หลอดไฟทังสเตนฮาโลเจน

ในปี 1958 E.G. Fridrich และ E.H. Wiley ได้พัฒนา หลอดไฟทังสเตนฮาโลเจน โดยการนำก๊าซฮาโลเจน (โดยทั่วไปคือไอโอดีน) เข้าไปภายใน หลอดไฟไส้ หลักๆ แล้ว ถ้าไม่มีก๊าซฮาโลเจน ประสิทธิภาพของหลอดไฟไส้จะลดลงเนื่องจากการระเหิดของไส้ทังสเตนที่อุณหภูมิสูงในการทำงาน ทังสเตนที่ระเหิดจากไส้หลอดไฟไส้ปกติจะสะสมอยู่บนผิวของหลอดไฟเรื่อยๆ ทำให้แสงสว่างที่ออกมาถูกขวาง การทำงานของหลอดไฟจึงมีประสิทธิภาพลดลง แต่การใส่ก๊าซฮาโลเจนเข้าไปในหลอดไฟไส้สามารถแก้ปัญหานี้และยังมีข้อดีอื่นๆ อีก เพราะก๊าซฮาโลเจนที่ใส่เข้าไปช่วยให้ทังสเตนที่ระเหิดสร้างเป็นสารประกอบทังสเตนฮาโลเจน ซึ่งไม่ได้สะสมบนผิวของหลอดไฟเมื่ออุณหภูมิระหว่าง 500K ถึง 1500K ทำให้แสงสว่างไม่ถูกขวาง ดังนั้นประสิทธิภาพของหลอดไฟจึงไม่ลดลง นอกจากนี้ การใส่ก๊าซฮาโลเจนที่มีแรงดันเข้าไปยังช่วยลดอัตราการระเหิดของไส้ทังสเตน

หลักการทำงานของหลอดไฟฮาโลเจน

หลักการทำงานของหลอดไฟฮาโลเจนขึ้นอยู่กับวงจรรีไซเคิลของฮาโลเจน

ใน หลอดไฟไส้ เนื่องจากอุณหภูมิสูง ไส้ทังสเตนจะระเหิดขณะทำงาน จากการไหลเวียนของก๊าซภายในหลอด ทังสเตนที่ระเหิดจะถูกขนส่งออกจากไส้ ผนังของหลอดมีอุณหภูมิต่ำกว่า ทำให้ทังสเตนที่ระเหิดเกาะติดอยู่บนผนังภายในหลอด แต่ถ้าใช้ก๊าซฮาโลเจนเช่นไอโอดีนในหลอด ความร้อนของไส้หลอดฮาโลเจนจะถูกควบคุมไว้ที่ประมาณ 3300K ทำให้ทังสเตนยังคงระเหิดจากไส้หลอด แต่ก๊าซฮาโลเจนจะทำให้ทังสเตนที่ระเหิดรวมตัวกับไอโอดีนและสร้างสารประกอบทังสเตนไอโอดีน ที่อุณหภูมิ 2000K

จากนั้นก๊าซฮาโลเจนจะพาสารประกอบทังสเตนไอโอดีนไปยังผนังหลอดที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า แต่หลอดถูกออกแบบมาให้ผนังมีอุณหภูมิระหว่าง 500K ถึง 1500K ทำให้สารประกอบทังสเตนไอโอดีนไม่เกาะติดที่ผนังหลอด มันจะกลับไปยังไส้หลอดเนื่องจากการไหลเวียนของก๊าซภายในหลอด เมื่อกลับไปยังบริเวณใกล้กับไส้หลอดที่มีอุณหภูมิมากกว่า 2800K สารประกอบทังสเตนไอโอดีนจะแตกตัวเป็นทังสเตนและไอโอดีนอีกครั้ง

จากนั้นทังสเตนเหล่านี้จะกลับไปสะสมบนไส้หลอดเพื่อทดแทนทังสเตนที่ระเหิดไปก่อนหน้านี้ แล้วก็จะระเหิดอีกครั้งเนื่องจากอุณหภูมิสูงของไส้หลอดและกลายเป็นไอโอดีนอีกครั้ง วงจรนี้จะวนซ้ำไปเรื่อยๆ ทำให้ไส้หลอดไม่ระเหิดอย่างถาวร ทำให้สามารถควบคุมอุณหภูมิของไส้หลอดให้สูงกว่าหลอดไฟไส้ปกติ ทำให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น คือมีลูเมนต่อวัตต์สูงขึ้น ด้วยเหตุผลนี้ทำให้อายุการใช้งานของ หลอดไฟทังสเตนฮาโลเจน ยาวนานขึ้นพร้อมกับความสว่างที่ชัดเจน สมการเคมีคือ

