ประวัติหลอดไฟ

ทดลองไปมาจนพบว่าเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าไปยังตัวต้านทานบางชนิด จะทำให้เกิดความร้อนและมีแสงสว่างออกมา ทำให้ เซอร์ โจเซฟ สวอน(ฝั่งอังกฤษ) และ โทมัส อัลวา เอดิสัน เกิดไอเดียขึ้นมา ต่างฝ่ายพยายามพัฒนาหลอดไฟตามแนวทางของตน สวอน ฝั่งอังกฤษแสดงหลอดไฟฟ้าก่อนใน พ.ศ. 2421 และทำการจดลิขสิทธ์จากหลอดสูญญากาศที่มีคาร์บอนเป็นใส้หลอด ส่วนจะจุดได้นานเท่าไรไม่ทราบ

หลังจากที่ผ่านการทดลองเอาวัตถุแทบทุกชนิด(มีเรื่องเล่าว่ากระทั่งหนวดของเพื่อนยังเอามาทดลอง) ในที่สุดก็ได้ไส้หลอดที่ทำมาจากพวกฝ้ายที่นำมาปั่นเป็นหลอดและเผาไฟให้เป็นคาร์บอน(ก็พวกถ่านนั่นล่ะ) หลอดไฟของเขาก็ได้รับการจดลิขสิทธิ์ และหลอดที่นำมาโชว์ติดอยู่ 13 ชั่วโมงครึ่ง และเขายังพัฒนาการต่อไฟจากแบบอนุกรมให้เป็นแบบขนานสามารถเลือกปิด-เปิด เฉพาะดวงได้

เรามักนึกถึงเอดิสัน แทนที่จะเป็น สวอน เนื่องเพราะ สวอนไม่ได้พัฒนาระบบวงจรไฟฟ้าและอุปกรณ์เสริมแต่งอื่นๆ คนไหนที่ซื้อหลอดไฟฟ้าเขาไปต้องหาอุปกรณ์อย่างอื่น เช่น หม้อปั่นไฟ เป็นต้น ในขณะที่ทางเอดิสันพัฒนาระบบไฟฟ้าอย่างดียิ่ง มีการเดินสายแจกจ่ายไฟฟ้าไปตามบ้านเรือนทำให้สะดวกสบายในการใช้งานและแพร่หลาย ทำให้ชื่อเสียงไหลมาทางเอดิสันมากกว่าสวอน

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

เมื่อไส้หลอดของเดวิสร้อน อนุภาคของทังสะเทนบางส่วนจะหลุดออกมา และไปเกาะตามผิวหลอดไฟฟ้า ทำให้ใช้งานระยะหนึ่งหลอดจะเริ่มมัวลง

ต่อมาจึงมีการเติมก๊าซเฉื่อยลงไป

เช่น พวกอาร์กอน ไนโตรเจน ทำให้หลอดไฟว่างขาวนวล แต่ปัญหาอย่างใหม่ก็มาเยือนอีก ก๊าซที่เติมลงไปในหลอดทำให้เกิดการพาความร้อนจากไส้หลอดทำให้ใช้งานไประยะหนึ่งหลอดจะลดแสงสว่างลงเพราะความร้อนที่ใส้หลอดลดลง จึงต้องจัดการแก้ไขปัญหาโดยการทำให้ไส้หลอดเป็นเกลียวเพื่อเพิ่มความร้อนให้ไส้หลอด นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมไส้หลอดจึงขดเป็นเกลียว

ปัญหายังไม่หมดไป เพราะหลอดไฟฟ้าจะมีความร้อนออกมามากทำให้มีความต้องการที่จะพัฒนาต่อไป

ที่เกี่ยวกับการแผ่รังสี (radiation) ทำให้มีการดัดแปลงการทดลองไปหลายวิธี แต่วิธีหนึ่งที่เป็นไอเดียเกี่ยวกับหลอดไฟฟ้าคือ เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้า(ก็คืออิเล็กตรอนนั่นล่ะ) ที่มีแรงดันสูงเข้าไปในหลอดแก้วที่มีก๊าซอยู่ข้างในทำให้เกิดแสงสว่างขึ้นมา ซึ่งเกิดจากอะตอมของก๊าซได้รับพลังงงานจากอิเล็กตรอน อะตอมของก๊าซจึงมีการแผ่พลังงานออกมาในรูปของแม่เหล็กไฟฟ้า มีอยู่บางช่วงคลื่นที่สายตามองเห็น

