N  จะเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อไปที่ P   เกิดโซนดีพลีชั่น (depletion)  ขึ้น  โซนนี้เปรียบเทียบได้กับกำแพงป้องกันการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ถ้าโซนนี้มีขนาดใหญ่ขึ้น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระจะยากขึ้น    และอาจทำให้อิเล็กตรอนหยุดการเคลื่อนที่ได้  อย่างไรก็ตามถ้าควบคุมให้โซนนี้เล็กลง การเคลื่อนที่ก็จะง่ายขึ้น  

อิเล็กตรอนอิสระจาก  N  เคลื่อนที่ข้ามรอยต่อไปลงหลุมที่ P   ทำให้เกิดโซนดีพลีชั่น เป็นฉนวนกั้นการไหลของอิเล็กตรอน

      เพื่อจะทำให้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ผ่านโซนนี้ได้ง่ายขึ้น  เราต้องทำให้โซนนี้แคบลง  โดยการต่อขั้ว  N  ของไดโอดเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่   และขั้วบวกเข้ากับขั้ว P   ทำให้อิเล็กตรอนอิสระใน N ถูกดันด้วยแรงดันทางไฟฟ้า  ส่วนโฮลขั้ว P  จะถูกดันด้วยแรงทางไฟฟ้าเช่นเดียวกัน    ถ้าเราให้แรงดันทางไฟฟ้ามากพอ โซนนี้จะแคบจนหายไป  และอิเล็กตรอนอิสระสามารถเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อได้อย่างง่ายดาย  เหมือนกับไม่มีแรงเสียดทาน หรือความต้านทาน

      

เมื่อต่อขั้วลบของแบตเข้ากับ N  และขั้วบวกเข้ากับ P  ทำให้อิเล็กตรอนอิสระสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ  เหมือนกับไม่มีความต้านทาน

     ในทางกลับกัน  ถ้าคุณต่อขั้วลบเข้ากับ P  และขั้วบวกเข้ากับ N   การไหลของอิเล็กตรอนจะเป็นไปได้ยาก เพราะการเคลื่อนที่เป็นไปในทิศทางตรงกันข้าม  โซนดีพลีชั่นจะหนาขึ้น  เป็นกำแพงกั้นการไหลของกระแสไฟฟ้า

เมื่อต่อขั้วบวกของแบตเข้ากับ N  และขั้วลบเข้ากับ P โซนดีพลีชั่นมีขนาดกว้างขึ้น   อิเล็กตรอนและโฮลไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

     การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระและโฮล เป็นสาเหตุให้เกิดแสงขึ้นแต่มันเกิดขึ้นได้อย่างไรละ   ในหน้าถัดไปเรามาดูกัน

ไดโอดให้แสงได้อย่างไร

    cแสงเกิดขึ้นจากพลังงานที่ปลดปล่อยจากอะตอม   แสงเป็นโฟตรอนที่มีพลังงานและโมเมนตัม  ดังนั้นจึงเป็นอนุภาคชนิดหนึ่ง  แต่ว่าน่าแปลกที่นักวิทยาศาสตร์บอกว่าไม่มีมวล
      ภายในอะตอม อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส  และมีวงโคจรหลายวง  แต่ละวงมีพลังงานแตกต่างกัน   วงนอกมีพลังงานมากกว่าวงใน  ถ้าอะตอมได้รับพลังงานจากภายนอก  อิเล็กตรอนจะกระโดดจากวงโคจรในออกสู่วงโคจรนอก  ในทางกลับกัน   ถ้าอิเล็กตรอนกระโดดจากวงโคจรนอกเข้าสู่วงโคจรใน  มันจะปลดปล่อยพลังงานออกมา  และพลังงานนี้ก็คือแสงนั้นเอง
     ขณะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อไปที่โฮลของสาร  P  อิเล็กตรอนจะตกจากวงโคจรสูง หรือแถบนำไฟฟ้า  ไปสู่วงโคจรต่ำหรือแถบวาเลนซ์    มันจะปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตรอน   ปรากฎการณ์นี้เกิดขึ้นกับไดโอดทุกชนิด    แต่คุณสามารถเห็นแสงได้ก็ต่อเมื่อ  ความถี่ของพลังงานอยู่ในช่วงความถี่ที่ตามองเห็นได้   ดังเช่นไดโอดที่ทำจากซิลิคอน  ซึ่งมีช่วงของแถบพลังงานแคบ  ทำให้ได้โฟตรอนความถี่ต่ำ  เป็นความถี่ที่ตามองเห็นได้  อย่างไรก็ตาม ความถี่ที่ตามองไม่เห็นก็มีประโยชน์ไม่น้อย ยกตัวอย่างเช่น  ช่วงอินฟาเรด สามารถนำไปใช้ในเครื่องควบคุมระยะไกลหรือรีโมทคอนโทรล เป็นต้น

 visible  light-emitting  dioded (VLEDS) หรือหลอด LED  ที่ให้กำเนิดแสงในช่วงที่ตามองเห็น   ในรูปภาพคุณสามารถใช้เมาส์คลิกดูการกำเนิดของแสงได้

