Химия и Химики № 6 2016. Лампу накаливания на 3.5 В включили в электрическую сеть напряжением 220 вольт. 3.5-volt incandescent lamp was plugged into mains with voltage of 220 V (AC)

Маленькие лампочки накаливания, рассчитанные на напряжение 3.5 вольт, часто использовались в карманных фонариках. Было это в 70-80-х гг прошлого века. В те времена еще не существовало массового производства светодиодов. Встречались и другие маленькие лампы, например, на 2.5 и 12 В. Последние соответствовали напряжению автомобильного свинцового аккумулятора.

С другой стороны, напряжение в бытовой сети было (и остается) 220 В.

Ламп на 3.5 В было много, розеток - тоже, а статистика - вещь неумолимая. Нетрудно догадаться, что нашлось немало желающих проверить, как горит лампа, рассчитанная на напряжение 3.5 В, если ее подключить к электрической сети напряжением 220 В.

Первый рассказ о таком случае я услышал в 4 классе от учителя природоведения. У него при таком эксперименте выбило в квартире пробки. Второй случай мог закончиться не так хорошо... Знакомый взял лампочку от новогодней гирлянды (вероятно, она была рассчитана на напряжение 3.5 или 12 В) и решил подключить ее к розетке. Он отвернулся спиной в момент, когда включал вилку в розетку, - лампа сразу же взорвалась, осколок застрял в пиджаке от школьной формы. Хорошо, что школьную форму делали из плотного материала.

Но еще раньше аналогичный случай произошел именно со мной. Дело было в раннем дестве, когда я еще ходил в детский садик. Я заметил, что лампочка на 3.5 В вкручивается в гайку; под руку попалась электрическая вилка и отрезок провода. Грешным делом тогда я уже научился прикручивать провода к вилке. Прикрутил. Лампочку вкрутил в гайку и подсоединил к ней провода от вилки, причем оба провода к одному контакту лампы.

Включил вилку в розетку. Со звуком "Бах!" внутри вилки произошла зеленая вспышка, полетели искры. На этом все и кончилось, через несколько секунд я просто вынул вилку из розетки. Разумеется, имело место короткое замыкание, поскольку оба провода были подключены к одному контакту, а сама лампа не пострадала. Вероятно, выбило автоматические пробки. В любом случае, эксперимент сошел с рук: когда мама пришла с работы, она вряд ли догадалась о причине выбитых пробок.

Итак, лет через 35 решил повторить свой детский эксперимент. На это раз возраст обязывал позаботиться об безопасности: делаю ведь не только для себя, но и чтобы другие могли при желании это воспроизвести (особо не рискуя).

Меры по безопасности можно условно разделить на две части:

1. Электрическая безопасность;

2. Механическая безопасность (защита от осколков, если баллон лампы взорвется).

Электрическая безопасность: нельзя допустить короткого замыкания. Сопротивление маленькой электрической лампочки слишком низкое, поэтому сила тока может вырасти сверх меры (помните закон Ома?) Другими словами, произойдет короткое замыкание. В лучшем случае сработает автоматическая защита на распределительном щитке или сгорит плавкий предохранитель. В худшем случае может сгореть проводка и то, что в нее включено (холодильник, компьютер, телевизор и т.д.) Чтобы не произошло короткое замыкание, последовательно с маленькой лампочкой нужно включить достаточное сопротивление. Я использовал для этой цели лампу на 220 В (100 Вт).

Механическая безопасность: в случае взрыва лампочки нельзя допустить поражение осколками людей и окружающих предметов. Для этого я поместил лампочку внутрь толстого стеклянного флакона. В случае гипотетического взрыва осколки его повредят, но не полетят дальше. Дополнительно объектив фотоаппарата защищал прозрачный светофильтр [1]. Разумеется, надел защитные очки - на всякий случай.

Перед опытом решил проверить, как ведет себя лампа накаливания на 3.5 В при разном напряжении. Подключил лампу к регулируемому блоку питания, который дает постоянное напряжение до 12 В. Параллельно включил в цепь мультиметр ("китайский тестер"), т.к. не доверял регулятору блока (вернее, его точности).

Оказалось, что лампочка начинает гореть, когда напряжение питания достигает примерно 0.5 В: небольшой участок спирали светится красноватым. При напряжении в 1 В лампа светилась желтым: тускло, но уже гораздо ярче. При напряжении 2 В и более свечение стало ярким, на видео уже нельзя различить раскаленный волосок (он теряется в свечении), хотя визуально раскаленную спираль вполне можно видеть. При 3 В и более лампа светит белым светом с желтоватым оттенком. - Довольно ярко. При напряжении 4-8 В лампа светила уже исключительно белым, очень ярким светом. Когда я поднял напряжение до 9 В, лампа перегорела, после чего напряжение скачкообразно выросло до 11.7 В (мультиметр был включен параллельно, поэтому перегоревшая лампа не разомкнула цепь).

После опыта выяснилось, что колба лампы покрылась изнутри черным налетом: это конденсировался пар вольфрама, который испарился с поверхности спирали! Оказалось, что спираль лампы не перегорела (по крайней мере, визуально) - по-видимому, перегорел электрод внутри лампы.

В ходе опыта выяснилась неприятная особенность блока питания: если выставить на регуляторе блока напряжение выше, чем необходимо, чтобы лампочка загорелась, а потом включить блок, то лампа будет гореть. После этого напряжение можно регулировать: и вверх, и вниз. Но если опустить напряжение ниже необходимого для горения лампы, то блок отключался, после чего попытки поднять напряжение регулятором не давали результата до тех пор, пока вы не выключите блок из сети и не выставите на его регуляторе напряжение выше необходимого для горения лампы. При таком положении регулятора блок можно было снова включить. Не смертельно, но неудобно: уменьшается наглядность видео.

Кстати, в школьные годы я провел аналогичный эксперимент с аналогичным результатом. Блока питания тогда у меня не было, зато был фонарик с батарейками. Фонарик питался от трех "круглых" батареек, каждая напряжением 1.5 В (вместе - 4.5 В). Я умудрился выкрутить крышку фонарика (через которую замыкалась цепь) и подсоединил вместо нее еще одну "плоскую" батарейку, которая давала напряжение 4.5 В (итого, - 9 В). Лампа, рассчитанная на напряжение 3.5 В, светила очень ярким белым светом, фонарик напоминал прожектор (особенно, если светить ним в тумане). После нескольких непродолжительных включений колба лампы также покрылась черным налетом вольфрама - было ясно, что лампа скоро перегорит. Но я мимо воли ускорил этот процесс, включив в цепь еще одну "круглую" батарейку на 1.5 В (итого, - 10.5 В) - при включении лампа перегорела моментально: была лишь короткая вспышка.

__________________________________________________
¹ В опыте по взрыву ампулы с гексаном, помещенной в огонь, я пренебрег защитой фотоаппарата, в результате осколок повредил линзу объектива, а ремонт обошелся недешево (хорошо, что вообще нашлась линза на замену: модель старая, таких уже давно не выпускают). См. статью Взрыв ампулы с гексаном (ампулу поместили в огонь). Explosion of ampoule with hexane (in fire) [ссылка]