จอช์จ คลอสิต นำเสนอหลอดเรืองแสงเป็นครั้งแรก

ใน พ.ศ. 2453 หลอดไฟฟ้าของเขาบรรจุก๊าซนีออนให้แสงสีแดง และสีอื่นๆ ตามแต่ชนิดของแก๊ซ นี่คือต้นแบบหลอดนีออนหลอดแรกของโลก

จนในที่สุดพบว่าถ้าบรรจุไอปรอท (Mercury vapour) และฉาบผิวหลอดแก้วด้านในด้วยฟอสฟอรัส หรือสารเรืองแสง เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไป ไอปรอทจะถูกกระตุ้นและแผ่พลังงานออกมาในรูปของรังสีที่มีความยาวคลื่น 254 nm ออกมา

ซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่สายตามองไม่เห็นและเป็นอันตราย รังสีที่ไอปรอทแผ่ออกมาจะกระทบกับสารเรื่องแสงที่ผนังหลอด สารเรืองแรงจะดูดซับรังสีที่เป็นอันตรายเอาไว้และตัวมันเองจะแผ่พลังงานในรูปของคลื่นที่มีความที่ที่สายตาคนมองเห็นได้ออกมาแทน ที่เรียกว่า แสงขาวอุ่น (Warm white) เรียกหลอดพวกนี้ว่า หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent) (แต่เรามักเรียกว่าหลอดนีออนกันจนชิน)

ใช้งานกันอย่างจริงจังจังเมื่อ พ.ศ 2477 - 2479 ซึ่งในการใช้งานจริงๆ ต้องมีอุปกรณ์อื่นช่วยคือ สตาร์ทเตอร์ (starter) และบาลาสท์ (Ballast) โดยที่ในการจุดหลอดครั้งแรกจะต้องใช้ไฟแรงสูงเสียก่อนเพื่อกระตุ้นให้หลอดทำงาน

สตาร์ทเตอร์ทำงานโดยการปิด-เปิด วงจร อย่างรวดเร็ว

ทำให้เกิดแรงดันสูง พอหลอดติดแล้วหน้าที่ของสตาร์ทเตอร์ก็หมดไป และมีบาลาสต์ทำหน้าที่ต่อแทน และมีการใช้ก๊าซเฉื่อยใส่เข้าไปในหลอดด้วยเพื่อช่วยในการกระตุ้นอิเล็กตรอนไอปรอท

จะทำให้ได้แสงสีต่างกันออกไป เช่น BAM (Barium Magnesium) จะให้สีน้ำเงิน CAT (Cerium Magnesium Terbiumaluminate จะให้แสงสีเขียว

มีการสร้างหลอดไฟฟ้าแบบฮาโลเจนซึ่งมีการเติมก๊าซอาโลเจนในหลอด อะตอมของทังสะเทนที่หลุดออกมาจะไม่ไปจับผนัง แต่จะจับกับฮาโลเจนแทน (ก๊าซฮอาโลเจนมีความดันสูง หลอดไฟหรือกระเปาะไฟจึงมักทำด้วยควอตซ์) พอสารประกอบระหว่างฮาโลเจนกับทังสะเทนไปใกล้ไส้หลอดที่มิอุณหภูมิสูง สารประกอบที่เกิดจากการจับตัวของไฮโดรเจนกับทังสะเทนจะแตกตัวออก หมุนวนเช่นนี้เรื่อยไปทังสะเทนจึงไม่มีโอกาศจับผิวหลอด

มีการพัฒนาหลอดไฟฟ้าอีกรูปแบบหนึ่งที่ไฮเทคมากกว่าฝรั่ง ไม่ต้องใช้ไฟฟ้าก็สามารถเรืองแสงได้ เช่น พวกผีกระสือ ผีโป่ง เป็นต้น น่าจะจับมาไว้ทำเป็นหลอดไฟคงจะดีไม่น้อย

วัตต์ = กำลังไฟฟ้าที่หลอดไฟใช้ ไม่ใช่วัดความสว่าง
ลูเมน = หน่วยวัดกำลังสว่างของไฟ

ขอขอบคุณ ข้อมูลที่มีประโยชน์จาก เว็บไซต์ กิตติยา ดอทคอม
เพื่อร่วมกันสร้างสังคมแห่งการเรียนรู้บนโลกอินเตอร์เน็ต

ผู้มีบทความทางด้านวิทยาศาสตร์น่ารู้
สามารถส่งผลงานของท่านมาได้ที่ arunee@teeneemedia.com