Свежие комментарии

Газоразрядная лампа

Попаданец, соорудивший источник высокого напряжения, например, электрофорную машину или катушку Румкорфа, может использовать его для питания газоразрядных (или газосветных) трубок.
Такие трубки уже упоминались в статье про рентген, но этот вопрос можно рассмотреть более подробно.

Газоразрядные трубки, яркий вклад в появление которых внес стеклодув и изобретатель Генрих Гейслер, поначалу получили большую популярность как занятная научная диковинка, а впоследствии привели к открытию рентгеновских лучей, электрона и многого другого.

Газоразрядная трубка снабжается двумя электродами, впаянными в стекло. Для возбуждения тлеющего разряда в газе оптимальным является разряжение около 10 мм. рт. ст., такое разряжение легко получить водоструйным насосом. Разряжение можно получить и вовсе без насоса, просто заполнив трубку углекислым газом и поместив внутрь кусочек едкого натра или кали. Примитивную газоразрядную лампу возможно сделать даже из стеклянной бутылки и резиновых пробок, хотя долго работать она не будет.
Необходимое напряжение зависит от размеров трубки, давления и состава газа, и обычно составляет несколько киловольт.
Газоразрядные трубки могут служить не только диковинкой или демонстратором «магии» попаданца, но и для вполне практических целей, например, освещения. Поскольку простая электрофорная машина способна выдавать лишь считанные ватты (в лучшем случае десятки ваттов) мощности, лучше использовать катушку Румкорфа, питаемую от гальванического элемента.

Трубки, заполненые углекислым газом и известные как лампы Мура, на рубеже XIX и XX вв. весьма успешно конкурировали с лампами накаливания, поскольку имели достаточно высокую светоотдачу (около 10 люмен на ватт, что в три раза больше ламп накаливания с угольной нитью) и приятный белый свет, хотя и требовали периодической дозаправки газом, постепенно реагирующим с металлическими электродами, для чего использовались достаточно хитроумные автоматические вентили.

Интересно что Жюль Верн в «20 тысяч лье под водой» оснастилил «Наутилус» капитана Немо такими же лампами.
Но появление ламп накаливания с вольфрамовой спиралью в 1910 г. отправило лампы Мура в историю.

Примерно в это же время появились газосветные трубки, наполненые благородными газами, и имеющие за счет этого гораздо больший ресурс. Для освещения такие лампы уже не применялись, зато получили огромную популярность в виде неоновой рекламы, лишь в последние 10-15 лет практически вытесненной светодиодами.
Из всех благородных газов попаданцу легко доступен аргон, которого в воздухе 0.93%. Если герметично запаять трубку, в которой находится кусочек магния, и затем этот магний осторожно нагреть, магний поглотит весь кислород и азот воздуха, оставив аргон под давлениеи около 7 мм. рт. ст. Как раз такое давлени и нужно. Свечение чистого аргона имеет фиолетовый цвет.

Если же добавить в трубку каплю ртути, свечение приобретет яркий синий цвет.

Именно эта комбинация и использовалась наиболее широко наряду с самим неоном, дающим красно-оранжевый свет.
Одно из замечательных качеств гейслеровских трубок — узкие спектральные линии излучения, что делало эти источники света незаменимыми в тонких научных исследованиях. А излучение трубки с парами кадмия близко к когерентному, и это свойство было использовано Майкельсоном для приведения метра к длине волны света.

