หลอดไฟโฆษณา

หลอดไฟโฆษณา

                หลอดไฟโฆษณาหรือหลอดนีออน  เป็นหลอดแก้วที่ถูกลนไฟแล้วดัดให้เป็นรูปหรือตัวอักษร ไม่มีไส้หลอดแต่ที่ปลายทั้งสองข้างจะมีขั้วไฟฟ้าทำด้วยโลหะ ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า  ที่มีความต่างศักย์สูงประมาณ 10,000 โวลต์ ภายในหลอดสูบอากาศออกจนหมดแล้วใส่ก๊าซบางชนิดที่ให้แสงสีต่างๆออกมาเมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่าน เช่นก๊าซนีออนให้แสงสีแดงหรือส้ม ก๊าซฮีเลียมให้แสงสีชมพู  ความต่างศักย์ที่สูงมากๆ จะทำให้ก๊าซที่บรรจุไว้ในหลอดเกิดการแตกตัวเป็นอิออน และนำไฟฟ้าได้ เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซเหล่านี้จะทำให้ก๊าซร้อนติดไฟให้แสงสีต่างๆได้

หลักการทำงาน

           หลอดไฟโฆษณาหรือหลอดนีออนเป็นหลอดแก้วขนาดเล็กที่ถูกลนไฟแล้วดัดให้เป็นรูปภาพหรือตัวอักษรต่างๆ ไม่มีไส้หลอด แต่ที่ปลายทั้งสองข้างจะมีขั้วไฟฟ้าทำด้วยโลหะ ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า  ที่มีความต่างศักย์สูงประมาณ 10,000 โวลต์ ภายในหลอดชนิดนี้ จะสูบอากาศออกจนเป็นสุญญากาศหมดแล้วบรรจุใส่ก๊าซบางชนิดที่จะให้พลังงานแสงสีต่างๆออกมาเมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่าน เช่น ก๊าซนีออนให้แสงสีแดงหรือส้ม ก๊าซฮีเลียมให้แสงสีชมพู ความต่างศักย์ที่สูงมากๆ จะทำให้ก๊าซที่บรรจุไว้ในหลอดเกิดการแตกตัวเป็นอิออนและนำไฟฟ้าได้ เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซเหล่านี้จะทำให้ก๊าซร้อนติดไฟให้แสงสีต่างๆได้และเป็น หลอดไฟฟ้าที่ทำงานด้วยหลักการปล่อยประจุความเข้มสูง มีปริมาณเส้นแรงของแสงสว่างต่อวัตต์สูงกว่าหลอดชนิดอื่น ๆ ส่องสว่างได้ไกลเหมาะกับงานสนาม นิยมใช้ตามถนน บริเวณเสาไฟฟ้าและโรงงานอุตสาหกรรม

         การทำงานของหลอดนีออน เมื่อไส้หลอดเผาจนร้องแดง ทำให้อิเล็กตรอนจากไส้หลอดวิ่งชนอะตอมของก๊าซที่บรรจุอยู่ภายในหลอด เกิดการแตกตัวเป็นอิออนและมีสมบัตินำไฟฟ้า ซึ่งจะร้อนและติดไฟให้พลังงานแสงสีต่างๆ

    สมบัติของแก๊สที่บรรจุภายใน
ไอปรอท  ให้พลังงานแสงสีฟ้าปนเขียว
แก๊สอาร์กอน ให้พลังงานแสงสีขาวปนฟ้า
แก๊สฮีเลียม ให้พลังงานแสงสีชมพู
ไอโซเดียม ให้พลังงานแสงสีเหลือง
แก๊สนีออน ให้พลังงานแสงสีแดง หรือ ส้ม

ภาพประกอบ 

 

 

 

 

หลอดเรืองแสง

หลอดเรืองแสง

                ถ้าย้อนหลังกลับไปจนถึงปี พ.ศ. 2439  เมื่อโทมัส อัลวาเอดิสันได้คิดประดิษฐ์หลอดเรืองแสงรุ่นแรกทีสามารถทำงานได้นั้นหลอดไฟฟ้าชนิดนี้ก็ยังมิได้มีการผลิตออกมาในเชิงพาณิชย์อย่างจริงจัง จนกระทั่งได้มีการค้นคิดดัดแปลงให้มีลักษณะสมบูรณ์ทันสมัยขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2481  ราวช่วงต้นของสองทศวรรษที่ผ่านมามีการใช้หลอดเรืองแสงเพื่อให้แสงสว่างเป็นจำนวนกว่าครึ่งหนึ่งของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการให้แสงสว่างทั้งหมดที่มีใช้อยู่ในสหรัฐอเมริกาเองได้มีการผลิตหลอดเรืองแสงเป็นจำนวนสูงถึงกว่า 300 ล้านหลอด