     เมื่อไดโอดให้แสงออกมาแล้ว  ถ้าเราไม่ควบคุมทิศทาง แสงจะกระจัดกระจาย  และวิ่งออกมาอย่างไม่เป็นระเบียบ  ทำให้ความเข้มของแสงน้อยลง ดังนั้นในหลอด LED  เราจะใช้พลาสติกหุ้ม  และเอียงให้แสงสามารถสะท้อนออกไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้

ควบคุมทิศทางของแสงในหลอด LED

ข้อได้เปรียบ

    หลอด LED  ได้เปรียบหลอดมีไส้  อย่างแรกคือ   มันไม่ต้องใช้การเผาไหม้ของไส้หลอด  จึงมีอายุใช้งานนานกว่า    การใช้พลาสติกหุ้มช่วยให้มีความทนทาน  และง่ายต่อการประกอบลงในแผ่นวงจรไฟฟ้า
    ข้อได้เปรียบสูงสุดคือ ประสิทธิภาพที่สูง  ในหลอดมีไส้  แสงที่ได้ออกมาเกิดจากการเผาไส้หลอดให้ร้อนจนแดง  แน่นอนพลังงานที่สูญเสียจากการเผาไหม้นั้นมากมาย ส่วนหลอด  LED   แทบไม่มีความร้อนเกิดขึ้นออกมาเลย   พลังงานส่วนใหญ่เปลี่ยนไปเป็นแสงทั้งหมด
    แต่ก่อนหลอด LED  มีราคาสูงมาก  ปัจจุบันราคาตกลงมาจนเหลือราคาต่ออันไม่กี่บาท  ทำให้เราสามารถประยุกต์หลอด LED  ไปใช้งานได้อย่างมากมายและหลากหลาย  ในอนาคตมันจะเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ขาดเสียไม่ได้

หลอดผอม T5

ช่วงหลายปีที่ผ่านมา มีการรณรงค์หลอดผอมจอมประหยัด T8 แทนการใช้หลอดอ้วน T12 เพื่อลดการใช้พลังงาน เพราะให้ความสว่างเท่ากันแต่ใช้พลังงานน้อยกว่า และในไม่กี่ปีมานี้ ก็มีการรณรงค์ให้ใช้หลอด T5 ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า กินไฟน้อยกว่า แต่ก็ให้ความสว่างไม่ต่างกัน ในบทความนี้จึงนำเสนอผู้อ่านเกี่ยวกับเกร็ดความรู้ของหลอดฟลูออเรสเซนต์ T5 และ T8 ให้ทุกท่านได้ทราบ (ที่มา : http://www.terakit.co.th/articles/41943110/%E0%B8%AB%E0%B8%A5%E0%B8%AD%E0%B8%94%E0%B8%9C%E0%B8%AD%E0%B8%A1%E0%B9%83%E0%B8%AB%E0%B8%A1%E0%B9%88T5%20:%20%E0%B9%80%E0%B8%A3%E0%B8%B7%E0%B9%88%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B9%80%E0%B8%A5%E0%B9%87%E0%B8%81%E0%B9%86%E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B9%88%E0%B8%84%E0%B8%B8%E0%B8%93%E0%B8%81%E0%B9%87%E0%B8%8A%E0%B9%88%E0%B8%A7%E0%B8%A2%E0%B8%8A%E0%B8%B2%E0%B8%95%E0%B8%B4%E0%B8%9B%E0%B8%A3%E0%B8%B0%E0%B8%AB%E0%B8%A2%E0%B8%B1%E0%B8%94%E0%B9%84%E0%B8%94%E0%B9%89.html) หลอดT5 คือหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่มีขนาดเส้นผ่านศุนย์กลาง 5 หุน ซึ่งหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่ใช้กันอยู่ทั่วไป คือ หลอด T12, T8 และ T5 แต่หลายคนอาจจะคุ้นหูกับ หลอดอ้วน (T12) หลอดผอม(T8) และหลอดผอมมาก(T5) แต่เมื่อหลายสิบปีที่ผ่านมานั้น สำนักงานคณะกรรมการนโยบายพลังงานแห่งชาติและการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย ได้กำหนดมาตรการให้เลิกผลิตหลอดอ้วน และมาผลิตหลอดผอมแทนซึ่งใช้ไฟฟ้า 36 วัตต์ จึงลดการใช้ไฟฟ้าได้ถึง 10% ภายใน 3 ปี ประเทศไทยก็เลิกใช้หลอดอ้วนและใช้หลอดผอมมาจนถึงวันนี้      หลอดT5 มีขนาดเล็กกว่าหลอดT8 แต่ขนาดไม่ได้เป็นอุปสรรคเพราะมีการทดสอบแล้วว่าหลอดT5จะให้ความเข้มแสงสูง กว่าหลอดT8ที่อุณหภูมิสูงกว่า 30 องศาเซลเซียส แต่อย่างไรก็ตามหลอดT5 ใช้พลังงานน้อยกว่าในขณะที่ให้ความสว่างเท่ากัน   ตารางเปรียบเทียบ T5 และ T8 1. หลอดผอมใหม่ T5 ประหยัดไฟกว่า T8 กว่า30%เนื่องจากหลอด ผอมใหม่ T5 ประสิทธิภาพแสงสูงกว่า T8 ทำให้ใช้พลังงานน้อยกว่าในความสว่างเท่ากัน 2. หลอดผอมใหม่ T5 ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อน้อยกว่าเนื่องจากมีขนาดเล็กกว่า จึงใช้วัสดุและสารปรอทน้อยกว่าหลอดผอม T8 และหลอดอ้วน T12 3. หลอดผอมใหม่ T5 มีอัตราการคงแสงสว่างไว้ตลอดอายุการใช้งานของหลอดไฟประมาณ95% เมื่อใช้งานไป 20,000 ชั่วโมง สูงกว่าหลอด T8และ T12 ลองประเมินกันว่า หากเปลี่ยนมาใช้หลอดT5 ทดแทนหลอดเดิม จำนวน 200ล้านหลอดทั่วประเทศ ประเทศไทยจะลดการใช้พลังงานไฟฟ้าได้ถึงปีละ 25,000 ล้านบาท คิดเป็นการลดใช้ไฟฟ้าประมาณ 200 เมกกะวัตต์และเท่ากับเป็นการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถึงปีละ 5ล้านตันต่อปีอีกด้วย เพราะเหตุผลนี้เอง ทำให้กระทรวงพลังงานออกแคมเปญอย่างต่อเนื่องมาตั้งแต่ปี 2551 ซึ่งถือเป็นหนึ่งโครงการ "ประชาร่วมใจประหยัดไฟฟ้า" โดยมีแนวทางให้ประชาชนใช้พลังงานอย่างรู้คุณค่าและมีความเข้าใจมากขึ้นกับการใช้พลังงาน และเครื่องใช้ไฟฟ้า  ความแตกต่างของหลอด T5 และ T8 แม้จะเป็นเรื่องเล็กๆ แต่หากเปลี่ยนมาใช้ ก็สามารถช่วยประหยัดไฟได้อย่างคุ้มค่า และไม่ควรมองข้าม