22 комментария Газоразрядная лампа

  • 4eshirkot

    //-Оспаривать это не приходится, — отвечал я. — Хотелось бы только знать, капитан, каким способом вы освещаете себе путь на дне океана?
    — Аппаратом Румкорфа, господин Аронакс. Резервуар со сжатым воздухом укрепляется на спине, а этот привязывают к поясу. Он состоит из элемента Бунзена, который я заряжаю натрием, а не двухромистым калием, как обычно. Индукционная катушка вбирает в себя электрический ток и направляет его к фонарю особой конструкции. Фонарь состоит из змеевидной, полой, стеклянной трубки, наполненной углекислым газом. Когда аппарат вырабатывает электрический ток, газ светится достаточно ярко. Таким образом я могу дышать и видеть под водой.//
    Жюль Верн, 1869

    • 4eshirkot

      Идею применить газоразрядные лампы для освещения Жюль Верн, вероятно, взял от прибора Альфонса Дюма и Камилла Бенуа которые в 1862 предложили использовать трубку Гейслера в качестве безопасной лампы для работы в шахтах. Прибор Дюма-Бенуа состоял из цинк-бихроматного элемента и катушки Румкорфа, помещаемых с специальную резиновую сумку, и газорязрядной лампы. Поначалу лампы наполняют углекислый налом, но такая лампа быстро теряла яркость, поэтому в дальнейшем перешли на азотную лампу, причем трубка изготавливалась из флюоресцентного уранового стекла для коррекции цвета и увеличения яркости (практически как в лампах дневного света). Прибор весил 4 кг и работал непрерывно в течение 12 ч с яркостью немного меньше обычной безопасной лампы.
      https://books.google.ru/books?id=hNIOAAAAYAAJ&pg=PA169&redir_esc=y#v=onepage&q&f=true
      Несколько ранее освещение газоразрядной лампой было использовано в медицине для исследования полостей тела.
      Этот пример показывает, насколько хорошо Жюль Верн был знаком с передовыми достижениями науки и техники своего времени.

    • 4eshirkot

      «20000 лье под водой» — не первое произведение, в котором Жюль Верн задействовал фонарь с газоразрядной лампой; такими же фонараями он снабдил экспедицию профессора Лиденброка в «Путешествии к центру земли», причем этот роман был опубликован в 1864 г, всего лишь два года после сообщения об изобретении Дюма и Бенуа. В русском переводе описание фонаря опущено, в английском же варианте, и, надо полагать, оригинальном тексте, описание достаточно подробное.
      //Ruhmkorff’s apparatus consists of a Bunsen pile worked with bichromate of potash, which makes no smell; an induction coil carries the electricity generated by the pile into communication with a lantern of peculiar construction; in this lantern there is a spiral glass tube from which the air has been excluded, and in which remains only a residuum of carbonic acid gas or of nitrogen. When the apparatus is put in action this gas becomes luminous, producing a white steady light. The pile and coil are placed in a leathern bag which the traveller carries over his shoulders; the lantern outside of the bag throws sufficient light into deep darkness; it enables one to venture without fear of explosions into разрвботалиthe midst of the most inflammable gases, and is not extinguished even in the deepest waters. M. Ruhmkorff is a learned and most ingenious man of science; his great discovery is his induction coil, which produces a powerful stream of electricity. He obtained in 1864 the quinquennial prize of 50,000 franc reserved by the French government for the most ingenious application of electricity.// некоторая неточность состоит в самом названии, так как Румкорф, изготовитель научных инструментов, запатентовал в 1851 г индукционную катушку (изобретенную еще раньше), газоразрядную лампу изобрел Гейслер в 1857 г, а описываемый фонарь разработали Дюма и Бенуа в 1862 г, они же получили за него приз от французского правительства.
      Здесь http://jules-verne-news.blogspot.com/2012/04/une-premiere-mondiale-la-lampe-de.html?m=1 для съемок фильма попробовали сделать лампу по описанию Жюля Верна, получилось неплохо.
      Возвращаясь к оригинальному изобретению Дюма и Бенуа, в этой книжке https://books.google.ru/books?id=YA0cAQAAIAAJ&pg=PA5&redir_esc=y#v=onepage&q&f=true приведены детали устройства. Батарея в большом фонаре с диаметром сосуда 100 мм заправлялась 30 г бихромата калия, и работала 24 ч, все устройство весило 5 кг. Фонарь поменьше весил 4 кг, диаметр сосуда был 80 мм с зарядом 20 г бихромата, которого хватало на 12-15 ч свечения.
      Таким образом, на сутки работы требовалось порядка 75-100 г реактивов — цинка, бихромата и серной кислоты.
      Емкость большой батареи можно оценить в 8 ампер-часов, а саму лампу примерно в 1 Ватт, т.е, ее яркость была примерно такая же, как у карманного фонарика времен СССР или как у одной свечи. Для шахты терпимо, для водолаза явно маловато.