                การที่หลอดเรืองแสงได้รับความนิยมใช้สูง เพราะสาเหตุหลักในแง่ของความประหยัด ทั้งนี้เพราะหลอดไฟฟ้าชนิดนี้สามารถให้ความสว่างได้มากกว่าหลอดไฟฟ้าชนิดจุดไส้หลอดธรรมดาถึง 5 เท่าตัว ในปริมาณการกินกำลังวัตต์ไฟฟ้าที่เท่ากัน และถึงแม้ว่าราคาจะสูงกว่าแต่อายุการใช้งานก็ยาวนานกว่ามาก ดังนั้น เมื่อเทียบกันแล้วยังเรียกได้ว่าเป็นการลงทุนที่ต่ำและคุ้มค่ากว่า นอกจากนั้นแล้ว ในปัจจุบันนี้ ได้มีการพัฒนาหลอดเรืองแสงให้ก้าวหน้าไปกว่าเดิมมาก สามารถใช้งานได้กว้างขวางขึ้นและยังเพิ่มความสวยงามของแสงสีให้น่าดูขึ้นอีกด้วย โดยแต่เดิม แสงจากหลอดเรืองแสงซึ่งมีเพียงสีขาวออกน้ำเงินจางๆ นั้น ปัจจุบันสามารถทำให้มีแสงสีได้เกือบจะทุกสีตามต้องการได้ ส่วนรูปร่างลักษณะของหลอดที่เคยเป็นเพียงหลอดตรงยาวธรรมดาก็จะมีทั้งชนิดวงกลมหรือแม้แต่เป็นหลอดรูปตัวยู (U) นอกจากนี้ยังมีหลอดเรืองแสงชนิดพิเศษสำหรับใช้ในงานเกษตรกรรมและสำหรับฆ่าเชื้อโรคด้วย

โครงสร้างภายในของหลอดเรืองแสง

                หลอดเรืองแสงมีลักษณะเป็นหลอดแก้วที่มีฝาปิดหัวท้าย (รูปที่ 1) มีขั้วติดอยู่บนแต่ละฝาเพื่อเป็นตัวนำไฟฟ้าสู่ชั้นส่วนประกอบภายในที่เรียกว่าแคโทดหรือไส้หลอด ภายในตัวหลอดจะบรรจุเม็ดปรอทและก๊าซเฉื่อยไว้ ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นก๊าซอาร์กอนและนีออนส่วนผิวหน้าด้านในของหลอดแก้วจะฉาบไว้ด้วยผงเรืองแสงที่เรียกว่า ฟอสฟอร์ซึ่งจะเรืองแสงขึ้นเมื่อมีรังสีอัลตราไวโอเลตส่องมากระทบ

ภาพประกอบ

 

การเรืองแสงของหลอดเรืองแสง การเรืองแสงขึ้นของหลอดเรืองแสงนั้นมีกระบวนการเป็นขั้นตอน(รูปที่ 2 ) กล่าวคือในขั้นต้นจะมีการผลิตรังสีอัลตราไวโอเลตที่ตามองไม่เห็นขึ้นก่อน  จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นแสงสว่างที่ตามองเห็นได้กระบวนการจะเริ่มต้นเมื่อไส้หลอดได้รับแรงดันไฟฟ้าแล้วปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมาประจุก๊าซภายในหลอดก๊าซที่ถูกประจุนี้ จะเป็นตัวนำไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านถึงกันระหว่างไส้หลอดทั้งสอง ความร้อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านหลอดนี้ จะทำให้เม็ดปรอทกลายเป็นไอและถูกอิเล็กตรอนในกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านหลอดในขณะนั้นเองชนและปลดปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตออกมา เมื่อรังสีอัลตราไวโอเลตชนกระทบเข้ากับอะตอมของผงฟอสฟอร์ที่ฉาบผิวหลอดไว้ก็จะเกิดเรืองแสงสว่างที่ตามองเห็นได้             