หลอดฟลูออเรสเซนต์

เมื่อพูดถึงหลอดไฟในชีวิตประจำวันมักจะพบกับหลอดไฟสองชนิดคือ หลอดไส้ และ หลอดเรืองแสง หรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่ใช้ตามบ้านนั่นเอง

ถ้าให้เลือกใช้หลอดไฟสองชนิดนี้ในการทำกิจกรรม หลายคนคงจะเลือกหลอดเรืองแสง เพราะมีความสว่างกว่าแต่ใช้พลังงานเท่ากัน ทำไมถึงเป็นเช่นนี้ วันนี้เราจะมาไขข้อข้องใจกันกับบทความเกี่ยวกับหลอดเรืองแสงกัน

หลอดเรืองแสงหรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent Lamp) 

(ที่มา : http://tangmo-putita-indum.blogspot.com/p/fluorescent-lamp.html) 
 

หลอดเรืองแสง

แสง คือ พลังงานที่ปลดปล่อยออกจากอะตอม   มันเป็นกลุ่มก้อนของพลังงานที่มีโมเมนตัมแต่ไม่มีมวล   อนุภาคเหล่านี้เรียกว่า โฟตอน

      อิเล็กตรอนคืออนุภาคที่มีประจุเป็นลบ  หมุนอยู่รอบนิวเคลียสที่มีประจุเป็นบวก    มีอยู่หลายตัว  แต่ละตัวอยู่ในวงโคจรที่แตกต่างกัน  พลังงานวัดได้จากระยะห่างจากนิวเคลียส  ทำให้อิเล็กตรอนมีพลังงานในแต่ละระดับแตกต่างกัน   กล่าวได้ว่า อิเล็กตรอนที่มีวงโคจรไกลจากนิวเคลียสมีพลังงานมากกว่าวงโคจรใกล้ นิวเคลียส  

      เมื่ออะตอมได้รับพลังงานจากภายนอก    อิเล็กตรอนวงโคจรต่ำจะถูกกระตุ้นเปลี่ยนไปอยู่ในวงโคจรสูง ซึ่งไม่เสถียร  ดังนั้นอิเล็กตรอนจะหมุนอยู่ในวงโคจรนี้ชั่วครู่ และตกลงสู่วงโคจรเดิม   ปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน  ซึ่งก็คือแสงนั่นเอง

       ความยาวคลื่นของแสงที่ได้ขึ้นอยู่กับ ปริมาณของพลังงาน  และตำแหน่งของอิเล็กตรอน   ดังนั้นอะตอมของธาตุแต่ละประเภท จะให้แสงที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกัน   หรือจะกล่าวว่า  สีของแสงขึ้นอยู่กับชนิดของอะตอมหรือธาตุที่ได้รับการกระตุ้น

