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