หลอดฟลูออเรสเซนต์ ทำไมมันกระพริบ ทำไมขั้วดำ

หลอดฟลูออเรสเซนต์ กลไกการเสียเป็นอย่างไร ทำไมมันกระพริบ ทำไมขั้วดำ

มีคำถามจากหว้ากอ น่าสนใจ เลยตอบให้ซะยาววววววววววววว จะทิ้งคำตอบให้หายไปตามกาล ก็เสียดาย เอามาแปะไว้ในเพจนี้ ดีกว่า
----------------------------------------------------
ทำไมหลอดฟลูออเรสเซนต์ใช้แล้วถึงขั้วดำก่อนหมดอายุ

เมื่อวานเปลี่ยนหลอดไฟครับ เวลาเปลี่ยนหลอดเรืองแสงเวลามันหมดอายุการใช้งานไปแล้ว สังเกตว่าขั้วมันดำๆ บางทีก็ข้างเดียว บางทีก็สองข้าง เป็นเพระอะไรครับ

ข้อสังเกตอีกอย่างหนึ่งวลาหลอดหมดอายุ มันจะค่อยๆมืดลง ทำไมมันไปดับไปเลยล่ะครับ หรือไฟฟ้ายังไหลเข้าอยู่ แต่ที่หมดคือตัวก๊าซหรือสารปรอทในหลอดครับ

และข้อสุดท้าย หลังจากหลอดหมดอายุ เวลาเปิดบางครั้งขั้วจะเป็นสีส้มๆ แล้วค้าง หรือไม่ก็กระพริบไปเรื่อยๆ แต่ไม่ติดทำไมมันถึงเป็นแบบนั้นครับ
---------------------------------------------------

ไส้หลอดฟลูออเรสเซนต์ ถ้าใครเคยเอามาส่องดูตรงขอบๆ หลอด ที่จะพอมองเห็นเข้าไปข้างในได้ หรือแม้แต่จะทุบออกมาดู ก็จะพบว่า มันไม่เหมือนไส้หลอดไฟปกติธรรมดา

ถ้าจะให้เทียบกัน ไส้หลอดฟลูออเรสเซนต์ ขนาดน่าจะพอๆ กับหลอดไฟรถขนาดสักสิบวัตต์ แต่... มันมีอะไรบางอย่างเคลือบไว้ ดูเป็นเหมือนมันถูกชุบแป้งทอดไว้บางๆ

นั่นคือสารเคลือบเพื่อช่วยปลดปล่อยอิเล็กตรอนครับ !!

ถ้าผลิตมาใหม่ๆ โดยไม่มีสารเคลือบนี้ หลอดฟลูออเรสเซนต์ก็จะกระพริบแพล็บๆๆๆๆ อยู่เช่นนั้นโดยไม่มีวันติด ไม่สว่าง

เพราะว่าอิเล็กตรอนที่วิ่งออกมาจากไส้หลอดมีน้อยเกินไปจนกระแสต่ำเกินกว่าที่อิออนไอปรอทจะมากพอที่จะคงค่ากระแสไว้ได้ หลอดจะดับทันทีที่ไส้หลอดเย็นลง (หลังจากถูกเผาโดยสตาร์ทเตอร์) หรือแม้กระทั่ง ไม่ติดสว่างเลย โดยมีแค่แสงแดงๆ ที่ขั้วเท่านั้น

สารช่วยปล่อยอิเล็กตรอน จะทำให้ไส้หลอดมีความสามารถเพิ่มมา คือ ปลดปล่อยอิเล็กตรอนได้ดีมาก จนกระแสสามารถไหลออกจากไส้หลอดไปหาไอปรอทที่อยู่รอบๆ ได้ดี กระแสจึงไหลผ่านช่วงยาวๆ ของหลอดมาได้โดยสวัสดิภาพ และให้แสงอุลตร้าไวโอเล็ต ผ่านไปยังสารเรืองแสง ทำให้เกิดแสงสีขาวสว่างนวลออกมา

ย้อนไปดูสภาวะขณะสตาร์ท...
ขณะเผาไส้หลอด โดยปกติแล้วจะต้องเป็นแสงสีส้ม เท่านั้น ซึ่งคือสีของวัตถุที่ถูกเผาจนร้อนและเปล่งแสงออกมา (พูดไปทำไมให้ยาวเนี่ย สีเดียวกับหลอดไส้นั่นแหละ)

แต่ที่เห็นหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่ซื้อมาใหม่ๆ ไส้หลอดถูกเผากลับเป็นสีขาว ????

