Химия и Химики № 2 2016. Модель ртутного выключателя (без использования ртути). Model of a mercury tilt switch (without any mercury)

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

Ртуть - металл, жидкий при комнатной температуре. Температура замерзания ртути минус 38.8°C, температура кипения 356.7°C, т.е. ртуть остается жидкой в широком интервале температур: и на не слишком сильном морозе, и при не слишком сильном нагреве. Этим ртуть отличается галлия и цезия - двух других металлов, способных быть жидкими при комнатной температуре (температура плавления галлия 29.8°C, цезия 28.5 °C) [1]. Металлический цезий к тому же обладает высокой химической активностью, что препятствует его использованию. Таким образом, ртуть - уникальный металл, который получил широкое распространение в электротехнике прошлого, когда на токсичность ртути часто закрывали глаза.

В частности, ртуть применяли в ртутных выключателях (ртутных реле), которые включают или выключают ток в зависимости от положения выключателя в пространстве. В стеклянный сосуд впаивали два металлических электрода, внутри содержалась ртуть, которая свободно переливалась и замыкала или размыкала цепь в зависимости от положения выключателя. Например, такие ртутные выключатели были в старых сушильных шкафах: они выключали нагрев, если шкаф был установлен не горизонтально (т.е. слишком наклонялся). Раньше ртутные выключатели также применялись в автомобилях и различных контроллерах. Принцип действия ртутного выключателя понятен из картинки:

Ртутный выключатель. Mercury tilt switch

Видеть ртутные выключатели приходилось, но раньше я о них не особенно задумывался: пока не мобилизовали в армию сапером. В "учебке" инструкторы часто рассказывали, что в некоторых минах используют ртутные выключатели, которые реагируют на изменение положения мины (стоит наклонить - произойдет взрыв). И только один инструктор сказал, как все на самом деле. В минах (заводского производства) ртутные выключатели не используют: вместо ртути служат металлические шарики. В зависимости от положения мины в пространстве они перекатываются и замыкают цепь так же, как и жидкая ртуть. Зачем использовать ртуть, если можно обойтись железом?

В качестве примера таких мин можно примести мину-ловушку МС-4 (мина-сюрприз). Мина предусматривает несколько способов подрыва. Она может срабатывать от таймера, от вибраций (поезд) или от изменения положения в пространстве. Другой пример - российская противопехотная мина "ПМН-3" (пехотная мина нажимная), внешне она похожа на советскую "ПМН-2", но, в отличие от последней, ПМН-3 имеет датчик уровня: если такую мину наклонить, она взрывается. Нетрудно догадаться, что это сделано против наших саперов - чтобы мину было невозможно безопасно извлечь, не взрывая.

__________________________________________________
¹ Кроме индивидуальных металлов есть также сплавы, жидкие при комнатной температуре, например, сплав натрия и калия, но мы их рассматривать не будем.

Противопехотные мины. Темно-зеленая "коробочка" - мина-ловушка МС-4, слева от нее (светло-зеленая) ПМН-2, которая внешне похожа на ПМН-3, справа - МЛ-7 ("маленькая коробочка"). Дальний ряд, крайняя слева - МС-3 (сверху черная с "кнопкой", снизу - коричневая)

Решил сделать аналог ртутного выключателя (реле), в котором вместо ртути используются металлические шарики. Корковую пробку проткнул двумя гвоздями, которые служили электродами. Подключил к ним провода, соединенные последовательно с лампой на 220В. Оголенные части хорошо заизолировал. В пробирку поместил два больших металлических шарика, закрыл пробирку пробкой с гвоздями-электродами, включил ток.

Когда шарики были на дне пробирки, цепь была разомкнута и лампочка не горела. Но стоит перевернуть пробирку дном вверх, шарики скатятся к пробке, цепь замкнется и лампа загорится. Снова перевернем пробирку дном вниз, шарики скатятся на дно, цепь разомкнется, лампа погаснет. - И так много раз. Если пробирка установлена не вертикально, а горизонтально, достаточно небольшого изменения положения, чтобы шарики покатились к контактам или от контактов (цепь при этом замыкается или размыкается, соответственно).