      กลไกพื้นฐานดังกล่าวนี้ ใช้กับแหล่งกำเนิดแสงได้ทุกประเภท  หลอดฟลูออเรสเซนต์ก็ใช้ได้เหมือนกัน 

หลอดเรืองแสง

        
  ถ้าย้อนหลังกลับไปจนถึงปี พ.ศ. 2439  เมื่อโทมัส อัลวาเอดิสันได้คิดประดิษฐ์หลอดเรืองแสงรุ่นแรกทีสามารถทำงานได้นั้นหลอด ไฟฟ้าชนิดนี้ก็ยังมิได้มีการผลิตออกมาในเชิงพาณิชย์อย่างจริงจัง จนกระทั่งได้มีการค้นคิดดัดแปลงให้มีลักษณะสมบูรณ์ทันสมัยขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2481  ราวช่วงต้นของสองทศวรรษที่ผ่านมามีการใช้หลอดเรืองแสงเพื่อให้แสงสว่างเป็น จำนวนกว่าครึ่งหนึ่งของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการให้แสงสว่างทั้งหมดที่มีใช้ อยู่ในสหรัฐอเมริกาเองได้มีการผลิตหลอดเรืองแสงเป็นจำนวนสูงถึงกว่า 300 ล้านหลอด

                การที่หลอดเรืองแสงได้รับความนิยมใช้สูง เพราะสาเหตุหลักในแง่ของความประหยัด ทั้งนี้เพราะหลอดไฟฟ้าชนิดนี้ สามารถให้ความสว่างได้มากกว่าหลอดไฟฟ้าชนิดจุดไส้หลอด     ธรรมดาถึง 5 เท่าตัว  ในปริมาณการกินกำลังวัตต์ไฟฟ้าที่เท่ากัน  และถึงแม้ว่าราคาจะสูงกว่าแต่อายุการใช้งานก็ยาวนานกว่ามาก ดังนั้น เมื่อเทียบกันแล้วยังเรียกได้ว่าเป็นการลงทุนที่ต่ำและคุ้มค่ากว่า นอกจากนั้นแล้ว ในปัจจุบันนี้ ได้มีการพัฒนาหลอดเรืองแสงให้ก้าวหน้าไปกว่าเดิมมาก สามารถใช้งานได้กว้างขวางขึ้นและยังเพิ่มความสวยงามของแสงสีให้น่าดูขึ้นอีก ด้วย โดยแต่เดิม แสงจากหลอดเรืองแสงซึ่งมีเพียงสีขาวออกน้ำเงินจางๆ นั้น ปัจจุบันสามารถทำให้มีแสงสีได้เกือบจะทุกสีตามต้องการได้ ส่วนรูปร่างลักษณะของหลอดที่เคยเป็นเพียงหลอดตรงยาวธรรมดาก็จะมีทั้งชนิดวง กลมหรือแม้แต่เป็นหลอดรูปตัวยู (U) นอกจากนี้ยังมีหลอดเรืองแสงชนิดพิเศษสำหรับใช้ในงานเกษตรกรรมและสำหรับฆ่าเชื้อโรคด้วย

โครงสร้างภายในของหลอดเรืองแสง

                หลอดเรืองแสงมีลักษณะเป็นหลอดแก้วที่มีฝาปิดหัวท้าย (รูปที่ 1) มีขั้วติดอยู่บนแต่ละฝาเพื่อเป็นตัวนำไฟฟ้าสู่ชั้นส่วนประกอบภายในที่เรียก ว่าแคโทดหรือไส้หลอด ภายในตัวหลอดจะบรรจุเม็ดปรอทและก๊าซเฉื่อยไว้ ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นก๊าซอาร์กอนและนีออนส่วนผิวหน้าด้านในของหลอดแก้วจะฉาบ ไว้ด้วยผงเรืองแสงที่เรียกว่า ฟอสฟอร์ซึ่งจะเรืองแสงขึ้นเมื่อมีรังสีอัลตราไวโอเลตส่องมากระทบ

                จากที่กล่าวไปนั้น จึงมีข้อควรระวังสำหรับการทิ้งหลอดเรืองแสงที่เสียแล้วว่าอย่าได้ทุบให้มัน แตกเป็นอันขาด เพราะภายในหลอดมีปรอทซึ่งเป็นสารพิษบรรจุอยู่ นอกจากนี้ยังอาจจะถูกเศษแก้วบางๆ ของหลอดได้

หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent)

   เป็น หลอดไฟฟ้าที่นิยมใช้กันทั่วไป เพราะว่าให้แสงสว่างนวลสบายตา และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าหลอดไส้ถึง 8 เท่า ลักษณะของหลอดเป็นรูปทรงกระบอก รูปวงกลมและตัวยู มีขนาดอัตราทนกำลัง 10 วัตต์, 20 วัตต์, 32 วัตต์, และ 40 วัตต์เป็นต้น ขนาด 40 วัตต์มีอายุการใช้ังาน 8,000 ถึง 12,000 ชั่วโมง ให้ความสว่างของแสงประมาณ 3,100 ลูเมน ดังรูป

