จากในตอนที่แล้ว (บทความเรื่องสว่างๆที่หลายคนอาจยังไม่กระจ่างดี ตอนที่ 1) เราได้ทำความรู้จักกับหลอดไฟชนิดหลอดไส้กันไปแล้ว ในครั้งนี้เราจะมาทำความรู้จักกับหลอดไฟอีกชนิดที่อยู่รอบ ๆ ตัวเรา และถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย นั่นก็คือ หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent tube) หรือเรียกอีกชื่อว่า หลอดนีออน (Neon lamp)

ภาพ หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent tube)
ที่มา  https://pixabay.com, Joe137    

          หลอดฟลูออเรสเซนต์ เป็นหลอดไฟที่เป็นประเภทย่อยของ หลอดแสงจันทร์ หรือ หลอดไฟไอปรอท (Mercury-vapor lamp) โดยจะมีลักษณะคือมีขนาดเล็กกว่าและน้ำหนักที่เบากว่าหลอดไฟไอปรอทปกติมาก แต่มีประสิทธิภาพในการให้แสงสว่างสูงพอสมควร การทํางานของหลอดฟลูออเรสเซนต์ อาศัยพลังงานจากแสงอัลตราไวโอเลตซึ่งเกิดขึ้นจากการที่ไอปรอทที่บรรจุไว้ในก๊าซเฉื่อย เช่น คริปตอน ก๊าซอาร์กอน นีออน ที่ความดันต่ำ ภายในหลอดแก้วได้รับการกระตุ้นจากแหล่งปลดปล่อยพลังงาน (Discharge Source) ให้ไอปรอทปลดปล่อยพลังงานออกมา แสงอัลตราไวโอเลตที่เปล่งออกมานี้จะกระทบเข้ากับผิวข้างในหลอดที่เคลือบด้วยสารเรืองแสง Fluorescent material หรือ Phosphor (ฟอสฟอร์) โดยหน้าที่หลักของสารเรืองแสงนี้จะไปเปลี่ยนแสงอัลตราไวโอเลตที่มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ ให้กลายเป็นแสงที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้

          ขณะที่ปลายทั้งสองด้านของหลอดแก้วจะมีขั้วไฟฟ้าที่เรียกว่า Electrode (อิเล็กโทรด) ที่เมื่อเราทำการกดสับสวิตช์เพื่อให้วงจรไฟฟ้าเป็นวงจรปิดและมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดฟลูออเรสเซนต์และไหลผ่านขั้วไฟฟ้าอิเล็กโทรด จนทำให้ขั้วอิเล็กโทรดเกิดการสะสมความร้อนและทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนออกมา โดยอิเล็กตรอนเหล่านี้จะเดินทางด้วยความเร็วที่สูงจากขั้วอิเล็กโทรดฝั่งหนึ่งไปสู่ขั้วอิเล็กโทรดอีกฝั่งหนึ่ง ซึ่งการที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านไอปรอทนี้จะทำให้ไอปรอทได้รับพลังงานจากอิเล็กตรอน เมื่อพลังงานมากพอก็จะทำให้เกิดการสะสมความร้อนและเพิ่มแรงดันของไอปรอท จนสามารถที่จะทำให้อิเล็กตรอนของไอปรอทกระเด็นออกมาจากวงโคจรของมัน และเมื่ออิเล็กตรอนที่หลุดออกมาเหล่านี้พยายามที่จะกลับเข้าสู่วงโคจรเดิม มันจะต้องทำการปล่อยพลังงานที่มันได้รับเข้าไปก่อนหน้านี้ออกมาเพื่อที่จะให้สามารถกลับสู่สภาวะเดิมได้ และพลังงานส่วนใหญ่ที่อิเล็กตรอนเหล่านี้ปล่อยออกมาก็จะเป็นแสงอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่น 253.7 nm (นาโนเมตร)

