หลอดไฟโฆษณา

หลอดไฟโฆษณา

หลักการทำงาน

             หลอดไฟโฆษณาหรือหลอดนีออน เป็นหลอดแก้วขนาดเล็กที่ถูกลนไฟดัดให้เป็นรูปภาพหรือตัวอักษรต่างๆ  ไม่มีไส้หลอด แต่ที่ปลายทั้งสองข้าง จะมีขั้วไฟฟ้าทำด้วยโลหะต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มีความต่างศักย์สูงประมาณ  10000 โวลต์ ภายในหลอดชนิดนี้ จะสูบอากาศออกจนเป็นสุญญากาศ  แล้วบรรจุก๊าสที่จะให้พลังแสงสีต่างๆ

สมบัติของแก๊สที่บรรจุภายใน

- ไอปรอท         ให้พลังงานแสงสีฟ้าปนเขียว

-  ก๊าซอาร์กอน  ให้พลังงานแสงสีขาวปนฟ้า

-  ก๊าซฮีเลียม     ให้พลังงานแสงสีชมพู

-  โอโซเดียม     ให้พลังงานแสงสีเหลือง

-  ก๊าสนีออน      ให้พลังงานแสงสีแดงหรือสีส้ม

เพิ่มเติม

ก๊าซเฉื่อยหรือก๊าซมีตระกูล (Inert gas or noble gas)

ก๊าซเฉื่อยหรือก๊าซมีตระกูล หมายถึง ธาตุที่ไม่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น ๆ ไม่เกิดสารประกอบคลอไรด์ ออกไซด์ และซัลไฟด์ จากการศึกษาสมบัติของ 20 ธาตุแรก พบว่าธาตุที่จัดว่าเป็นก๊าซเฉื่อยได้แก่ He , Ne และ Ar ซึ่งเป็นธาตุที่เป็นก๊าซแลไม่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยา การที่ก๊าซเฉื่อยไม่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น ๆ เนื่องจากโครงสร้างของอะตอมอยู่ในภาวะที่เสถียรมาก มี 8 เวเลนซ์อิเล็กตรอน (ยกเว้น He มี 2 เวเลนซ์อิเล็กตรอน)
ก๊าซเฉื่อยมีทั้งหมด 6 ธาตุ คือ ฮีเลียม (He) นีออน (Ne) อาร์กอน (Ar) คริปทอน (Kr) ซีนอน (Xe) และ เรดอน (Ra) เป็นพวกโมเลกุลอะตอมเดี่ยว (monoatomic molecule) คือในหนึ่งโมเลกุลของก๊าซเฉื่อยจะมีเพียงหนึ่งอะตอมเท่านั้น (ก๊าซโดยทั่วไป 1 โมเลกุลจะมีมากกว่า 1 อะตอม ส่วนใหญ่จะมี 2 อะตอม เรียกว่า diatomic molecule เช่น O₂ , N₂ , Cl₂ , H₂ เป็นต้น
ในธรรมชาติมีก๊าซเฉื่อยปะปนอยู่ในอากาศน้อยมาก ประมาณ 0.937 % เท่านั้น นอกจากจะมีในอากาศแล้วยังอาจจะมีอยู่ในแหล่งอื่น ๆ เช่น ตามบ่อน้ำมัน โดยทั่ว ๆ ไปปริมาณของก๊าซเฉื่อยแต่ละชนิดจะมีค่าโดยประมาณดังนี้
He 0.036 %
Ne 0.19 %
Kr 0.12 %
Xe 0.0009 %
ก๊าซเฉื่อยสามารถเตรียมได้จากการกลั่นลำดับส่วนอากาศเหลว สำหรับในก๊าซธรรมชาติพบว่ามี He อยู่ถึงประมาณ 10 % โดยปริมาตร นอกจากนี้ He ยังอาจได้จากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีในรูปของอนุภาคแอลฟา
เดิมเคยเชื่อกันว่าก๊าซเฉื่อยไม่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น ๆ จนกระทั่งประมาณปี พ.ศ. 2505 จึงได้มีการสังเคราะห์สารประกอบของก๊าซเฉื่อยขึ้นมาได้ เช่น ปฏิกิริยาระหว่าง Xe กับ F₂ หรือ Kr กับ F₂ ดังตัวอย่างสารประกอบดังตารางต่อไปนี้

ก๊าซเฉื่อยมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำมาก เนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อย
ตารงที่ 5.11 จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของก๊าซเฉื่อย

