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.
Благодаря своей высокой плотности снаряды из вольфрама при ударе о броню создавали на крохотном ее участке огромное давление, которое ее разрушало. Но обедненного урана у немцев было много, а плотность его была еще выше. Полторы тысячи тонн этого металла, накопленного при создании атомной бомбы, они и пустили на производство снарядов.
Тогда замены вольфрама на уран никто не заметил. Но когда снаряды с урановыми сердечниками начали применять в ходе войн 60 — 70-х годов на Среднем Востоке, результаты оказались фантастическими. Однажды такой снаряд пробил навылет два танка сразу! И все же физические причины этого явления разгадали лишь недавно.
Как-то раз на одном из полигонов в нашей стране обстреливали бронебойными снарядами, летевшими со скоростью более 1500 м/с, толстую броневую плиту. При этом заметили, что она сильно раскалилась. Это вызвало у специалистов недоумение. Решили, что нагрев вызван переходом в тепло кинетической энергии снарядов. Для проверки этой гипотезы достаточно школьного курса физики. Подсчитали и удивились, что тепловая энергия броневой плиты была в четыре раза больше, чем кинетическая энергия попавших в нее снарядов!
Сначала заподозрили, что происходит химическое соединение сердечника снаряда со сталью плиты с выделением тепла. Но никаких продуктов химических реакций обнаружить не удалось. Стало ясно, что энергия берется откуда-то еще. Уж не происходят ли какие-нибудь ядерные процессы в уране? Нет, обстрел броневых плит снарядами с сердечниками из вольфрама и даже стали давал примерно такие же результаты: откуда-то появлялась огромная энергия. Когда же скорость снарядов снижали примерно до 1200 м/с и меньше, эффект исчезал. Плита нагревалась ровно настолько, сколько могла дать ей кинетическая энергия. Тут вспомнили и про одну из загадок астрофизики. Когда на землю падает железоникелевый метеорит со скоростью 700 м/с, то он создает крохотную воронку и сам остается почти целехоньким. Но, если скорость метеорита достигает 3–4 тыс. м/с, образуется громадная воронка, в которой удается найти лишь ничтожные следы метеорита. При этом размеры воронки также не удается объяснить только кинетической энергией небесного тела.
Загадку прояснили в начале 90-х годов прошлого века русские ученые профессор МГТУ Михаил Константинович Марахтанов и его сын, аспирант Калифорнийского университета в Беркли Алексей Марахтанов.
Все металлы имеют кристаллическую структуру, на создание которой затрачивается немалая энергия. Состоит кристалл из отдельных положительно заряженных атомов, расположенных в узлах кристаллической решетки. Между ними, как и между любыми одноименно заряженными телами, действуют силы отталкивания. Казалось бы, атомы должны немедленно разлететься в стороны. Но между ними постоянно находится некоторое количество движущихся электронов. Они выполняют роль клея, удерживающего атомы металла в узлах кристаллической решетки.