          แต่แสงอัลตราไวโอเลตที่อิเล็กตรอนของไอปรอทปล่อยออกมานี้ยังไม่ใช่แสงสว่างที่เป็นของหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่เราใช้งานโดยตรง เพราะว่าดวงตาของมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นแสงที่มีความยาวคลื่นในระดับอัลตราไวโอเลตได้ ดังนั้นจึงเป็นหน้าที่ของสารเรืองแสงที่จะเปลี่ยนแสงอัลตราไวโอเลตให้เป็นแสงที่ตามนุษย์สามารถมองเห็น โดยจะดูดกลืนแสงอัลตราไวโอเลตเอาไว้ แล้วปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นมากกว่าออกมา ซึ่งจะเป็นแสงที่สามารถมองเห็นได้แล้ว นอกจากนี้สารเรืองแสงยังเป็นตัวกำหนดสีของแสงที่ออกมาจากหลอดด้วย เหตุผลคือสารเรืองแสงที่ฉาบไว้ภายในหลอดฟลูออเรสเซนต์ จะมีส่วนผสมทางเคมีที่แตกต่างกันออกไป และด้วยความแตกต่างหลากหลายของเคมีที่นำมาใช้จึงทำให้เราพบเห็นหลอดฟลูออเรสเซนต์สีสันต่าง ๆ มากมาย ไม่ว่าจะเป็น แสงสีขาว ที่ใช้สารเคลือบเรืองแสงจาก แคลเซียมฮาโลฟอสเฟต, แสงชมพู ที่ใช้สารเคลือบเรืองแสงจาก แคดเมียมบอเรต, แสงสีส้ม ที่ใช้สารเคลือบเรืองแสงจาก แคลเซียมซิลิเกต, แสงสีน้ำเงิน ที่ใช้สารเคลือบเรืองแสงจาก แคลเซียมทังสเตต, แสงสีแดง ที่ใช้สารเคลือบเรืองแสงจาก แมกนีเซียมเจอมาเนท, แสงสีเขียวอ่อน ที่ใช้สารเคลือบเรืองแสงจาก สตรอนเทียมแฮโลฟอสเฟต อีกทั้งยังมีหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่เคลือบสารเรืองแสงแบบพิเศษเพื่อให้ได้แสงที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืชอีกด้วย

          จากบทความนี้และบทความที่แล้วที่กล่าวถึงประวัติความเป็นมาของหลอดไฟทั้งชนิดหลอดไส้และหลอดฟลูออเรสเซนต์จะเห็นได้ว่ามีรายละเอียดปลีกย่อยที่สำคัญมากมาย มีการประยุกต์ใช้ทั้งฟิสิกส์และเคมี เข้าด้วยกันเพื่อให้สามารถประดิษฐ์คิดค้นและพัฒนาผลิตภัณฑ์ให้มีประสิทธิภาพการทำงานสูงที่สุด และนอกจากหลอดทั้งสองที่ได้กล่าวไปแล้วในปัจจุบันก็ยังมีหลอด LED ที่ถือว่าเป็นหลอดไฟที่มีเทคโนโลยีทันสมัยที่สุด ประหยัดไฟได้มาก แถมยังมีรางวัลโนเบลที่เกี่ยวข้องกับหลอดไฟ LED อีกด้วย 

แหล่งที่มา

Electrical4U. (Mar 15, 2020). ​ Fluorescent Lamp and Working Principle of Fluorescent Lamp.  Retrieved Jun 1, 2020 from https://www.electrical4u.com/fluorescent-lamp-its-working-principle/

Edison Tech Center. (Unknown). ​ The greatest development in lighting since the 1879 incandescent.  Retrieved Jun 1, 2020 from https://edisontechcenter.org/Fluorescent.html

Green Facts. (Unknown). ​ How do fluorescent lamps work?.  Retrieved Jun 1, 2020 from https://copublications.greenfacts.org/en/energy-saving-lamps/l-3/3-cfl-characteristics.htm