หลอดฟลูออเรสเซนต์

อีเล็กโทรด(ขั้วหลอด)

        ภาย ในหลอดจะบรรจุด้วยก๊าซเฉื่อยประเภทอาร์กอนและไอปรอท บริเวณหลอดแก้วด้านในเคลืือบด้วยสารเรืองแสง ก๊าชที่บรรจุอยู่ภายในหลอดจะแตกตัวเป็นไอออน เมื่่อแรงดันที่ขั้ว แคโถดทั้งสองข้างของหลอดมีค่าสูงพอ ความต้านทานภายในหลอดก็จะต่ำลงทันทีทำให้กระแสไฟฟ้าหลผ่านหลอดแก้วไปกระทบไอ ปรอท ทำให้ไอปรอทเปล่งรังสีอัลตราไวโอเลตออกมาและจะกระทบกับสารเรืองแสงที่เคลือบ ผิวด้านในของหลอดแก้ว หลอดจึงสว่างขึ้น

           การ ต่อวงจรใช้งานเริ่มจากต่อสายไฟ 220 VAC เส้นหนึ่งต่อเข้ากับบาลาสต์ จากบาลาสต์ต่อไปยังขั้วหลอดหนึ่ง ขั้วหลอดสองต่อไปยังสตาร์ทเตอร์และต่อเข้าขั้วหลอดอีกด้านหนึ่งจากขั้วหลอด จะต่อเข้าไฟ AC อีกเส้นหนึ่งจนครบวงจร ดังรูป แสดงการต่อวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์เพื่อใช้งาน

รูปแสดงการต่อใช้งานของหลอดฟลูออเรสเซนต์

           บัลลาสต์ ที่ใช้กับหลอดฟลูออเรสเซนต์มีหน้าที่อยู่หลายอย่างคือ สร้างแรงดันไฟฟ้า่สูงในขณะที่หลอดเริ่มทำงาน เมื่อหลอดทำงานแล้วจะทำหน้าที่ลดแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมหลอดให้ต่ำลง และนอกจากนี้ยังทำหน้าที่จตำกัดกระแสไม่ให้ไหลผ่านหลอดมากเกินไปในขณะที่ หลอดให้แสงสว่างออกมาบัลลาสต์ที่นิยมใช้อยู่มี 3 ชนิดคือ ชนิดขดลวด (Choke Coils Ballast) ชนิดหม้อแปลงขดลวดชุดเดียว (Autotranformer Ballast) และชนิดบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์(Electronic Ballast)

         

   สตาร์ทเตอร์

        สตา ร์ทเตอร์ ที่ใช้กับหลอดฟลูออเรสเซนต์มีหน้าที่เป็นสวิตซ์ เพื่อช่วยในการจุดไส้หลอดให้ทำงานมีอยู่หลายชนิดคือ แบบมีก๊าชบรรจุอยู่ภายใน (Glow Type), แบบใช้ความร้อน (Thermal Starter), แบบใช้มือในการตัดต่อ (Manual Reset Cutout Starter) และสตาร์ตเตอร์แบบตัดต่อโดยอัตโนมัติ (Automatic Reset Cutout Starter)

     

หลอดฟลูออเรสเซนต์แบบต่างๆ

ขาหลอดฟลูออเรสเซนต์แบบต่างๆ

หลอดเรืองแสงหรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent Lamp)

หลอด เรืองแสงหรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent Lamp) ทำด้วยหลอดแก้วที่สูบอากาศออกจนหมดแล้วบรรจุไอปรอทไว้เล็กน้อย มีไส้ที่ปลายหลอดทั้งสองข้าง หลอดเรืองแสงอาจทำเป็นหลอดตรง หรือครึ่งวงกลมก็ได้ ส่วนประกอบและการทำงานของหลอดเรืองแสง มีดังนี้