สมบัติบางประการและประโยชน์ของก๊าซเฉื่อย
ฮีเลียม (He)
เป็นก๊าซที่มีมวลโมเลกุลน้อยและไม่ติดไฟ จึงใช้บรรจุบอลลูนแทนก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งติดไฟได้ง่าย นอกจากนี้ยังใช้ผสมกับก๊าซออกซิเจนด้วยอัตราส่วน 4 ต่อ 1 โดยปริมาตร เพื่อใช้ในการหายใจสำหรับผู้ที่จะลงไปทำงานใต้ทะเล หรือสำหรับนักประดาน้ำ ทั้งนี้เนื่องจากใต้ท้องทะเลลึกมีความกดดันสูง ถ้าหายใจด้วยอากาศปกติ จะทำให้ก๊าซไนโตรเจนในอากาศละลายในโลหิต และเมื่อกลับขึ้นมาที่ความดันปกติไนโตรเจนที่ละลายอยู่ในโลหิตจะเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซปุดขึ้นมา ดันผนังเส้นโลหิต ทำให้เกิดอาการเจ็บปวดกล้ามเนื้อและทำให้เสียชีวิตในที่สุด แต่ถ้าใช้ก๊าซออกซิเจนผสมกับฮีเลียมจะไม่เกิดปรากฏการณ์ดังกล่าว เนื่องจากฮีเลียมละลายในโลหิตได้น้อยกว่า ก๊าซไนโตรเจน จึงแก้ปัญหานี้ได้ นอกจากนี้ยังใช้ฮีเลียมเหลว ซึ่งมีจุดเดือดต่ำมากเป็นสารหล่อเย็น เพื่อใช้ศึกษาสมบัติของสารที่อุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตามฮีเลียมเป็นก๊าซที่เตรียมได้ยากและมีราคาแพง
อาร์กอน (Ar)
ใช้เป็นก๊าซบรรจุในหลอดไฟ เพื่อให้ไส้หลอดมีอายุการใช้งานที่นานขึ้นทั้งนี้เพราะอาร์กอนไม่ทำปฏิกิริยากับไส้หลอด ขณะที่ร้อน ถ้าบรรจุอากาศในหลอดไฟฟ้า ไส้หลอดจะทำปฏิกิริยากับก๊าซต่าง ๆ ทำให้ขาดง่าย นอกจากนี้ยังใช้อาร์กอนบรรจุในหลอดไฟโฆษณา โดยบรรจุในหลอดแก้วเล็ก ๆ ภายใต้ความดันต่ำ เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าศักย์สูงเข้าไป จะได้แสงสีมว่งน้ำเงิน นอกจากนี้ยังใช้อาร์กอนในอุตสาหกรรมการเชื่อมโลหะ
นีออน ( Ne)
ใช้บรรจุในหลอดไฟโฆษณาเช่นเดียวกับ อาร์กอน โดยให้สีแสงไฟเป็นสีส้มหรือสีส้มแดง
คริปทอน (Kr) และซีนอน (Xe)
ไม่ค่อยได้ใช้ประโยชน์มากนัก โดย Kr ใช้ในหลอดไฟแฟลช สำหรับถ่ายรูปความเร็วสูง ส่วน Xe ใช้เป็นยาสลบ แต่ราคาแพงมาก
สำหรับเรดอน (Ra) เป็นธาตุกัมมันตรังสี ใช้รักษาโรคมะเร็ง
ในปัจจุบันมีการนำกีาซเฉื่อยบางชนิด เช่น Ar และ Kr บรรจุในหลอดผลิตแสงเลเซอร์เพื่อใช้เป็นตัวกลางสำหรับสร้างความถี่ต่าง ๆ กันของแสงเลเซอร์

......................................

หลอดเรืองแสง

                                     หลอดเรืองแสง
ส่วนประกอบและการทำงานของหลอดเรืองแสง

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 ทำให้แผ่นโลหะคู่งอจนแตะติดกันทำให้กลายเป็นวงจรปิดทำให้กระแสไฟฟ้าผ่านแผ่นโลหะได้ครบวงจร   ก๊าซนีออนที่ติดไฟอยู่จะดับและเย็นลง แผ่นโลหะคู่จะแยกออกจากกันทำให้เกิดความต้านทานสูงขึ้นอย่างทันทีซึ่งขณะเดียวกันกระแสไฟฟ้าจะผ่านไส้หลอดได้มากขึ้นทำให้ไส้หลอดร้อนขึ้นมาก  ปรอทก็จะเป็นไอมากขึ้นจนพอที่นำกระแสไฟฟ้าได้
         4. แบลลัสต์  เป็นขดลวดที่พันอยู่บนแกนเหล็ก  ขณะกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะเกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น เมื่อแผ่นโลหะคู่ในสตาร์ตเตอร์แยกตัวออกจากกันนั้นจะเกิดวงจรเปิดชั่วขณะ    แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในแบลลัสต์จึงทำให้เกิดความต่างศักย์ระหว่างไส้หลอดทั้งสองข้างสูงขึ้นเพียงพอที่จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไอปรอทจากไส้หลอดข้างหนึ่งไปยังไส้หลอดอีกข้างหนึ่งได้   แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดจากแบลลัสต์นั้นจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำไหลสวนทางกับกระแสไฟฟ้าจากวงจรไฟฟ้าในบ้าน 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) 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