นั่นเพราะว่า กระแสส่วนหนึ่งไหลลัดวงจรผ่านไอปรอทครับ และเกิดเป็นแสงอุลตราไวโอเล็ต ไปกระทบผิวหลอดที่มีสารเรืองแสง เกิดแสงสว่างสีขาวออกมาที่ขั้วหลอด (โดยไหลผ่านไส้หลอดจำนวนไม่มากพอที่จะเกิดแสงสีเหลืองส้ม) ก่อนที่จะติดสว่างตามปกติ

ขณะที่สตาร์ทหลอด ไส้หลอดถูกเผาให้ร้อน ไส้หลอด และสารเคลือบระเหิดออกมามั๊ย ตอบว่า ระเหิดออกมาได้ น้อยนิดเดียว จนแทบไม่มีผลใดๆ กับสีดำที่ขั้วหลอดครับ

หลอดขั้วดำ เกิดจาก กระบวนการสปัตเตอริ่ง ซึ่งเกิดเมื่อไออนบวกของปรอทความเร็วสูงวิ่งมาชนไส้หลอด (ไอออนบวกความเร็วสูงมาจากแรงดันที่สูงขณะสตาร์ทเตอร์เปิดวงจร บัลลาสต์เหนี่ยวนำแรงดันสูงขึ้นมา รวมถึงแรงดัน Line ขณะโหลดมีค่าต่ำๆ --> หลอดยังไม่ติดสว่างเต็มที่) อะตอมของสารเคลือบ ที่กล่าวถึงข้างต้น จะกระเด็นหลุดออกมาจาการถูกไอออนบวกความเร็วสูงวิ่งชน

ทุกครั้งที่หลอดสตาร์ทการทำงาน อายุหลอดจะสั้นลงไปทีละน้อยๆๆ โดยเฉพาะกับบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมักจะมีการเผาไส้หลอดที่ไม่เพียงพอ อาศัยว่าวงจรสร้างแรงดันสูงๆ ได้ดี บังคับให้หลอดสว่างโดยไส้ไม่ร้อนมาก แรงดันที่สูงนี้จะทำห้หลอดเสียเร็ว

แต่ก็ไม่เสมอไป บัลลาสต์บางยี่ห้อมีวงจรเผาไส้ เพื่อลดแรงดันสตาร์ทลง หลอดจะอายุยืนยาวมาก

งั้น... หลอดที่เปิดแล้วใช้อย่างเดียวโดยไม่ปิด อย่างในร้านเซเว่นก็ไม่เสียเด่ะ

ก่อนอ่านคำตอบ มาดูแรงดันตกคร่อมหลอดกันสักหน่อยครับ ว่ามันมีค่าอย่างไรๆ

ขณะสตาร์ท ถ้าไม่มีการเผาไส้หลอด แรงดันอาจต้องสูงเกือบพันโวลต์ หลอดจึงจะติดได้ การติดสว่างต้องอาศัยการแตกตัวเป็นไอออนของไอปรอท สนามไฟฟ้าค่าสูงๆ จำเป็นมาก

ถ้ามีการเผาไส้หลอด เกิดกระบวนการ Thermal Emission ไส้หลอดสามารถปล่อยอิเล็กตรอนได้ง่ายขึ้นมาก แรงดันที่ทำให้หลอดสว่างอาจเหลือไม่ถึง 150 โวลต์ และความร้อน ยังทำให้ปรอท ที่ชอบมาแอบกลั่นตัวเป็นของเหลวเกาะแถวๆ ไส้หลอด ระเหยเป็นไอรอบๆ ไส้หลอด ยิ่งช่วยให้อิเล็กตรอนวิ่งผ่านไปได้ง่ายขึ้นอีกเยอะเลย และนี่ก็เป็นคำตอบที่ว่า ทำไมหลอดเมื่อติดสว่างใหม่ๆ หลอดใหม่กิ๊ก ขั้วจึงดำ แป๊บนึง ก่อนที่จะกลับมาขาวโจ๊ะในเวลาต่อมา ก็เพราะไอปรอทระเหยจากไส้ ไปเกาะเป็นของเหลวที่ผิวหลอด และพอหลอดร้อน ก็ระเหยไปอีกครั้ง

เมื่อหลอดติด สว่างคงที่ได้แล้ว แรงดันตกคร่อมหลอดหัวท้าย เหลือเพียงแค่ประมาณ 100 Volt (หลอด 40 W) เท่านั้นเอง แรงดันส่วนที่เหลือ จะตกคร่อมบัลลาสต์ เกิดเป็น Reactive Power ซึ่งเราไม่ต้องจ่ายตังค์ค่าไฟส่วนที่คร่อมบัลลาสต์ ทางการไฟฟ้าเขาจะเอา Capacitor มาคร่อมสาย เพื่อดึงกำลังส่วนนี้คืนออกมา

แรงดันคร่อมหลอด 100 V ไอออนบวกวิ่งด้วยความเร็วไม่สูงมากนัก ปรากฏการณ์สปัตเตอริ่งเกิดน้อยกว่าที่แรงดันสูง แต่ก็ยังคงเกิดอยู่ในระดับต่ำมากๆ

ตอบคำถามที่ว่าทำไมหลอดไฟในเซเว่น ที่สตาร์ทครั้งเดียวใช้เป็นปี จึงยังเสียได้

การสปัตเตอริ่งเกิดตลอดเวลา ถึงแม้ขณะแรงดันต่ำๆ หลอดสว่างแล้วก็ตาม ดังนั้น หลอดจึงสามารถเสียได้อยู่ดี เมื่อใช้ไปนานๆ ครับ