1. ตัวหลอด ภาย ในสูบอากาศออกจนหมดแล้วบรรจุไอปรอทและก๊าซอาร์กอน เล็กน้อย ผิวด้านในของหลอดเรืองแสงฉาบด้วยสารเรืองแสงชนิดต่างๆ แล้วแต่ความต้องการให้เรืองแสงเป็นสีใด เช่น ถ้าต้องการให้เรืองแสงสีเขียว ต้องฉาบด้วยสารซิงค์ซิลิเคต แสงสีขาวแกมฟ้าฉาบด้วยมักเนเซียมทังสเตน แสงสีชมพูฉาบด้วยแคดเนียมบอเรต เป็นต้น
2. ไส้หลอด ทำ ด้วยทังสเตนหรือวุลแฟรมอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านไส้หลอดจะทำให้ไส้หลอดร้อนขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นจะทำให้ไอปรอทที่บรรจุไว้ในหลอดกลายเป็นไอมากขึ้น แต่ขณะนั้นกระแสไฟฟ้ายังผ่านไอปรอทไม่สะดวก เพราะปรอทยังเป็นไอน้อยทำให้ความต้านทานของหลอดสูง
3. สตาร์ตเตอร์ ทำ หน้าที่เป็นสวิตซ์ไฟฟ้าอัตโนมัติของวงจรโดยต่อขนานกับหลอด ทำด้วยหลอดแก้วภายในบรรจุก๊าซนีออนและแผ่นโลหะคู่ที่งอตัวได้ เมื่อได้รับความร้อน เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซนีออน ก๊าซนีออนจะติดไฟเกิดความร้อนขึ้น ทำให้แผ่นโลหะคู่งอจนแตะติดกันทำให้กลายเป็นวงจรปิดทำให้กระแสไฟฟ้าผ่านแผ่น โลหะได้ครบวงจร ก๊าซนีออนที่ติดไฟอยู่จะดับและเย็นลง แผ่นโลหะคู่จะแยกออกจากกันทำให้เกิดความต้านทานสูงขึ้นอย่างทันทีซึ่งขณะ เดียวกันกระแสไฟฟ้าจะผ่านไส้หลอดได้มากขึ้นทำให้ไส้หลอดร้อนขึ้นมาก ปรอทก็จะเป็นไอมากขึ้นจนพอที่นำกระแสไฟฟ้าได้
4. แบลลัสต์ เป็น ขดลวดที่พันอยู่บนแกนเหล็ก ขณะกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะเกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้เกิดแรงเคลื่อน ไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น เมื่อแผ่นโลหะคู่ในสตาร์ตเตอร์แยกตัวออกจากกันนั้นจะเกิดวงจรเปิดชั่วขณะ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในแบลลัสต์จึงทำให้เกิดความต่างศักย์ ระหว่างไส้หลอดทั้งสองข้างสูงขึ้นเพียงพอที่จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไอปรอท จากไส้หลอดข้างหนึ่งไปยังไส้หลอดอีกข้างหนึ่งได้ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดจากแบลลัสต์นั้นจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า เหนี่ยวนำไหลสวนทางกับกระแสไฟฟ้าจากวงจรไฟฟ้าในบ้าน ทำให้กระแส ไฟฟ้าที่จะเข้าสู่วงจรของหลอดเรืองแสงลดลง

หลักการทำงานของหลอดเรืองแสง

เมื่อกระแสไฟฟ้า ผ่านไอปรอทจะคายพลังงานไฟฟ้าให้อะตอมไอปรอท 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) เป็นการบอกถึงปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไปใน 1 วินาที เช่น 20 W หมายถึง หลอดไฟฟ้านี้จะใช้พลังงานไป 20 จูลในเวลา 1 วินาที ดังนั้นหลอดไฟฟ้าและหลอดเรืองแสงที่มีกำลังไฟฟ้ามาก เมื่อใช้งานก็ยิ่งสิ้นเปลืองกระแสไฟฟ้ามาก ทำให้เสียค่าใช้จ่ายมากขึ้นด้วย ปัจจุบันมีการผลิตหลอดไฟพร้อมอุปกรณ์ประกอบ เช่น บัลลาสต์ แบบประหยัดพลังงานขึ้นมาใช้หลายชนิด เช่น หลอดตะเกียบ หลอดผอม บัลลาสต์เบอร์ 5 เป็นต้น

ขอขอบคุณ ข้อมูลที่มีประโยชน์จาก คุณ Putita จาก blogspot
เพื่อร่วมกันสร้างสังคมแห่งการเรียนรู้บนโลกอินเตอร์เน็ต

ประวัติหลอดไฟ

ห่างหายกันไปนานกับการนำเสนอบทความน่ารู้ ขณะนั่งทำงานมีโอกาสมองไปด้านบนเพดานก็เห็นหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ติดอยู่ เลยเกิดความสงสัยว่าหลอดไฟมีความเป็นมาอย่างไร เมื่อพูดถึงหลอดไส้ เรามักจะนึกถึง โทมัส อัลวา เอดิสัน ผู้คิดค้นหลอดไส้ที่เราใช้มาจนถึงทุกวันนี้ แล้วนอกจากโทมัส อัลวา เอดิสัน จะมีใครคิดค้นขึ้นมาก่อนหรือไม่ ดังนั้นในวันนี้จึงนำบทความดีๆ จาก variety.teenee.com เกี่ยวกับความเป็นมาของหลอดไฟมานำเสนอให้กับท่านผู้อ่านทุกคน

