Wyrób rurek wyładowczych w domu - część III

    


Aleksander "Alek" Zawada, aleksander_zawada@poczta.onet.pl 

Szczególne podziękowania dla:
-Grzegorza (gsmok na naszym forum)
-Krzysztofa (kk84 na naszym forum)
-Tomka (tszczesn na naszym forum)


Trzecią część prezentacji zacznę jakby od końca, od chwili obecnej. Od czasu, kiedy przeprowadziłem moje pierwsze eksperymenty z rurkami minęło już parę miesięcy. Moja skromna aparatura uległa w tym czasie pewnej zmianie. Kompresor dentystyczny służy teraz jedynie jako źródło powietrza dla palnika. Jako pompy próżniowe stosuję natomiast dwa kompresory od lodówek. Pozwoliło to znacznie poprawić komfort pracy podczas eksperymentów a także polepszyć uzyskiwaną próżnię z około 70 Tr do 1...3Tr. Kilkudziesięciokrotne zmniejszenie ciśnienia umożliwiło zbudowanie pierwszej działającej diody, której działanie było przedstawione w oddzielnej prezentacji. Zbudowałem także pierwszą diodę z katodą aktywowaną, co umożliwia już pracę tej lampy jako detektora. Powstały pierwsze lampki jarzeniowe, o napięciu zapłonu około 500V, takie jak na zdjęciu powyżej.
Obecny wygląd aparatury znajduje się na fotografii.

W przedstawionej aparaturze, dysponując dwoma zaworami próżniowymi, zestawem do wywiązywania gazów i wakuometrem mogę napełnić sporządzaną lampkę innym niż powietrze gazem. Mogę także kontrolować jego bieżące ciśnienie w lampie. Czyniłem do tej pory próby napełniania lampek wodorem, amoniakiem i dwutlenkiem węgla. 
Ostatecznym celem moich eksperymentów jest uzyskanie lamp elektronowych-diod, triod i ewentualnie wskaźnika wysterowania-oka magicznego, na tyle dobrych, by mogły pracować w jakichś praktycznych aplikacjach. Udało się to z diodą, choć uzyskane wyniki jeszcze mnie nie satysfakcjonują. 
W bieżącym wariancie aparatury nie da się jednak poczynić dalszych postępów w kierunku wytwarzania lamp elektronowych. Przyczyną tego stanu rzeczy jest w głównej mierze ciągle słaba próżnia. 

Pozostaje więc na razie wytwarzanie kiepskiej jakości diod oraz przyrządów gazowanych. Na zdjęciu obok dioda detekcyjna, bodaj najlepsza z dotychczas otrzymanych lamp.

Jaką próżnię można było osiągnąć w moim pierwszym prymitywnym układzie? Odpowie na to pytanie parę kolejnych fotografii.

W owym prymitywnym układzie, ze sprężarką pracującą także jako pompa próżniowa uzyskiwałem w najlepszym razie próżnię –0,092MPa, co odpowiada około 70 Tr. Dla porównania w dobrych lampach występuje ciśnienie co najwyżej 10 do minus szóstej tora, czyli 0,000001 Tr. Już wtedy jednak czyniłem różne próby, w tym także w zakresie elektronicznego pomiaru ciśnienia.

Ówczesne eksperymenty umożliwiły uzyskanie pierwszych doświadczeń z próżnią. Jakkolwiek żaden ze stosowanych dwóch ciśnieniomierzy nie jest zbyt dokładny to służą mi nadal z pożytkiem w mych skromnych doświadczeniach.
Wróćmy jednak do przerwanego zagadnienia- wytwarzania rurek wyładowczych. Przed odpompowaniem i zatopieniem lampki należy odpowiednio ukształtować rurkę pompową, tak by można było ją dołączyć do węża pompy próżniowej oraz zrobić na niej przewężenie celem łatwego i  prawidłowego zatopienia.

Myślę, że przyda się słowo komentarza: Ta klatka na poprzednim zdjęciu (pojawiała się także wcześniej) jest generatorem wysokiego napięcia. Będzie jeszcze o nim mowa.

Kolejną czynnością jest złożenie aparatury do odpompowania i zatopienia „neonówki”. Potrzebny będzie wspomniany wcześniej generator wysokiego napięcia.

Lampka zostanie zamocowana w statywie, zaś do jej zacisków będzie doprowadzone bardzo wysokie napięcie-około 50kV z generatora. Natężenie prądu nie przekracza jednak 1mA, zaś napięcie po zapłonie lampki znacznie spada. Jest to spowodowane dużą opornością wewnętrzną generatora. 

Niebieski wąż na kolejnym slajdzie prowadzi do improwizowanej pompy próżniowej. Ponieważ w układzie nie było wakuometru, toteż znakiem że w lampce spadło ciśnienie było pojawienie się wyładowania. Wyładowanie to nagrzewało jednocześnie lampkę, dzięki czemu z bańki uciekała para wodna.

 Zwiększenie temperatury umożliwia także uzyskanie nieco większej próżni końcowej w lampce, co wynika z równania Clapeyrona. Wyjaśnimy to bliżej.

Równanie to można zapisać jako:

pv=nRT

p jest ciśnieniem w lampce w paskalach,
v oznacza objętość naszej lampki w litrach,
R jest pewną stałą (tzw. Stała gazowa równa około 8,314 J/mol*K),
n liczbę moli gazu (jego ilość), zaś
T oznacza temperaturę w kelwinach.

Jeśli przekształcimy wzór do postaci: p=nRT/v to zobaczymy, że podwyższenie temperatury polepszy próżnię. Możemy przyjąć, że objętość lampki nie zmienia się- jest niezależna od temperatury. Z lampki wypompujemy powietrze do ciśnienia uzyskiwanego za pomocą pompy próżniowej równego p. Jeśli tak rozrzedzone powietrze w lampce będziemy ogrzewać, na przykład wyładowaniami elektrycznymi to ciśnienie w lampce zacznie wzrastać. Ponieważ jednak pompa próżniowa pracuje, ciśnienie jest natychmiast wyrównywane do ciśnienia p. Jeśli taką ciepłą lampkę, o ciśnieniu gazu równym p zatopić to po jej ostudzeniu do temperatury pokojowej ciśnienie wewnątrz spadnie, zgodnie z powyższym wzorem.

Na kolejnym slajdzie widać lampkę tuż przed zatopieniem. Generator wysokiego napięcia oraz pompa próżniowa pracują- widoczne jest wyładowanie w lampce. Jest ono słabo widoczne w świetle dziennym.

Można zacząć zatapianie. Ogrzewane przewężenie na rurce pompowej zaciśnie się samo wskutek nacisku ciśnienia atmosferycznego na opróżnioną z powietrza rurkę. Praktycznie tak samo odbywa się zatapianie zwykłych lamp elektronowych czy żarówek.

Na kolejnej fotografii znajduje się już gotowa lampka.

Czas najwyższy, aby spożywać owoce pracy. Na kilku kolejnych fotografiach przedstawiono lampki zasilane wysokim napięciem. 

   

 [dział był aktualizowany 20 października 2005r.]

[powrót do części 1 i części 2]

Aleksander "Alek" Zawada, aleksander_zawada@poczta.onet.pl

[Dział DIY]

© 2005 FonAr Sp. z o.o.