ระบบการเริ่มจุดหลอดเรืองแสง

1. เมื่อเปิดสวิตซืให้กระแสไฟฟ้าสู่ระบบ บัลลาสต์จะจัดจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้แก่สตาร์เตอร์ ภายในสตาร์ตเตอร์จะประกอบด้วยหลอดแก้วที่ประจุก๊าซนีออนไว้ ภายในหลอดแก้วมีขั้วของหน้าสัมผัส 2 ขั้ว ทำหน้าที่เป็นสวิตช์อัตโนมัติทำงานได้ด้วยความร้อน ดังนั้นหลอดแก้วนี้จึงเรียกว่า“สวิตช์ความร้อน” แรงดันไฟฟ้าที่บัลลาสต์จัดจ่ายให้ดังกล่าวข้างต้นนั้นไม่สูงพอที่จะก่อให้เกิดขั้นตอนการเรืองแสงของหลอดได้ แต่จะทำให้เกิดประกายไฟฟ้าขึ้นระหว่างขั้วหน้าสัมผัสของสวิตช์ความร้อนทั้ง 2 ขั้ว

2. ขั้วหน้าสัมผัสขั้วหนึ่งมีลักษณะเป็นแถบโลหะคู่ซึ่งจะคลายถ่างออกได้เมื่อได้รับความร้อนจากประกายไฟฟ้าทำให้สวิตช์ความร้อนเริ่มเปิดทำงานปล่อยให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านในวงจรได้ในขณะเดียวกัน แถบโลหะคู่จะเย็นลงพร้อมๆ กับที่กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรขณะนั้นเริ่มทำให้ไส้หลอดร้อนขึ้น

3. ใน 2-3 วินาทีต่อจากนั้น แถบโลหะคู่ก็จะงอตัวกลับเข้ามา ตัดให้สวิตช์ความร้อนหยุดทำงาน ซึ่งก็จะเป็นเวลาพอดีกับที่แรงดันไฟฟ้าจากบัลลาสต์ก่อให้เกิดประจุเคลื่อนที่ระหว่างไส้หลอดที่ถูกอุ่นให้ร้อนได้ ต่อจากนั้นแล้ว กระแสไฟฟ้าทั้งหมดจะไหลผ่านหลอดโดยตรง ส่วนสวิตช์ความร้อนของสตาร์ตเตอร์จะถูกตัดออกจากวงจรไป

ธรรมชาติของแสง

      แสงคือพลังงานที่ปลดปล่อยออกจากอะตอม   มันเป็นกลุ่มก้อนของพลังงานที่มีโมเมนตัมแต่ไม่มีมวล   อนุภาคเหล่านี้เรียกว่าโฟตอน

      อิเล็กตรอนคืออนุภาคที่มีประจุเป็นลบ  หมุนอยู่รอบนิวเคลียสที่มีประจุเป็นบวก    มีอยู่หลายตัว  แต่ละตัวอยู่ในวงโคจรที่แตกต่างกัน  พลังงานวัดได้จากระยะห่างจากนิวเคลียส  ทำให้อิเล็กตรอนมีพลังงานในแต่ละระดับแตกต่างกัน   กล่าวได้ว่า อิเล็กตรอนที่มีวงโคจรไกลจากนิวเคลียสมีพลังงานมากกว่าวงโคจรใกล้นิวเคลียส  

      เมื่ออะตอมได้รับพลังงานจากภายนอก    อิเล็กตรอนวงโคจรต่ำจะถูกกระตุ้นเปลี่ยนไปอยู่ในวงโคจรสูง ซึ่งไม่เสถียร  ดังนั้นอิเล็กตรอนจะหมุนอยู่ในวงโคจรนี้ชั่วครู่ และตกลงสู่วงโคจรเดิม   ปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน  ซึ่งก็คือแสงนั่นเอง ความยาวคลื่นของแสงที่ได้ขึ้นอยู่กับ ปริมาณของพลังงาน  และตำแหน่งของอิเล็กตรอน   ดังนั้นอะตอมของธาตุแต่ละประเภท จะให้แสงที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกัน   หรือจะกล่าวว่า  สีของแสงขึ้นอยู่กับชนิดของอะตอมหรือธาตุที่ได้รับการกระตุ้นกลไกพื้นฐานดังกล่าวนี้ ใช้กับแหล่งกำเนิดแสงได้ทุกประเภทหลอดฟลูออเรสเซนต์ก็ใช้ได้เหมือนกัน