ประวัติหลอดไฟ

cosmic-radiation ต้น ค.ศ.1900 เจม เพรสคอตต์ จูลัส ทดลองไปมาจนพบว่าเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าไปยังตัวต้านทานบางชนิด จะทำให้เกิดความร้อนและมีแสงสว่างออกมา ทำให้ เซอร์ โจเซฟ สวอน(ฝั่งอังกฤษ) และ โทมัส อัลวา เอดิสัน เกิดไอเดียขึ้นมา ต่างฝ่ายพยายามพัฒนาหลอดไฟตามแนวทางของตน สวอน ฝั่งอังกฤษแสดงหลอดไฟฟ้าก่อนใน พ.ศ. 2421 และทำการจดลิขสิทธ์จากหลอดสูญญากาศที่มีคาร์บอนเป็นใส้หลอด ส่วนจะจุดได้นานเท่าไรไม่ทราบ ต่อมา ปีศาจแห่งการทดลองเอดิสัน เอาบ้าง หลังจากที่ผ่านการทดลองเอาวัตถุแทบทุกชนิด(มีเรื่องเล่าว่ากระทั่งหนวดของเพื่อนยังเอามาทดลอง) ในที่สุดก็ได้ไส้หลอดที่ทำมาจากพวกฝ้ายที่นำมาปั่นเป็นหลอดและเผาไฟให้เป็นคาร์บอน(ก็ พวกถ่านนั่นล่ะ) หลอดไฟของเขาก็ได้รับการจดลิขสิทธิ์ และหลอดที่นำมาโชว์ติดอยู่ 13 ชั่วโมงครึ่ง และเขายังพัฒนาการต่อไฟจากแบบอนุกรมให้เป็นแบบขนานสามารถเลือกปิด-เปิด เฉพาะดวงได้ สังเกตว่าถ้าเอ่ยถึงหลอดไฟฟ้า เรามักนึกถึงเอดิสัน แทนที่จะเป็น สวอน เนื่องเพราะ สวอนไม่ได้พัฒนาระบบวงจรไฟฟ้าและอุปกรณ์เสริมแต่งอื่นๆ คนไหนที่ซื้อหลอดไฟฟ้าเขาไปต้องหาอุปกรณ์อย่างอื่น เช่น หม้อปั่นไฟ เป็นต้น ในขณะที่ทางเอดิสันพัฒนาระบบไฟฟ้าอย่างดียิ่ง มีการเดินสายแจกจ่ายไฟฟ้าไปตามบ้านเรือนทำให้สะดวกสบายในการใช้งานและแพร่หลาย ทำให้ชื่อเสียงไหลมาทางเอดิสันมากกว่าสวอน starter แต่หลอดไฟฟ้าที่ทำมาจากแท่งคาร์บอน มีข้อเสียคือขาดง่าย ใน พ.ศ 2453 วิลเลียม เดวิส แห่งบริษัท Generel Electric ได้ทดลองใช้ทังสะเทน ทำเป็นใส้หลอด เพื่อให้ทนความร้อนมากขึ้น ไส้หลอดของเขาทนความร้อนได้ถึง 3410 องศาเซลเซียส ในขณะที่ไส้หลอดมีอุณหภูมิ 2456 องศาเซลเซียส ปัญหาไส้หลอดขาดเพราะความร้อนจึงจางหายไป เขาจัดการจดลิขสิทธ์ใน พ.ศ. 2456 หรืออีกสามปีต่อมา แต่ปัญหาใหม่ก็ถามหา เมื่อไส้หลอดของเดวิสร้อน อนุภาคของทังสะเทนบางส่วนจะหลุดออกมา และไปเกาะตามผิวหลอดไฟฟ้า ทำให้ใช้งานระยะหนึ่งหลอดจะเริ่มมัวลง ต่อมาจึงมีการเติมก๊าซเฉื่อยลงไป เช่น พวกอาร์กอน ไนโตรเจน ทำให้หลอดไฟว่างขาวนวล แต่ปัญหาอย่างใหม่ก็มาเยือนอีก ก๊าซที่เติมลงไปในหลอดทำให้เกิดการพาความร้อนจากไส้หลอดทำให้ใช้งานไประยะ หนึ่งหลอดจะลดแสงสว่างลงเพราะความร้อนที่ใส้หลอดลดลง จึงต้องจัดการแก้ไขปัญหาโดยการทำให้ไส้หลอดเป็นเกลียวเพื่อเพิ่มความร้อนให้ ไส้หลอด นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมไส้หลอดจึงขดเป็นเกลียว ข้อเสียของหลอดไฟฟ้าแบบมีไส้หลอด ปัญหายังไม่หมดไป เพราะหลอดไฟฟ้าจะมีความร้อนออกมามากทำให้มีความต้องการที่จะพัฒนาต่อไป หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent) ผลที่เกิดจากปรากฏการณโพโตอิเล็กทริก ที่เกี่ยวกับการแผ่รังสี (radiation) ทำให้มีการดัดแปลงการทดลองไปหลายวิธี แต่วิธีหนึ่งที่เป็นไอเดียเกี่ยวกับหลอดไฟฟ้าคือ เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้า(ก็คืออิเล็กตรอนนั่นล่ะ) ที่มีแรงดันสูงเข้าไปในหลอดแก้วที่มีก๊าซอยู่ข้างในทำให้เกิดแสงสว่างขึ้นมา ซึ่งเกิดจากอะตอมของก๊าซได้รับพลังงงานจากอิเล็กตรอน อะตอมของก๊าซจึงมีการแผ่พลังงานออกมาในรูปของแม่เหล็กไฟฟ้า มีอยู่บางช่วงคลื่นที่สายตามองเห็น จอช์จ คลอสิต นำเสนอหลอดเรืองแสงเป็นครั้งแรก ใน พ.