Юный техник, 2005 № 08
Шрифт:
Прошло не более десяти лет, как эти устройства полностью вытеснили свечу Яблочкова из уличного освещения. Но потребность в очень простом и надежном источнике света, который мог бы работать где угодно, оставалась, а дуговой фонарь с механическим регулятором для этих целей никак не годился.
Многие изобретатели пытались решить проблему при помощи лампы накаливания. Она легко зажигается при подаче напряжения, гораздо дольше горит и всегда может быть зажжена повторно.
Однако создать ее оказалось нелегко. Тонкие металлические проводники не выдерживали высокой температуры и быстро перегорали на воздухе.
Чтобы этого избежать, приходилось запаивать нити
П.Н.Яблочков в этом деле пошел своим путем. Этот путь он нашел, работая над составом перемычек для зажигания своих дуговых свечей. Он заметил, что каолин при комнатной температуре является прекрасным изолятором, но при нагревании до 600–700 °C начинает проводить электрический ток. При этом он накаляется добела и испускает яркий свет. (Каолин, напомним, это белая мягкая глина, состоящая из окиси кремния и окиси алюминия. При добавлении к ней полевого шпата она становится сырьем для приготовления фарфора.)
Если сжечь в атмосфере кислорода смесь порошка алюминия и кремния, произойдет ослепительно яркая вспышка, а температура пламени превысит 3000 °C. Когда реакция закончится, в сосуде останутся те самые окислы алюминия и кремния, из которых состоит каолин. Поскольку их образование сопровождалось столь бурным выделением энергии, окислы при температурах 2000–2500 °C оказываются устойчивы, сохраняют механическую прочность и не вступают в химические реакции.
В 1879 году, понаблюдав за поведением раскаленного каолина, Яблочков создал лампу накаливания, состоявшую из фарфорового стержня, накаляемого электрическим током (рис. 1).
Для того чтобы лампа Яблочкова начала давать свет, ее фарфоровый стержень нужно было предварительно накалить. Для это изобретатель возле каждой лампы располагал источник тока высокого напряжения — катушку Румкорфа. При подключении лампы к сети катушка начинала выдавать несколько тысяч вольт и стержень охватывался потоком искр, которые быстро его нагревали. Из изолятора он постепенно превращался в проводник. Ток, который теперь мог по нему протекать, усиливал нагрев, и проводимость стержня росла. Очень быстро фарфор раскалялся и начинал давать ровный яркий свет. Однако необходимость иметь возле каждой такой лампы катушку Румкорфа приводила к чрезмерному удорожанию устройства. Потому в те годы лампа Яблочкова особого распространения не получила.
Испытать работу такой лампы можно на простом демонстрационном эксперименте. Фарфоровый стержень найти довольно трудно, поэтому замените его стеклянной палочкой.
Соберите цепь из лампы и выключателей, как показано на рисунке 2.
В разрыве этой цепи поставьте стеклянную палочку диаметром 3–5 мм. Если эту цепь просто подключить к сети 220 В, лампа гореть не будет. Но начните подогревать стекло сильным пламенем газовой горелки, и вскоре заметите, как стекло начнет проводить ток и лампа загорится. После этого лампу можно замкнуть накоротко. Высокая температура стекла будет поддерживаться проходящим по нему электрическим током.
В отличие от фарфора стекло легко размягчается и высоких температур не выдерживает. Однако для чисто демонстрационных целей яркость его свечения вполне достаточна.
Лампа накаливания со стержнем из окислов металла была вторично изобретена немецким ученым Вальтером Нернстом уже после смерти П.Н.Яблочкова (рис. З).
Дело в том, что и лампа Яблочкова, и обычная лампа накаливания 96 % энергии испускают в диапазоне теплового излучения. Чтобы уменьшить эту излишнюю трату энергии, Нернст применил стержень из фарфора с добавлением окислов тория и церия. В целом КПД лампы Нернста получался почти в два раза выше, чем у ламп накаливания обычного типа.
Запуск лампы требовал подогрева ее стержня при помощи спички. Это сильно затрудняло применение лампы Нернста в быту. Однако она достаточно широко — вплоть до конца 20-х годов XX века — применялась в диапроекторах, где запуск при помощи спички затруднений не вызывал. Сегодня эту задачу можно было бы решить при помощи электронного устройства, разогревающего стержень при запуске, а затем автоматически отключающегося.
Лампы Нернста — Яблочкова — это единственный тип электроламп, который вы можете изготовить своими руками. Для опытов с ними можно взять фарфоровые стержни от старых резисторов. Для получения особенно яркого свечения попробуйте применить покрытые торием катоды от радиоламп.
РАЗБЕРЕМСЯ НЕ ТОРОПЯСЬ
Броня крепка, но…
В конце 30-х годов прошлого века в нашей стране (СССР) испытали 25-мм пушку, отличавшуюся от других пушек такого же калибра вдвое большей начальной скоростью снаряда — 1500 м/с. Ее снаряды с сердечником из вольфрама — вещества с очень высокой плотностью и твердостью — с расстояния в километр пробивали от борта до борта броню всех известных тогда танков.
Объяснить это только большой энергией снаряда, полученной им за счет высокой скорости полета, не удавалось.
С подобным же эффектом, но выраженным еще более ярко, столкнулся и немецкий инженер Герлих, создавший винтовку, посылавшую обычные — свинцовые — пули со скоростью 1500–1700 м/с. Теория говорила, что они вообще не могут причинить броне вреда. Однако же пули пробивали стальную плиту толщиной в 20 мм!..
В те годы глубоких исследований причин этих явлений не вели. Ограничились предположением, что при высоких скоростях снаряда броня как бы не успевает в полной мере проявить свои свойства, ведет себя как стекло.
Вероятно, такое оружие могло бы сыграть важную роль в танковых войнах, но…. Ни наша пушка, ни винтовка Герлиха не были приняты на вооружение из-за высокой сложности изготовления.
Но вернемся в современность. Все помнят, как во время войны с Югославией США применяли пули и снаряды с урановыми сердечниками. Эта практика была осуждена мировой общественностью, но, справедливости ради, стоит вспомнить, что бронебойные снаряды с таким сердечником впервые применили не они, а немцы еще в 1944 году. Дело в том, что у них не было вольфрама, необходимого для производства бронебойных снарядов.