กระบวนการเสีย สารเคลือบเพื่อปลดป่อยอิเล็กตรอน จะระเหิดออกมาด้วยกระบวนการสปัตเตอริ่งอย่างช้าๆ (งงดิ.. อย่าลืมว่าไฟบ้านมัน AC) บางส่วนไปเกาะผิวหลอด บางส่วนก็เกาะอยู่ตามขั้วโลหะที่ใช้จับไส้หลอด

ไส้หลอดจะเสียความสามารถการปล่อยอิเล็กตรอนไปช้าๆ กระแสไหลผ่านหลอดก็ลดลงเช่นกัน ทำให้แรงดันตกคร่อมหลอดสูงขึ้นเรื่อยๆ กระบวนการสปัตเตอริ่งเกิดรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ ณ จุดนี้ เราจะพบว่าหลอดสว่างน้อยลงทุกทีๆๆ จนกระทั่งแรงดันตกคร่อมหลอดสูงจนทำให้สตาร์ทเตอร์ทำงานขึ้นอีก ถึงจุดนี้ หลอดจะกระพริบตลอดเวลา และหลอดก็หมดอายุลง

ถ้าใครเคยเล่น ถอดสตาร์ทเตอร์ออก แล้วเอามือไปสัมผัสตัวหลอดทั้งสองด้าน และเลื่อนมือมาจบกันตรงกลาง หลอดก็จะสว่างได้โดยไม่ต้องใช้สตาร์ทเตอร์ (อาจจะต้องทดลองกับหลอด 10-20W จึงจะเห็นผลนี้ นะ) วิธีนี้สตาร์ทหลอดได้ แต่ หลอดจะเสียเร็วมากๆๆ

เพราะอะไร ??

การสตาร์ทด้วยวิธีนี้ มือเราจะไปเพิ่มค่าสนามไฟฟ้าที่ไส้หลอดครับ หลอดถูกบังคับให้สว่างด้วยสนามไฟฟ้าค่าสูงๆ กระบวนการสปัตอตอริ่งเกิดรุนแรงมากในขณะหลอดเริ่มมีกระแสไหล มือเราไม่ได้ทำให้เกิดสปัตเตอริ่งครับ เพราะกระแสต่ำมากกกกกกกกกกกกกกกกกกก เป็นนาโน ไมโครแอมป์เลยมั้ง แต่ที่มันเกิด เพราะแรงดันเริ่มต้นของไฟบ้านต่างหาก ซึ่งมี peak ที่ 310 โวลต์ เป็นตัวทำให้เกิดสปัตเตอริ่งที่เรงดัน 310 โวลต์ และการ build up กระแสหลัก เกิดช้ากว่ามาก อาจจะถึง 500 ms (ช่วงเวลานี้คือเวลาที่กระแสหลักมีค่าเพิ่มจาก 0 ถึงค่าสูงสุดของหลอดนั้นซึ่งมีค่าประมาณ 0.5 A และแรงดันลดลงจาก Vstart 310V ถึง Vstable 100V ) เวลานานขนาดนี้ สารเคลือบไส้หลอดถูกยิงกระจุยกระจายไปแล้ว

ส่วนการสตาร์ทโดยเผาไส้ กระแส build up เริ่มต้นจะเกิดเร็วมากพอที่จะทำให้แรงดันตกลงมาที่ค่าต่ำๆ ได้ก่อนที่ไส้หลอดจะเกิดสปัตเตอริ่งมากจนเกินไป ช่วงเวลา อาจจะไม่ถึง 1ms หลอดจึงไม่เสียง่ายเมื่อมีการเผาไส้ตามปกติ

การสตาร์ทของบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์แบบบังคับด้วยสนามไฟฟ้าค่าสูงๆ ถ้าสูงจริงๆ และสูงพอ หลอดติดได้เร็ว มันก็จะไม่เสียเร็วครับ
แต่ถ้ามันไม่สูงจริง และปล่อยให้เกิดสปัตเตอริ่งอยู่นานๆ หลอดมันจะพังไวครับ

สิ่งบอกเหตุว่าบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ ออกแบบมาดีหรือห่วย สังเกตขณะสตาร์ท ถ้าบริเวณขั้วหลอดมีสีม่วงปรากฏ นั่นคือเกิดสปัตเตอริ่งแล้ว
ถ้าช่วงเวลาที่มีสีม่วงๆ นี้นานเท่าไร หลอดก็เสียเร็วเท่านั้น

บัลลาสต์อิเล็กทรอนิดส์ที่ดี ต้องเผาไส้ก่อน โดยจะเห็นไส้หลอดมีสีส้ม หรือสีขาว ก่อนที่จะสว่าง ซึ่งหลอดจะติดสว่างหลังจากกดสวิทช์ไปประมาณ 1 วินาที