พื้นเพรากฐาน ประตูสู่ความเข้าใจเรื่อง: LED Street Light

ย้อนกลับไปในยุคปฏิวัติอุตสาหกรรมสมัยศตวรรษที่ 19 ยุคหลังจากการปฏิวัติอเมริกา ที่สหรัฐฯสามารถสถาปนาตนเองเป็นการปกครองโดยระบอบประชาธิปไตยและเลือกตั้ง จอร์จ วอชิงตัน ขึ้นเป็นประธานาธิบดีคนแรกของชาติได้สำเร็จในปี ค.ศ. 1789 โดยหลังจากนั้นในช่วงปฏิวัติอุตสาหกรรมเอง พื้นที่หลายภาคส่วนของโลกก็เกิดเหตุการณ์สำคัญต่างๆ ขึ้น เช่น การปฏิวัติฝรั่งเศส หรือความขัดแย้งต่างๆ ในหลายพื้นที่ แม้นว่าจะเกิดเหตุการณ์หลายอย่างอันเป็นเหตุการณ์สำคัญทางประวัติศาสตร์โลก สิ่งหนึ่งที่เกิดขึ้นไปพร้อมกันนั่นคือการพัฒนาทางด้านเทคโนโลยีของสหรัฐฯ เป็นดินแดนที่เริ่มมีผลผลิตนักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ รวมถึงสิ่งประดิษฐ์เปลี่ยนโลก

หลังจากนั้นเป็นต้นมา ในปี ค.ศ. 1847 ที่เมืองมิลาน รัฐโอไฮโอ มีครอบครัวหนึ่งซึ่งมีลูกด้วยกัน 7 คน ตัวลูกคนเล็กจากพี่น้องทั้งหมดมีความบกพร่องทางการได้ยิน ซึ่งมีปัญหาให้เด็กคนนั้นไม่สามารถเรียนได้แบบคนปกติ มิหนำซ้ำยังเป็นคนที่มีอาการสมองช้า ด้วยเหตุนี้ผู้เป็นแม่ ได้ตัดสินใจสอนหนังสือให้กับลูกด้วยตนเอง ในช่วงดังกล่าว เขาได้อ่านหนังสือเป็นจำนวนมาก ซึ่งพูดได้ว่าเขาได้รับความรู้จากหนังสือต่างๆ ของแม่มากกว่าเพื่อนรุ่นราวคราวเดียวกันกับเขาที่เรียนในระบบเสียอีก

เมื่ออายุ 12 ปี เขาได้ออกไปหาเงินด้วยการขายหนังสือพิมพ์พร้อมกับสร้างห้องทดลองเล็กๆ ของตนเองแต่ก็เสียหายจากการทดลองเนื่องจากเกิดเหตุไฟไหม้ จนเมื่ออายุ 15 เขาเรียนรู้เรื่องโทรเลขจนสามารถใช้รหัสมอร์สได้อย่างคล่องแคล่ว และในหลายชั่วอายุเรื่อยมาจนกระทั่งในปี ค.ศ. 1879 ตัวของเขาที่เติบโตขึ้นในวัย 32 กะรัต ก็สามารถประดิษฐ์นวัตกรรมใหม่ที่ให้แสงสว่างอย่าง “หลอดไฟ” ดวงแรกได้ ซึ่งให้แสงสว่างยาวนานถึง 13 ชั่วโมง (ในทศวรรษเดียวกันนั้นเอง ปี ค.ศ. 1876 อเล็กซ์ เกรแฮม เบลล์ สามารถประดิษฐ์โทรศัพท์เครื่องแรกของโลกได้สำเร็จ)

ครับที่กล่าวไปข้างต้น คือประวัติโดยคร่าวของ “โทมัส อัลวา เอดิสัน” ผู้ประดิษฐ์หลอดไฟคนแรกได้ของโลก ด้วยกับวลีฮิตติดตรึงในใจผู้อ่านหลายคนอย่าง “ฉันไม่ได้ล้มเหลว ฉันแค่ค้นพบ 10,000 วิธีที่ไม่ได้ผล” ซึ่งเป็นเรื่องราวที่เห็นสมควรจะหยิบมากล่าวไว้สักหน่อยเพื่อเปิดประเด็นปูทางไปสู่ความเข้าใจพื้นฐานของหลอดไฟครับ

จากหลอดไฟดวงแรก เป็นมาอย่างไรจนถึงทุกวันนี้?

