ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ТРУБКА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА
GAS-DISCHARGE TUBE FOR DEMONSTRATING GLOW DISCHARGE

Изобретение относится к учебно-наглядным пособиям, и касается конструкции прибора, предназначенного для проведения демонстрационных опытов в условиях типового кабинета физики общеобразовательных учебных учреждений при изучении раздела физики «Электрический ток в газах» и конкретно при изучении особенностей тлеющего разряда, как самостоятельного разряда в газах, осуществляемого при низком давлении и включающего две основные области: несветящуюся область, непосредственно прилегающую к катоду (катодное темное пространство; светящуюся область (положительный светящийся столб). Интерес к изучению особенностей тлеющего разряда в газах обусловлен большим прикладным значением этого явления: тлеющий разряд используется в газосветных трубках, лампах дневного света, стабилизаторах напряжения, для получения электронных и ионных пучков и т.д. В качестве второго объекта изобретения заявляется конструкция узла газоразрядной трубки.
Известен прибор, используемый при изучении раздела физики «Электрический ток в газах» и служащий для наблюдения эффектов свечения электрических разрядов в газах при пониженном давлении. Прибор содержит стеклянную трубку с отводом, через который обеспечивается откачивание воздуха из трубки, вакуумный насос, связанный с отводом посредством шланга, электроды, расположенные на концах трубки и внутри нее и подсоединенные к высоковольтному источнику напряжения, и штатив в качестве держателя трубки (см. каталог фирмы 3Б Сайнтифик, 09.2008 г. код изделия U14380 «Газоразрядная трубка» или информацию на сайте http://edu.nstu.ru, раздел «Тлеющий разряд»). Недостаток известного прибора состоит в том, что в нем невозможен доступу внутрь трубки, что не позволяет менять состав газов для их исследования и помещать различные объекты из различных материалов для исследования их свечения.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по созданию конструкции учебного прибора и газоразрядной трубки для использования на занятиях по физике при демонстрации тлеющего разряда в газах.
Технический результат, который достигается при использовании заявляемого изобретения, заключается в расширении технологических и демонстрационных возможностей учебного прибора.
Для достижения указанного технического результата предлагается учебный прибор для демонстрации тлеющего разряда в газах, содержащий прозрачную газоразрядную трубку, отвод, служащий для подсоединения к вакуумному насосу для обеспечения откачивания воздуха из трубки, электроды, расположенные на концах трубки и подсоединенные к высоковольтному источнику напряжения, и штатив в качестве держателя трубки. По меньшей мере, один конец трубки выполнен открытым и закупорен съемным укупоривающим средством.
В качестве второго объекта изобретения предлагается газоразрядная трубка, включающая собственно трубку, выполненную из прозрачного материала, отвод, через который обеспечивается откачивание воздуха из полости трубки, и электроды, расположенные на концах трубки и внутри нее с возможностью подсоединения к высоковольтному источнику напряжения. По меньшей мере, один конец трубки выполнен открытым и закупорен съемным укупоривающим средством.
Оба заявляемых объекта обладают следующими развивающими признаками, показанными в зависимых пунктах формулы изобретения.
В приборе оба конца трубки могут быть выполнены открытыми и каждый из них закупорен съемным укупоривающим средством.
Отвод, через который обеспечивается откачивание воздуха из трубки, может быть припасован к прозрачной трубке в ее средней по длине части или расположен в укупоривающем средстве.
По меньшей мере, одно укупоривающее средство выполнено в виде пробки из диэлектрика, например, резины, и имеет форму усеченного конуса. При этом со стороны меньшего основания пробки, обращенного внутрь трубки, в нее установлен электрод, а со стороны большего основания - клемма, имеющая электрический контакт с электродом и подключенная к соответствующему выводу источника напряжения.
Благодаря выполнению, по меньшей мере, одного конца трубки открытым с закупориванием его съемным укупоривающим средством, обеспечивается возможность доступа внутрь трубки. Это позволяет менять состав газов для их исследования и помещать различные объекты из различных материалов для исследования их свечения, что и обеспечивает достижение указанного технического результата.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображен предлагаемый прибор в аксонометрии с одним из вариантов выполнения газоразрядной трубки;
на фиг.2 - другой вариант выполнения газоразрядной трубки.
Предлагаемый учебный прибор содержит прозрачную газоразрядную трубку 1, электроды 3, высоковольтный источник напряжения 4 и штатив 5 в качестве держателя трубки 1.
Преимущественно трубка 1 выполняется из стекла. К трубке 1 в ее средней по длине части припасован отвод 6, через который обеспечивается откачивание воздуха из трубки посредством вакуумного насоса 2, связанного с отводом 6 посредством шланга 7.
Электроды 3 (катод, анод) расположены на концах 8 и 9 трубки 1 и внутри нее и подсоединены к высоковольтному источнику напряжения 4. По меньшей мере, один конец трубки 1 выполнен открытым и закупорен съемным укупоривающим средством.
Возможны различные модификации выполнения узла трубки, которые при этом охвачены совокупностью существенных признаков изобретения, показанной в независимом пункте формулы.
Так, например, съемное укупоривающее средство, закрывающее трубку 1 с одного ее конца 8 трубки, может быть выполнено в виде пробки 10 из диэлектрика, например, резины. Пробка имеет форму усеченного конуса. Со стороны меньшего основания 11 пробки 10, обращенного внутрь трубки 1, в нее вставляется электрод 3. Для этого по оси каждой пробки высверливается сквозное отверстие, в которое со стороны малого основания запрессовывается электрод. Со стороны большего основания 12 расположена клемма 13, имеющая электрический контакт с электродом и подключенная к соответствующему выводу высоковольтного источника напряжения 4. В частности, выступающая часть электрода 3 имеет резьбу, на которую наворачивается клемма. Такую же конструкцию может иметь и укупоривающее средство, закрывающее трубку на ее втором конце 9 (фиг.1).
Возможен вариант выполнения, при котором одна из пробок 10 или обе пробки не вставляются внутрь трубки 1 со стороны ее открытых концов 8, 9, а охватывают эти концы по их наружной поверхности.
Возможно также выполнение, при котором электроды 3 расположены внутри трубки 1, а один или оба конца трубки выполнены открытыми и закупорены одной пробкой или двумя пробками 10. При этом отвод 6, через который обеспечивается откачивание воздуха из трубки, вставляется в одну из пробок, сообщаясь с полостью трубки (фиг.2).
Пользование прибором, показанным на примере выполнения его согласно фиг.1, осуществляется следующим образом.
Трубку 1 закрепляют в штатив 5. Обе пробки 10 плотно вставляют в открытые концы трубки 1. К отводу 6 присоединяют шланг 7 из вакуумной резины и соединяют его с вакуумным насосом 2. Клеммы 13 подключают к выводам высоковольтного источника напряжения 4.
Демонстрацию начинают с того, что включают источник напряжения 4 и насосом 2 через отвод 6 откачивают воздух из трубки 1. При уменьшении давления в трубке до значения 5-7 кПа между электродами 3 начинают проскакивать отдельные искры. По мере дальнейшего уменьшения давления разряд постепенно приобретает вид отдельных светящихся шнуров. Затем шнуры сливаются в сплошной светящийся столб, в котором отчетливо видно темное катодное пространство. При дальнейшем понижении давления в светящемся столбе появляются отдельные слои - страты.
Опыт рекомендуется проводить на фоне экрана в затемненном помещении.