ศ. 2453 หลอดไฟฟ้าของเขาบรรจุก๊าซนีออนให้แสงสีแดง และสีอื่นๆ ตามแต่ชนิดของแก๊ซ นี่คือต้นแบบหลอดนีออนหลอดแรกของโลก การทดลองยังคงดำเนินต่อไป จนในที่สุดพบว่าถ้าบรรจุไอปรอท (Mercury vapour) และฉาบผิวหลอดแก้วด้านในด้วยฟอสฟอรัส หรือสารเรืองแสง เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไป ไอปรอทจะถูกกระตุ้นและแผ่พลังงานออกมาในรูปของรังสีที่มีความยาวคลื่น 254 nm ออกมา ซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่สายตามองไม่เห็นและเป็นอันตราย รังสีที่ไอปรอทแผ่ออกมาจะกระทบกับสารเรื่องแสงที่ผนังหลอด สารเรืองแรงจะดูดซับรังสีที่เป็นอันตรายเอาไว้และตัวมันเองจะแผ่พลังงานใน รูปของคลื่นที่มีความที่ที่สายตาคนมองเห็นได้ออกมาแทน ที่เรียกว่า แสงขาวอุ่น (Warm white) เรียกหลอดพวกนี้ว่า หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent) (แต่เรามักเรียกว่าหลอดนีออนกันจนชิน) หลอดนีออน ใช้งานกันอย่างจริงจังจังเมื่อ พ.ศ 2477 - 2479 ซึ่งในการใช้งานจริงๆ ต้องมีอุปกรณ์อื่นช่วยคือ สตาร์ทเตอร์ (starter) และบาลาสท์ (Ballast) โดยที่ในการจุดหลอดครั้งแรกจะต้องใช้ไฟแรงสูงเสียก่อนเพื่อกระตุ้นให้หลอดทำงาน สตาร์ทเตอร์ทำงานโดยการปิด-เปิด วงจร อย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดแรงดันสูง พอหลอดติดแล้วหน้าที่ของสตาร์ทเตอร์ก็หมดไป และมีบาลาสต์ทำหน้าที่ต่อแทน และมีการใช้ก๊าซเฉื่อยใส่เข้าไปในหลอดด้วยเพื่อช่วยในการกระตุ้นอิเล็กตรอน ไอปรอท แสงขาวอุ่น (Warm white) การเปลี่ยนสารที่ฉาบผนังหลอด จะทำให้ได้แสงสีต่างกันออกไป เช่น BAM (Barium Magnesium) จะให้สีน้ำเงิน CAT (Cerium Magnesium Terbiumaluminate จะให้แสงสีเขียว ส่วนทางหลอดไฟก็ยังได้รับการพัฒนาต่อไป มีการสร้างหลอดไฟฟ้าแบบฮาโลเจนซึ่งมีการเติมก๊าซอาโลเจนในหลอด อะตอมของทังสะเทนที่หลุดออกมาจะไม่ไปจับผนัง แต่จะจับกับฮาโลเจนแทน (ก๊าซฮอาโลเจนมีความดันสูง หลอดไฟหรือกระเปาะไฟจึงมักทำด้วยควอตซ์) พอสารประกอบระหว่างฮาโลเจนกับทังสะเทนไปใกล้ไส้หลอดที่มิอุณหภูมิสูง สารประกอบที่เกิดจากการจับตัวของไฮโดรเจนกับทังสะเทนจะแตกตัวออก หมุนวนเช่นนี้เรื่อยไปทังสะเทนจึงไม่มีโอกาศจับผิวหลอด ส่วนในเมืองไทย มีการพัฒนาหลอดไฟฟ้าอีกรูปแบบหนึ่งที่ไฮเทคมากกว่าฝรั่ง ไม่ต้องใช้ไฟฟ้าก็สามารถเรืองแสงได้ เช่น พวกผีกระสือ ผีโป่ง เป็นต้น น่าจะจับมาไว้ทำเป็นหลอดไฟคงจะดีไม่น้อย ศัพท์น่ารู้เกี่ยวกับหลอดไฟ วัตต์ = กำลังไฟฟ้าที่หลอดไฟใช้ ไม่ใช่วัดความสว่าง ลูเมน = หน่วยวัดกำลังสว่างของไฟ หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent ขอขอบคุณ ข้อมูลที่มีประโยชน์จาก เว็บไซต์ http://variety.teenee.com/world/1708.html เพื่อร่วมกันสร้างสังคมแห่งการเรียนรู้บนโลกอินเตอร์เน็ต