 |
Глава восьмая. Электрон в разреженном газе
|
|
|
|
Глава восьмая. Электрон в разреженном газе
Тепловые источники света
У разрядной трубки есть еще и четвертый потомок, история которого начинается с первых электрических опытов Ломоносова и Петрова. Эти ученые наблюдали свечение разреженного газа под действием электрических разрядов.
Другие исследователи меняли состав газов в трубках, через которые пропускали электрический ток, и убедились, что каждый газ дает особый, только одному ему свойственный цвет свечения.
Свечение газов было самым первым явлением, которое заметили ученые в разрядных трубках. Но именно этой удивительной игре света, струящегося между катодом и анодом, практического применения долгое время они не находили.
Было сделано несколько робких попыток приспособить разрядную трубку для освещения, но эти попытки успеха не имели – изобретателей отпугивало применение высокого напряжения, которое приходилось подавать на электроды трубки.
Затем Лодыгиным была изобретена электрическая лампочка накаливания. Над ее усовершенствованием трудились сотни инженеров и изобретателей. Лампочка прочно вошла в быт. Интерес к свечению газов в разрядных трубках на время ослабел.
Инженеры изучили процессы, происходящие в лампочке накаливания, и установили, что, несмотря на многие достоинства, лампочка является растратчицей, расхитительницей электрической энергии.
Все это подтверждалось убедительными расчетами. Самая совершенная электрическая лампочка мощностью в 100 ватт превращает в свет только 3 % потребляемой ею энергии. Лампочки, по сути дела, не столько осветительные, сколько нагревательные приборы. Они расходуют электрическую энергию не по назначению.
|
|
|
Правда, наши лампочки переводят в энергию излучения почти всю потребляемую ими электрическую энергию, но беда‑ то в том, что лампочка излучает, главным образом, невидимые инфракрасные лучи. Да и в видимой части излучения она дает слишком много красного света, тогда как глаз наиболее чувствителен к зеленому свету, с длиной волны в 0, 555 микрона. Если бы лампочка всю свою мощность расходовала на излучение света с такой длиной волны, она светила бы в 33 раза ярче.
Но в сущности мы не в праве требовать от наших источников света, чтобы они всю электрическую энергию превращали в зеленый свет. Это было бы неприятно и вредно для глаз, – кто захочет сидеть по вечерам при ярком… зеленом свете!
Идеальный источник света должен расходовать всю свою мощность на излучение именно белого света.
Лампа накаливания дает света почти в двенадцать раз меньше, чем давал бы идеальный источник белого света. Одиннадцать двенадцатых долей энергии она превращает в невидимые для глаз лучи. Это бесполезная трата энергии.
В 1937 году в Советском Союзе на освещение было израсходовано около 6 миллиардов киловатт‑ часов. Из них 5500 миллионов киловатт‑ часов ушло только на обогрев атмосферы, что при цене в 25 копеек за киловатт‑ час составило потерю народного дохода в 1 миллиард и 375 миллионов рублей! (Рис. 80. )
Виновник – лампочка.
Рис. 80. Современные электрические лампы накаливания весьма разнообразны по величине и мощности.
Потомок прадедовской лучины
Причиной непроизводительной траты энергии служит, однако, отнюдь не низкое качество ламп. Напротив, современные электрические лампочки с витой вольфрамовой нитью очень хороши: их температура накала – 2700–3000 градусов – только вдвое ниже температуры Солнца! Срок службы – 1000 часов! Очень неплохие показатели!
В настоящее время ученые работают над созданием ламп с карбид‑ танталовыми и карбид‑ циркониевыми нитями. Применение сверхтугоплавких веществ позволит повысить температуру накала до 4000 градусов. Лампочка станет более экономичной. Но, если даже ученые добьются предельно выгодной – «солнечной» температуры в 6000 градусов, то все равно лампочка использует на преобразование в свет только 13 % потребляемой ею самой энергии.
|
|
|
Электрическая лампочка расточительна не потому, что не усовершенствована, а потому, что она по своей сущности является тепловым источником света – своеобразным электрифицированным потомком прадедовской лучины. И в лампочке и в лучине светятся раскаленные частицы твердого вещества: в лампочке – вольфрама, в пламени лучины – углерода.
Прежде чем превратиться в энергию света, электрическая энергия в лампочке преобразуется в теплоту. Чтобы добиться более экономичного использования электрической энергии, надо исключить промежуточную стадию – теплоту, сделать лампочку холодной. И здесь гениальный Ломоносов оставил ученым и изобретателям наказ: «Надо подумать о безвредном свете гниющих деревьев и светящихся червей. Затем надо написать, что свет и теплота не всегда взаимно связаны и потому различествуют».
В самом деле, почему для получения света нужно подражать лучине, костру или каганцу?
Глубоководные рыбы – различные киасмодоны и диаболидиумы – плавают в полной темноте на глубине 1–2 километров ниже уровня моря и охотятся, освещая себе путь светоносными органами, как автомобиль дорогу – фарами. Источники света глубоководных рыб – холодные (рис. 81).
Рис. 81. Глубоководные рыбы снабжены светящимися органами.
Грибки, которые селятся в гниющем дереве, и светящиеся моллюски южных морей также светятся, оставаясь холодными.
Жук‑ светлячок, который теплой летней ночью поблескивает из листвы зеленым огоньком, может гордиться своим фонариком. Холодный фонарик светлячка большую часть затраченной им энергии превращает в свет, тогда как человек довольствуется только тремя процентами.
Однако изобретатели холодных источников света не стали брать пример со светляка. Химические источники света получаются маломощными и дорогими. Внимание ученых вернулось к родоначальнице всех электронных приборов – разрядной трубке.
|
|
|
Было установлено, что разрядная трубка, наполненная парами натрия, светит очень ярко и превращает в свет до 50 % потребляемой электрической энергии. Натриевая лампа в 15 раз экономичнее обычной электрической лампочки. Если бы не ее желтый, неприятный свет, натриевая лампа вполне могла бы соперничать с нашими лампами. Высокая экономичность натриевых ламп доказала, что разрядная трубка, наполненная разреженными газами или парами, может стать выгодным источником света.
|
|
|