Я использовал два больших шарика, но лучше взять много мелких: они более подвижны, чем большие шарики, хотя для самой демонстрации принципа это несущественно. Вместо лампы на 220В и осветительной сети можно использовать батарейку и маленькую лампу или светодиод - это устраняет опасность поражения электрическим током.

Watch the video / Смотреть Видео (92 Мб, .avi )

Хотелось бы ограничиться одной только наукой (физикой), но сейчас это непозволительная роскошь: второй год в нашей стране идет война, гибнут и получают увечья люди. Ужас с экранов мониторов стал нашей повседневной жизнью. И ртутный выключатель, и его модель с металлическими шариками может использоваться в самодельных взрывных устройствах, от которых гибнут наши люди. Принципы, которые приводят в действия такие устройства, могут быть различными (механические, часовые или электрические взрыватели, инфракрасные датчики и т.д.), но общее правило одно.

Не поднимайте никакие предметы в зоне боевых действий! (Например, предметы, лежащие на земле).

Do not lift any objects in the zone of combat operations! (For example, objects lying on the ground).

Любые привлекательные предметы, которые лежат без присмотра, могут быть заминированы: детские игрушки, фонарик, кошелек, автомат, пивная банка, ящик и т.д. Стоит их поднять или сдвинуть в сторону - произойдет взрыв. Опасно даже подходить к таким предметам: возле них могут быть закопаны противопехотные мины или установлены растяжки (человек обращает внимание на сам предмет и часто упускает из внимания то, что находится возле него - даже если ловушка сделана небрежно).

Продемонстрировать сказанное можно даже с помощью нашего простого замыкателя. Я пошел на кухню и решил взять для эксперимента первый предмет, который бессознательно привлечет внимание. На глаза сразу же попалась яркая упаковка кетчупа "Чумак" - ее и взял.

К нижней части упаковки приклеил скотчем дно пробирки с шариками (наша модель ртутного выключателя), положил пробирку с упаковкой кетчупа на стул; провод, подключенный к пробирке, примотал к ножке стула. Если кетчуп не трогать, лампа не горит, но стоит поднять упаковку - и лампа загорается. Если бы вместо лампы было взрывное устройство, последствия были бы трагическими.

Не стоит отдавать жизнь за упаковку кетчупа. Или за любой другой предмет, каким бы ценным он ни был. В нашем случае я умышленно не маскировал "шариковый выключатель", чтобы продемонстрировать принцип его действия, но если злоумышленники все сделали тщательно, то обнаружить признаки ловушки почти невозможно (при внешнем осмотре).

Например, под предметом-приманкой может находиться мина разгрузочного действия "МС-3" (МС - мина-сюрприз) или "МЛ-7" (МЛ - мина-ловушка). Помните фильмы, где герой наступает на мину, которая взрывается не в момент нажатия ногой, а в момент, когда человек поднимает ногу? И как весь взвод пытается спасти незадачливого солдата, который стоит на такой мине? Так вот, это чушь полнейшая: если нужно убить или покалечить противника, ставят обычные мины нажимного действия (наступил - взрыв), ставить мину разгрузочного действия будет разве что законченный садист. Мины разгрузочного действия предназначены для установки ловушек. (Вариант: сверху на мину ставят какой-то ящик или сумку, если позариться и поднять - взрыв).

Был случай, когда вражеские диверсанты положили гранату под ветку, которая лежала на дороге и мешала проходу. Первое же желание - отодвинуть ветку. Если это сделать, граната высвобождается, боковой рычаг отлетает (чека выдернута заранее), через 2-3 секунды - взрыв.

В подобных случаях саперы после осмотра предмета срывают его кошкой, действуя из-за укрытия. В оптимальном случае посылают робота, управляемого дистанционно (что бы ни случилось, пострадает робот, а не люди). Людям же необходимо держаться от подозрительных предметов подальше и сообщать про них в полицию.