โครงสร้างของหลอดไฟฮาโลเจน

เมื่อเทียบกับหลอดไฟฮาโลเจน หลอดไฟไส้สามารถให้แสงสว่างเพียง 80% ของทั้งหมดเมื่อสิ้นสุดชีวิตการใช้งาน เนื่องจากความชัดเจนของผนังหลอดลดลงเพราะทังสเตนสะสมอยู่บนผนัง ในขณะที่ หลอดไฟทังสเตนฮาโลเจน สามารถให้แสงสว่างมากกว่า 95% ของทั้งหมดเมื่อสิ้นสุดชีวิตการใช้งาน หลอดไฟฮาโลเจนเคยใช้แก้วโบโรซิลิเกตหรืออะลูมิโนซิลิเกตในการผลิตหลอด เนื่องจากมีความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิสูงและสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ แต่ในปัจจุบันควอตซ์ถูกใช้ในการผลิตหลอดไฟฮาโลเจนอย่างกว้างขวาง ควอตซ์เป็นซิลิกาโปร่งใสและออกไซด์ซิลิกอนบริสุทธิ์ มีความแข็งแรงและทนต่ออุณหภูมิสูงกว่าแก้วโบโรซิลิเกตหรืออะลูมิโนซิลิเกต ผนังหลอดควอตซ์สามารถอ่อนนุ่มเมื่อมีอุณหภูมิสูงกว่า 1900K รอบๆ ไส้หลอดต้องรักษาอุณหภูมิที่ 2800K เพื่อรักษาวงจรฮาโลเจน ดังนั้นระยะห่างระหว่างไส้หลอดและผนังหลอดควอตซ์ต้องรักษาให้ผนังหลอดมีอุณหภูมิต่ำกว่า 1900K ผนังหลอดต้องแข็งแรงและมีปริมาตรเล็กเพื่อให้หลอดสามารถทำงานภายใต้ความดันภายในหลายบรรยากาศ ความดันภายในหลอดสูงช่วยลดอัตราการระเหิดของไส้ทังสเตน ไนโตรเจนและอาร์กอนผสมเข้ากับก๊าซฮาโลเจนภายในหลอดเพื่อรักษาความดันภายในสูง ทำให้หลอดสามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงและมีประสิทธิภาพแสงสว่างสูงเป็นเวลานาน หลอดไฟส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้เบรอมีนแทนไอโอดีน เบรอมีนไม่มีสี ในขณะที่ไอโอดีนมีสีม่วง

การใช้งานของหลอดไฟทังสเตนฮาโลเจน

หลอดไฟทังสเตนฮาโลเจน สามารถมีรูปร่างหลากหลาย แต่ส่วนใหญ่เป็นทรงกระบอกและไส้หลอดวางแนวแกน นอกจากนี้ยังมีทั้งแบบปลายเดียวและสองปลาย แสดงดังนี้
แสดงดังนี้

หลอดไฟทังสเตนฮาโลเจนให้สีอุณหภูมิที่สอดคล้องกัน มีการรักษาแสงสว่างที่ดีและมีอายุการใช้งานที่เหมาะสม หลอดไฟทังสเตนฮาโลเจนเหมาะสมสำหรับการใช้งานกลางแจ้ง เช่น ระบบแสงสว่างในสนามกีฬา โรงละคร สตูดิโอ และการส่องสว่างทางโทรทัศน์ เป็นต้น ไส้หลอดมีความเสถียรและวางตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ หลอดไฟทังสเตนฮาโลเจน ถูกใช้แพร่หลายในระบบแสงสว่างที่ต้องการความสว่างเฉพาะจุด โปรเจคเตอร์ภาพยนตร์ และเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ ประเภทของหลอดไฟทังสเตนฮาโลเจนที่มีในตลาดคือหลอดไฟที่ใช้แรงดันต่ำ ขนาด 12, 20, 42, 50 และ 75 วัตต์ ทำงานที่อุณหภูมิระหว่าง 3000K ถึง 3300K ระยะเวลาการใช้งานอยู่ระหว่าง 2000 ชั่วโมงถึง 3500 ชั่วโมง

หลอดไฟฮาโลเจนถูกใช้ในอุปกรณ์การฉายภาพทางแสง ปัจจุบันถูกใช้แพร่หลายในการส่องสว่างการแสดงด้วย หลักส่วนสำคัญของ หลอดไฟทังสเตนฮาโลเจน คือแคปซูลทังสเตนฮาโลเจนขนาดเล็ก ซึ่งถูกติดตั้งเป็นชิ้นเดียว กระจกสะท้อนแสงที่เป็นชิ้นเดียวใช้สำหรับควบคุมลำแสง MR-16 หลอดไฟมีกระจกสะท้อนแสงหลายฟิลเล็ต ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นิ้ว มีประสิทธิภาพแสงสว่างสูงกว่าหลอดไฟไส้แรงดันมาตรฐาน แรงดัน ขนาดของหลอดไฟเล็กกว่าและสามารถติดตั้งในอุปกรณ์ที่กะทัดรัดได้

คำแถลง: ขอให้ เคารพ ต้นฉบับ บทความที่ดีควรแบ่งปัน หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อลบ