ปัจจุบันนี้ ปฏิเสธไม่ได้เลยว่าหลอดไฟมีความจำเป็นอย่างยิ่งกับชีวิตเราๆ ทั้งหมด (แม้แต่ผู้เขียนเองขณะที่กำลังเขียนก็มีหลอดไฟให้แสงสว่างอยู่ด้วย) ซึ่งจะช่วยเพิ่มแสงสว่างให้เรามองสิ่งต่างๆ ชัดเจนยิ่งขึ้น ซึ่งหลอดไฟแบบแรกที่คิดค้นขึ้นได้คือ “หลอดไส้” ซึ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ด้วยกับข้อจำกัดหลายๆ อย่างและอายุการใช้งานที่ไม่มากนัก จึงเปลี่ยนแปลงเรื่อยมาจนเป็นหลอดไป LED ในปัจจุบัน

ทั้งนี้ ลองทำความรู้จักกับไทม์ไลน์ของหลอดไฟตั้งแต่การถือกำเนิดมาจนถึงยุคของ LED นะครับ

ปี 1879 : หลอดไส้ ผลิตจากทังสเตน ซึ่งทำให้เกิดความร้อนสูงเพื่อติดไฟ ยิ่งร้อนยิ่งสว่าง กินไฟและมีอายุสั้น

ปี 1890 : หลอดแสงจันทร์ ปัจจุบันไม่ค่อยมีใครใช้งานเพราะดูแลค่อนข้างยาก และยังมีส่วนประกอบของปรอท เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม

ปี 1892 : หลอดเมทัลฮาไลด์ ให้แสงสว่างกว่าหลอดแสงจันทร์เกือบเท่าตัว มีความสมดุลของแสงใกล้เคียงกับแสงแดด แต่มีอายุสั้น

ปี 1926 : หลอดฟลูออเรสเซนต์ มีประสิทธิภาพและอายุมากกว่าหลอดไส้ มีความร้อนที่ต่ำกว่า แต่ต้องใช้ร่วมกับบัลลาสท์และสตาร์ทเตอร์

ปี 1955 : หลอดฮาโลเจน ค่าความถูกต้องของสี 98% นิยมใช้ส่องเครื่องประดับต่างๆ ในตู้โชวสินค้า

ปี 1976 : หลอด CFL ใช้สำหรับแทนหลอดไส้ ช่วยประหยัดไฟ มีอายุยืนนานกว่าหลอดไส้หลายเท่า

ปี 2000 : หลอด LED ให้แสงส่วางมากและประหยัดไฟกว่าเดิม อายุยาวนาน ระบายความร้อนได้ดี ปราศจากปรอท เมื่อเปิดไม่มีการกระพริบ

ด้วยเหตุนี้ ตั้งแต่ปี 2000 เป็นต้นมา คุณสมบัติของหลอดไฟ LED ซึ่งตอบโจทย์การใช้งานของผู้คนในปัจจุบันได้เป็นอย่างมาก ทั้งความประหยัดไฟ มีอายุการใช้งานที่ยาวนานไม่ต้องเปลี่ยนบ่อยๆ และวัสดุยังออกแบบมาให้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม จึงทำให้ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วและแพร่หลายไปทั่วโลก

ทำไม LED ถึงเป็นที่นิยม?

ตามที่ชี้แจงไปข้างต้นครับ ว่าหลอดไฟ LED ประหยัดไฟ ไม่ต้องเปลี่ยนบ่อย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งจะมาเริ่มต้นศึกษากันว่ามันทำงานอย่างไรเพื่อให้สามัญชนอย่างเราๆ สามารถเข้าใจได้ครับ

LED ย่อมาจากคำว่า Light-Emitting Diode ความหมายคือ ไดโอดเปล่งแสง ซึ่งสามารถเปล่งแสงออกมาได้แสงที่เปล่งออกมาประกอบด้วยคลื่นความถี่เดียวและ เฟสต่อเนื่องกัน ซึ่งต่างกับแสงธรรมดาที่ตาคนมองเห็น โดย หลอดLED สามารถเปล่งแสงได้เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และประสิทธิภาพในการให้แสงสว่างก็ยังดีกว่าหลอดไฟขนาดเล็กทั่วๆ ไป

