Знайшовши помилку на сторінці, виділіть її та натисніть Ctrl + Enter
Нитка розжарювання в лампах нагрівається до високих температур, які близькі до температури плавлення вольфраму (3422 ° C). Вольфрам, а також вугілля, який застосовувався в перших лампах, при кімнатній температурі не відрізняються хімічною активністю, однак розпечена вольфрамова спіраль (так само, як і вугільна нитка) згоряють на повітрі за кілька секунд. У цьому можна легко переконатися, спробувавши включити лампу розжарювання зі знятою колбою [1].
Щоб шляхом утворення (спіраль) не згоріла, її потрібно ізолювати від дії повітря. Перші лампи були вакуумними, тобто з їх колб був відкачано повітря. Хіміки добре знають, що скляні посудини, які працюють під вакуумом, можуть заподіяти чимало неприємностей. Найменше пошкодження скла або механічну напругу всередині скла - і такий посудину може вибухнути.
Сучасні лампи заповнюють аргоном або сумішшю криптону і ксенону. Це вигідно не тільки з точки зору безпеки, але і для продовження терміну служби лампи. Основна причина, по якій перегорають лампи, - поступове випаровування вольфраму з поверхні спіралі. У середовищі аргону або суміші криптону з ксеноном таке випаровування відбувається повільніше, ніж у вакуумі [K1].
Проте, газ, який заповнює лампу, знаходиться під тиском нижче атмосферного. Ймовірно, це робиться тому, що в процесі роботи лампи газ всередині колби гріється і тиск зростає. Для продовження терміну служби лампи підвищений тиск всередині колби корисно, оскільки це зменшить випаровування вольфраму, однак, бажано, щоб тиск виросло не надто сильно, інакше можуть не витримати стінки. - Саме тому захисний газ всередині ламп знаходиться під розрідженням.
Легко переконатися, що всередині виключеною лампи тиск нижче атмосферного, але досить включити лампу і тиск усередині колби стане вище атмосферного [2].
За допомогою судини з водою і плоскогубців можна продемонструвати, що газ усередині колби лампи знаходиться під низьким тиском. А якщо є ваги, це тиск можна виміряти. Ідею досвіду підказав один з учасників форуму, коли йшло обговорення отримання натрію електролізом натрієвої селітри з використанням вакуумної електричної лампочки [3].
Ідея проста: зняти з лампи цоколь, занурити нижню частину лампи в посудину з водою, під водою розкрити запаяну скляну трубку, яка використовується для відкачування газу з колби (вона знаходиться під цоколем). Вода кинеться в колбу - до тих пір, поки внутрішнє тиск не зрівняється з атмосферним. Вакуумна лампа повинна заповнитися водою повністю, лампа з розрідженим газом - лише частково (причому тим сильніше, чим нижче був тиск всередині колби).
Якщо зважити лампу (без цоколя) до досвіду, а потім ще раз зважити - після часткового заповнення колби водою, ми зможемо дізнатися масу води, яку засмоктало в колбу. А, отже - обсяг повітря, який повинен був потрапити в лампу, щоб внутрішній тиск досягло атмосферного.
Для експерименту цілком підійде і перегоріла лампа.
Цоколь з лампи потрібно знімати акуратно - інакше можна пошкодити стінки колби або (що більш ймовірно) пошкодити скляну трубку. Перший раз проблем не виникло - цоколь відпало саме (українська якість, а бодай їх.). Третій раз я дуже обережно обпіліть цоколь по периметру ножівкові полотном - тому що при спробі зняти цоколь з другої лампи за допомогою грубої сили і плоскогубців я поламав згадану скляну трубку.
Опустив нижню частину лампи в кристалізатор з водою і розчавив під водою запаяну трубку за допомогою плоскогубців (для цього добре підходять вигнуті плоскогубці). Всередину лампи кинулася вода і заповнила частину колби. Це сталося так швидко, що я відразу не помітив і продовжив колупатися плоскогубцями.
Під час другого досвіду підфарбував воду в кристалізаторі чорнилом для струменевого принтера. Чи варто це робити для наочності - не знаю.
Зважив порожню лампу (заздалегідь), зважив лампу з водою, яку засмоктало в колбу. Потім заповнив колбу лампи водою і знову зважив. Для заповнення лампи водою верхню внутрішню її частину (біля основи припаяної трубки) доведеться обережно надбити дротом - щоб утворився отвір. Головне не потовкти саму колбу (а це легко: скло тонке).
За різницею мас можна розрахувати розрідження, яке було всередині колби лампи. У разі двох використаних мною ламп воно виявилося невеликим. Дані досвіду наведені нижче.
Лампа до досвіду (без цоколя): 21.85 г
Лампа після досвіду (часткове заповнення водою): 40.60 г
Лампа, повністю заповнена водою: 115.05 г
Маса води, яку засмоктало в лампу (за рахунок розрідження):
40.60 - 21.85 = 18.75 г
Маса води в повністю заповненої лампі:
115.05 - 21.85 = 99.20 г
Тиск всередині лампи:
1 - 18.75 / 99.20 = 0.8110 атм.
Тобто тиск всередині лампи становить приблизно 4/5 атмосферного.
Лампа до досвіду (без цоколя): 24.55 г
Лампа після досвіду (часткове заповнення водою): 44.65 г
Лампа, повністю заповнена водою: 113.50 г
Маса води, яку засмоктало в лампу (за рахунок розрідження):
44.65 - 24.55 = 20.10
Маса води в повністю заповненої лампі:
113.50 - 44.65 = 68.85
Тиск всередині лампи:
1 - 20.10 / 68.85 = 0.7080 атм. (2/3 атмосферного тиску)