Pewnego dnia, przeglądając zasoby Internetu natknąłem się na eksperyment, w którym zbito bańkę żarówki o mocy 60 W tak, by nie przerwać włókna wolframowego. Następnie tę potłuczoną żarówkę włożono do naczynia z ciekłym azotem i włączono prąd. W eksperymencie tym żarówka bardzo długo świeciła intensywnym światłem w ogóle się nie przepalając.
Postanowiłem w mojej pracowni sprawdzić ten eksperyment, który teoretycznie ma podstawy ku temu by był prawdziwy. Niestety mam też pewne wątpliwości co do trwałości takiej żarówki. Nie chodzi tu o zabezpieczenie atmosfery ochronnej bo to zapewni wrzący ciekły azot. Gdy włączymy przepływ prądu włókno się ogrzeje i spowoduje odparowanie azotu a ten gaz jest niereaktywny i ochroni gorący wolfram. Jednak jak wiemy wraz z obniżaniem temperatury metalu jego rezystancja zaczyna dość gwałtownie spadać. Sprawdziłem ten fakt przy okazji innego eksperymentu, z którym można zapoznać się pod tym linkiem.
Więc jeśli przez włókno płynie pewien określony prąd to po jego ochłodzeniu i spadku rezystancji wartość tego prądu wzrośnie. By to wszystko sprawdzić przygotowałem stanowisko, które możecie Państwo zobaczyć powyżej. Składa się ono z pojemnika szklanego dwupłaszczowego z pompą próżniową, dzięki której wytworzę próżnię i z naczynia zrobię termos; 60W żarówki; amperomierza, autotransformatora i naczynia Dewara z ciekłym azotem.
Na początku eksperymentu włączyłem żarówkę na pełną moc i sprawdziłem jaki prąd jest pobierany z autotransformatora, jego wartość przy zasilaniu napięciem 250V wyniosła 0,23A czyli żarówka świeci z mocą 57,5 W. Niestety nie zmierzyłem rezystancji włókna ale znając te dwa parametry możemy skorzystać z Prawa Ohma i wyliczyć wartość rezystancji.
W wyniku pomiarów i obliczeń wyznaczyłem rezystancję włókna i wynosiła ona prawie 1,1 kΩ. Za pomocą autotransformatora zmniejszyłem wartość napięcia do zera i delikatnie potłukłem bańkę szklaną żarówki.
Po wypompowaniu powietrza z pomiędzy ścianek naszego naczynia szklanego uzyskaliśmy termos, w którym mogliśmy obserwować co się dzieje z włóknem żarówki. Włókno należy bardzo delikatnie i powoli włożyć do azotu bo gwałtowne wrzenie cieczy może spowodować pęknięcie cieniutkiego wolframowego drucika.
Po wyrównaniu się temperatur i ustaniu wrzenia na powierzchni żarówki przystąpiliśmy do delikatnego zwiększania napięcia z jednoczesną obserwacją wskazań amperomierza.
Pierwszym bardzo ciekawym zjawiskiem, jakie zaobserwowaliśmy biło to, że po zwiększeniu napięcia do wartości powodującej delikatne rozżarzenie włókna nie świeci ono na całej długości a jedynie w jednym wąskim punkcie.
Już sam ten fakt, że włókno nie rozgrzewa się na całej długości może stanowić ogromny problem dla żywotności naszej azotowej żarówki, ciepło będzie się wydzielać tylko w tym punkcie i pewnie dojdzie do przepalenia. Jednak nie przejmowaliśmy się tym faktem i zwiększaliśmy napięcie. Włókienko świeciło coraz mocniej a wartość płynącego prądu rosła.
Już przy 100V napięcia zasilającego osiągnęliśmy 0,29 A płynącego prądu który stanowi wartość zbliżoną do nominalnej dla tej żarówki. Podstawiając te wartości do wzoru możemy wyliczyć wartość rezystancji włókna po ochłodzeniu i wynosi ona już tylko 345 Ω. Mało tego, włóko nadal nie świeci na całej długości. Być może to jakiś defekt tej konkretnej żarówki i trzeba eksperyment powtórzyć, jednak na chwilę obecną nie zrobiliśmy tego.
Okazało się, że po włożeniu włókna żarówki do ciekłego azotu i podłączeniu bezpośrednio do prądu doszło by do sytuacji, w której wartość płynącego prądu zwiększyła by się ponad dwukrotnie. To tak jakby normalną żarówkę podłączyć do napięcia dwa razy wyższego, spowodowało by to jej prawie natychmiastowe przepalenie.
Postanowiliśmy sprawdzić czy tak się stanie i żarówkę zasililiśmy od razu napięciem 230 V co widać na powyższych zdjęciach. O dziwo żarówka parę chwil świeciła Tak się skupiłem na zrobieniu chociaż jednego zdjęcia, że nie sprawdziłem jaki prąd popłynął. Niestety nie mieliśmy już drugiej żarówki by to sprawdzić.
Innym razem na zajęciach laboratoryjnych z grupą młodzieży postanowiliśmy powtórzyć ten eksperyment z tym, że żarówkę bez żadnej regulacji napięcia bez bańki szklanej od razu włączyliśmy w ciekłym azocie. Efekt był naprawdę niesamowity zwłaszcza, że zajęcia odbywały się późnym wieczorem i mogliśmy zgasić światło. Żarówka świeciła intensywnym światłem kilka minut, co w połączeniu z wrzeniem ciekłego azotu i unoszącymi się obłokami zimnego gazu i skondensowanej pary dawało niesamowity widok. Niestety żarówka, choć bardzo efektowna - nie jest zbyt ekonomiczna w eksploatacji :)