  • dan14444

    > Если же добавить в трубку каплю ртути, свечение приобретет яркий синий цвет.

    и жёсткий УФ, без люминофора — смерть всему живому

    > и обычно составляет несколько киловольт

    на киловольтах, подозреваю, вся эта радость будет фонить рентгеном

    IMHO, классическая схема с дросселем, холодными электродами, геттером и ртутью/люминофором — самое то для попаданца, если до вольфрамовых филаментов успеть раскрутить

    • 4eshirkot

      //и жёсткий УФ, без люминофора — смерть всему живому//
      Жесткий УФ через стекло — надо такое стекло постараться еще сделать. Если получится — то откроются дополнительные сферы применения. Но плавленый кварц не для попаданца.
      Классичечкие неоновые вывески как раз аргон+ртуть, без люминофора синие или зеленые (при желтом стекле), с люминофором любые цвета.

      //на киловольтах, подозреваю, вся эта радость будет фонить рентгеном//
      Дело не в коловольтах, а в давлении. Чтобы рентгеном начало фонить, нужно разряжение улучшить на пару порядков.
      Обычные трансформаторы для неоновой рекламы — 5-20 киловольт. Б/у трансформатор 15 кВ у меня питает самодельный лабораторный озонатор.

      • dan14444

        > Жесткий УФ через стекло

        Стекло, конечно, самый жёсткий придавит — но и 300+нм — ничего хорошего. Без люминофора — не гут, особенно глазам.
        Да и к увиолевым стёклам много чего относится.

        > откроются дополнительные сферы применения

        это само собой…

        > плавленый кварц не для попаданца

        во времена востребованности лампочек — почему нет? на дуговую печку энергия есть.
        да и плавить кварц не обязательно, если очень надо самый жёсткий хвост сохранить — можно и вклеенную пластинку примастрячить
        опять же — увиолевые в ассортименте

        > Дело не в коловольтах, а в давлении. Чтобы рентгеном начало фонить, нужно разряжение улучшить на пару порядков.

        Точнее в энергии, набираемой за свободный пробег… т.е. давление — несомненно, но и потенциал тоже.

        • 4eshirkot

          У свинцового стекла — а именно такое нужно использовать — край пропускания 330-350 нм. Так что даже не загореть под таким светом. Разве что для глаз может быть вредно.

          Если нужен именно уф, то и стекло нужно специальное делать, и конструкцию лампы другую, ртутную дуговую низкого давления.
          На порядок сложнее описанного в заметке.

          • dan14444

            Сейчас в стерилизаторах чаще всего применяют обычные газоразрядные лампы без люминофора, никакой дуги.
            Для чего-то мощного — да, лучше взять горелку из ДРЛки.

            А дуговые низкого давления — как-то и не встречал.

          • dan14444

            > Разве что для глаз может быть вредно.

            Что означает неприменимость для освещения. Про УФ — сказали отдельно. Остаются какие-то нишевые…

            • 4eshirkot

              >>Что означает неприменимость для освещения. Про УФ — сказали отдельно. Остаются какие-то нишевые…>>

              Солнечный свет, похоже, тоже для освещения неприменим, в нем и меньше 300 нм излучение есть. А если серьезно — от неоновой рекламы даже в темных барах/клубах никто не слеп. Свет аргона со ртутью не подходит для освещения по причине своего цвета, а тот же углекислый газ или азот, несмотря на некоторую сложность дозаправки лампы газом — вполне. Иначе бы их и не использовали на протяжении 10 лет.