โดยเว็บไซต์ LED Infinite ระบุไว้ว่า “หลักการทำงานของ หลอด LED/หลอดไฟแอลอีดี ไม่มีอะไรที่ซับซ้อนมากนัก เริ่มที่จ่ายไฟบวกกระแสตรงเข้าที่ขาที่ยาวกว่า หรือ ขาอาร์โนด (Anode) และต่อไฟลบเข้ากับขาสั้น หรือ ขาแคโธด (Cathode) จะทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมตัว LED ที่เรียกว่า Vf หรือ Forward Voltage เมื่อมีแรงดันตกคร่อม Vf ที่ว่านี้ ด้วยคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำภายใน LED ก็จะเปล่งแสงออกมา แต่เพื่อจำกัดไม่ให้กระแสไหลผ่าน LED มากจนเกินไป ก็จำเป็นต้องต่อตัวต้านทาน หรือ R หรือ Resistor อนุกรมเข้าไปในวงจร”

ภาพจากเว็บไซต์ LED Infinite : หลักการทำงานของหลอดไฟ Led

ด้วยเหตุนี้ หลอดไฟ LED ยังประหยัดกว่าหลอดไฟทั่วไป และยังมีอายุการใช้งานยาวนานโดยประมาณ 5 ปี และให้แสงสว่างได้ตั้งแต่ระดับ 90lm/w – 120lm/w ซึ่งมากกว่าหลอดไส้

เมื่อก้าวเข้าสู่ยุคปัจจุบันนี้แล้ว ยุคที่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีโดยคำนึงถึงสิ่งแวดล้อมเริ่มเป็นเรื่องธรรมดามากยิ่งขึ้น ทั้งเจ้าของกิจการเกี่ยวกับแสงสว่าง และผู้ใช้บริการเริ่มหันไปใช้หลอดไฟใหม่ที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าเดิม แม้ว่าเทคโนโลยีไฟ LED จะมีมาอย่างยาวนานแล้วก็ตาม ก็ยังมิหยุดพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งกว่าเก่า ประหยัดไฟกว่าเก่า เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าเก่า ทนทานมากกว่าเก่า ใช้งานได้หลากหลายมากกว่าเก่า

หลังจากที่ผู้อ่านได้เข้าใจพื้นฐานหลอดไฟ LED ดังที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว หวังว่า บทความนี้จะเป็นการปูทางไปสู่ความเข้าใจในเรื่องของหลอดไฟฟ้าต่อๆ ไป ในบทความหน้าครับ

Reference

1 : The Wild Chronicles. (2 พฤศจิกายน 2023). สงครามปฏิวัติอเมริกาแบบเข้าใจง่าย. สงครามปฏิวัติอเมริกาแบบเข้าใจง่าย | The Wild Chronicles

2 : Money Buffalo. (20 สิงหาคม 2022). ส่องประวัติ โทมัส อัลวา เอดิสัน เจ้าพ่อนักประดิษฐ์ แต่ไม่ได้ผลิตหลอดไฟสำเร็จเป็นคนแรก. ส่องประวัติ โทมัส อัลวา เอดิสัน เจ้าพ่อนักประดิษฐ์ แต่ไม่ได้ผลิตหลอดไฟสำเร็จเป็นคนแรก

3 : Lekise. (8 มีนาคม 2022). วิวัฒนาการหลอดไฟ. LeKise.com วิวัฒนาการหลอดไฟ | ข่าวสาร

4 : Richled. (ม.ป.ป.). หลอดไฟ LED ทำงานอย่างไร ?. หลอดไฟ LED ทำงานอย่างไร ? - Richled ขายปลีก-ส่ง โคมไฟ หลอดไฟ LED : Inspired by LnwShop.com

5 : JU-LED. (ม.ป.ป.). LED คืออะไร. LED คืออะไร

6 : Mr. LED Expert. (ม.ป.ป.). หลักการทำงานของหลอด led. LEDInfinity. หลักการทำงานของหลอดไฟ Led