Химия и Химики № 2 2012. Зажгите лампу спичкой (электропроводность стекла). The electrical conductivity of glass. (How to switch on the incandescent lamp using a gas burner)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Стеклянная палочка

Опыт описан в книге О. Ольгин Опыты без взрывов ссылка. Суть его проста: в твердом состоянии ионные вещества не проводят ток, но в жидком состоянии они являются проводниками. Если между двумя электродами поместить калиевую селитру или стекло, лампа (включенная в электрическую цепь последовательно) гореть не будет. Но стоит селитру или стекло нагреть до плавления, как между электродами начинает течь ток и лампочка загорается.

Подобный опыт с калиевой селитрой был описан в первом номере журнала за этот год ссылка.

В этот раз мы проделали аналогичные опыты со стеклом. Между двумя электродами (расстояние в первом опыте 2 см, в последующих - примерно 1.5 см) положили кусочек стеклянной палочки. Электроды подключили к осветительной сети (напряжение 220 В) последовательно с лампочкой. Разумеется, лампа не загорелась.

Стекло начали нагревать газовой горелкой. Когда стекло размякло, лампочка стала тускло гореть, по мере нагрева накал усиливался, потом стекло прогнулось и контакт нарушился: кусочек палочки разделился на две половинки. Лампа погасла.

На следующий день мы немного усложнили эксперимент. Размышления были следующими. В аналогичном опыте с калиевой селитрой лампа загорается, когда селитра между электродами плавится, но если прекратить нагрев лампа не гаснет, поскольку селитра поддерживается в расплавленном состоянии за счет тепла, которое выделяется при прохождении электрического тока. Логично предположить, что подобное будет и со стеклом: после прекращения внешнего нагрева стекло будет находиться в расплавленном (вернее - в размякшем) состоянии за счет омического тепла.

На этот раз между электродами положили сразу два кусочка стеклянной палочки и стали нагревать. Когда стекло размякло, лампочка тускло загорелась, нагрев был прекращен, но два куска стеклянной палочки повели себя по-разному.

Ближайший к пламени кусочек нагрелся сильнее. Он стал прогибаться, образовалось утончение. В этом месте стекло раскалилось сначала до желтого, потом до белого цвета. Нагрев обусловлен тем, что в более узком месте сопротивление выше, следовательно, больше и выделение тепла. В результате стекло нагревалось, становилось все менее вязким, прогибалось и становилось все более тонким. Когда контакт нарушился, между кусочками жидкого стекла вспыхнула яркая дуга, это вызвало плавление и окончательное размыкание контакта.

Лампа погасла, но только на мгновение: ток потек по другому кусочку палочки. Лампа снова загорелась.

Другой кусочек стеклянной палочки повел себя по-иному. Он нагревался слабее, и в нем не образовалась перемычка, стекло осталось гораздо более вязким, но именно за счет этого куска палочки лампа продолжала гореть. Было заметно, что в месте контакта металлических электродов со стеклом горят две миниатюрные электрические дуги, и за счет этого стекло поддерживается в размякшем состоянии. В данном опыте лампочка прогорела минуту, пока контакт не ослаб и стекло не остыло, но в одном из последующих экспериментов лампа горела пять минут (пока опыт не был прекращен).

Если находящееся в таком состоянии стекло дополнительно нагреть горелкой, оно размякало, прогибалось, формировалась перемычка, которая раскалялась и разрывалась с образованием дуги. Чтобы продемонстрировать свечение самого стекла, лампу целесообразно временно заслонить от камеры (зрителей), но исключать ее из цепи не следует, поскольку она защищает от короткого замыкания при случайном контакте электродов.

Watch the video 1 (84 Мб, .avi ) Watch the video 2 (122 Мб, .avi ) Watch the video 3 (243 Мб, .avi ) Watch the video 4 (98 Мб, .avi ) Watch the video 5 (150 Мб, .avi )
Старые - смотреть Видео 1 (83 Мб, .avi ) Смотреть Видео 2 (53 Мб, .avi ) Смотреть Видео 3 (85 Мб, .avi ) Смотреть Видео 4 (41 Мб, .avi ) Смотреть Видео 5 (68 Мб, .avi )

Не забывайте о технике безопасности: в эксперименте оголенные электроды находятся под напряжением 220 В. Очень желательно использовать резиновые перчатки и стоять на резиновом коврике. Ни в коем случае нельзя прикасаться к заземленным предметам: если вы одновременно коснетесь оголенных проводов, ток пойдет через ваше тело, а это может плохо кончиться [1].

Во время опытов экспериментатор дважды умудрился коснуться пальцами электродов, которые были под напряжением 220 В (одновременно обоих). В результате наблюдалось непроизвольное сокращение мышц (как дрожь от холода). Хорошо, что электроды были покрыты оксидной пленкой, и он стоял на резиновом коврике.

Перед экспериментом тщательно проверьте установку на надежность контактов. Для этого замкните металлическим предметом (с заизолированной ручкой!) электроды: лампа должна загореться. Если этого не произошло - выключите ток и установите, где потерян контакт.

_____________________
¹ Если человек находится под действием электрического тока и не может самостоятельно освободиться, необходимо немедленно отсоединить его от источника тока. Самый простой способ - выключить рубильник, если рубильник далеко или недоступен, существуют другие способы. Прежде всего, следует помнить, что пострадавший находится под напряжением и, прикоснувшись к нему, вы рискуете разделить его судьбу.

Итак, необходимо прекратить действие тока, не прикасаясь к потерпевшему. Например, можно взять доску или любой другой непроводящий ток предмет и сбросить с пострадавшего провод или взять топор и перерубить провод. Если это невозможно, человека оттаскивают за одежду (желательно обмотать руку полотенцем или собственной одеждой).

Профессиональные электрики в таких случаях нередко отталкивают пострадавшего от провода или щитка ударом (толчком) ноги: так, чтобы с телом соприкасалась только подошва (желательно толстая).

Знакомый рассказал интересный случай. Физик "копался" в электрическом щитке, неожиданно его начало передергивать, другой физик, недолго думая, ударил его ногой, чтобы прекратить действие тока. Пострадавший отлетел, причем от удара ему чуть не сломало ребра. Оказалось, что первый физик "пошутил", изображая из себя пораженного током. Получив сильный пинок, он понял, что с такими вещами не шутят.

Другая важная мораль: не работайте с электричеством самостоятельно, всегда рядом должен находиться человек, способный подстраховать. Электрический ток вызывает непроизвольное сокращение мышц. Начиная с определенной силы тока это сокращение нельзя преодолеть усилием воли: в результате, если вы случайно схватили провод под напряжением, вы не сможете сами разжать руку.