              • dan14444

                > Солнечный свет, похоже, тоже для освещения неприменим, в нем и меньше 300 нм излучение есть.

                Вообще да, из этих соображений — вред ультрафиолета для глаз похоже преувеличен…
                Впрочем, надо смотреть соотношение, а не только абсолютную дозу.
                Хотя, щелевые маски при снежной слепоте помогают…
                В общем, дело ясное, что дело тёмное.

      • BobSencler

        требую НЕМЕДЛЕННО привести схему , чтобы дома собрать «самодельный лабораторный озонатор». Спасибо. Три раза Ку! Не так часто в жизни увидишь оранжевые штаны. Жду. Реально. Говорят, что такие приборы убивают и бактерии и вырусы (уж не знаю, запретили ли это слово или нет…)… Пожалуйста. SY.

      • BobSencler

        требую НЕМЕДЛЕННО привести схему , чтобы дома собрать «самодельный лабораторный озонатор». Спасибо. Три раза Ку! Не так часто в жизни увидишь оранжевые штаны. Жду. Реально. Говорят, что такие приборы убивают и бактерии и вырусы (уж не знаю, запретили ли это слово или нет…)… Пожалуйста. SY. [а если к капельке ртути добавить капелюшку натрия?]

  • dan14444

    Кстати, смежный реальный вопрос — я использую самодельную плазменную камеру (окислительная плазма) в работе, как раз на килогерцовых киловольтах… хотел проконтролировать, не фонит ли рентгеном — но дозиметр уходит в зашкал, вероятно из-за наводок. Чем легкодоступным проверить? Кроме электроскопа в голову ничего не приходит, а его чутьё — никакое… Классическую фотоплёнку с реагентами — уже так просто не найдёшь… На затемнённую камеру смартфона — тот же вопрос наводок…

    • 4eshirkot

      Купить ч/б пленку никакой проблемы сейчас нет, стоит как три чашки кофе. Равно как и проявители, но их и покомпонентно намешать несложно.
      Другое дело, отнормировать почернение к дозе, это нетривиальная задача.

      • dan14444

        Ага, уже нашли. Там точности не нужно — любая засветка неприемлема, если будет.

        • 4eshirkot

          И как результат?
          Кстати, откуда источник питания и какой мощи?

          • dan14444

            Нашли, где продают… проверим — как руки дойдут, если теоретически из пробега-давления-потенциала-частоты не посчитаем, что заведомо нет )
            Источник — сначала самопальный, потом от газоразрядных с Али прикрутили… Ватт 20, если не путаю.

            В принципе, там и давление не очень низкое, и потенциал переменный, и довольно высокочастотный… но проверить или посчитать надоть.
            Дозиметр шкалит так, что можно пугать народ )

  • 4eshirkot

    //»What’s wrong with my light?» Thomas Edison is said to have asked when he learned that Moore had started to tinker with light-producing tubes of gas as a potential replacement for the incandescent bulb. Moore is reported to have replied undiplomatically, «It’s too small, too hot and too red.»//

  • 4eshirkot

    Интересно, можно ли запитать лампу адекватной мощности, порядка 100 Ватт, от электростатического генератора.

    Один диск может давать порядка 10 Ватт.
    http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t11-2_1961/go,36

    //Э. машина с одним подвижным кругом дает разрядный ток максимум в 10 микроампер. Для усиления действия машины делаются иногда с большим числом кругов; так, существуют машины Теплера, имеющие 20—60 стеклянных кругов, помещенных на общей оси. Машина с 20 кругами диаметром в 26 см при 22 оборотах в секунду дает разрядный ток в 0,0081 амп. и напряжение около 75000 вольт. При 60 кругах в 30 см диаметром и 20 оборотах в секунду можно получить ток в 0,02 амп. и разность потенциалов в 100000 вольт. Сила тока зависит от скорости вращения (Stark, «Die Elektricität in Gasen»).//

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>