Oto nowa podstronka traktująca przede wszystkim o żarówkach. Uznałem, że przyda się opublikować kilka ciekawych danych i porad choćby dla samodzielnego rozwijania projektu lampy plazmowej w zależności od własnych możliwości. Znajdziesz tu opis kilku większych żarówek, informacje o ciśnieniu i gazach znajdujących się w standardowych bańkach (doświadczenie) oraz opis przerabiania ich.

Na wstęp pokażę może żarówki, które możemy użyć do naszej lampy. Oto zdjęcie części mojej kolekcji:) :

Zdjęcie przedstawia cztery 'większe' żarówki i jedną zwykłą, taką 55mm średnicy. Jak łatwo się domyśleć tą zwykłą jest ta najmniejsza (no może nie tak łatwo:), mnie z początku inaczej się wydawało:) ). I tak od prawej: pierwsza to żarówka na gwint e40 o mocy 500w ( śr 11cm). Gwint ten jest większy od 'zwykłego' dlatego by zamontować żarówkę w lampie trzeba użyć 'przejściówki' (np. powiązać kablem). Jest to żarówka żarowa, więc wypełniona jest tymi samymi gazami co zwykłe, ciśnienie wewnątrz też jest podobne do zwykłych. Takie warunki sprzyjają powstawaniu ładnych iskier żarnik - szkło. Druga żarówka to wspomniana 'zwykła' (ładnie widać różnicę wielkości:). Żarówka trzecia od prawej jest moją ulubioną - ma kształt kuli, średnicę 9,5cm i ogólnie ładnie wygląda:) (polecam - w sklepach z oświetleniem kosztuje około 8zł). Ostatnia bańka, ta najbardziej z lewej, o imponujących rozmiarach jest dostępna prawie w każdym sklepie ze sprzętem oświetleniowym. Jej jedynym i największym minusem wykluczającym ją z użytkowania na potrzeby lampy jest to, że... Jest matowa. Ale do czego ma służyć 'mylab' jeśli nie do rozwiązywania problemów:). To co zrobiłem nie jest niczym odkrywczym, ale daje możliwości wykorzystania właśnie takich żarówek. Jak widać na zdjęciu ta bańka nie jest cała biała. Da się zdrapać tą substancję nie wnikając do jej wnętrza. Żeby tego dokonać żarówka musi być przepalona, bez tego nic się nie osiągnie. Trik polega na zdrapaniu substancji za pomocą kawałka zerwanego żarnika walającego się po wnętrzu bańki. Aby taki otrzymać bierzemy przepaloną żarówkę za trzonek i tak nią trzęsiemy aż zauważymy, że urwał się wolframik i leży gdzieś na ściance. Wtedy trzymając ją nadal za gwint wykonujemy ruchy rotacyjne tak by wolframik poruszał się po obwodzie żarówki trąc o matową powierzchnię. Im szybciej będziemy nią kręcić tym większa siła będzie działała na wolframik i tym samym będzie miał większą siłę tarcia i zdzierania luminoforu. W ten sposób możemy odmatowić bańkę w ciągu kilku minut. Jedyny minus tej metody to problem ze zdrapaną farbą - ponieważ nie dziurawimy bańki cały materiał zostaje wewnątrz osiadając w pobliżu gwintu (w tym zagłębieniu). Robi to jedynie gorsze wrażenie estetyczne, iskry za to wychodzą doskonale:). Jeśli chcesz zobaczyć taką działającą żarówkę zobacz stronkę filmy. Tam znajduje się filmik z użyciem takiej właśnie żarówki.
Ostatnią żarówką na powyższym zdjęciu (ta pozioma u góry) jest tzw. Lampą wysokoprężną. Jej działanie opiera się na żarzeniu nie wolframu, lecz par rtęci zamkniętych w szklanej rurce pod wysokim ciśnieniem. Taka żarówka choć naprawdę imponujących rozmiarów nie nadaje się do lampy - po podłączeniu jej leciutko zacznie świecić lecz nic poza tym - żadnych iskier, nic. Może kiedyś uda się wykorzystać bańkę np wypełniając ją innym gazem. Na razie jednak do niczego się nie nadaje.

Jeszcze co do możliwości zakupu takich żarówek: nie ma określonych miejsc sprzedaży tego rodzaju oświetleń, trzeba chodzić i szukać. Dobrze jest popytać po znajomych. Ja odkryłem u siebie sklep gdzie dostępne są wysokowatowe żarówki żarowe sprzedawane w detalu czyli gdy zajdzie taka potrzeba mogę kupić żarówki (ze zdjęcia) dolne. Gdybyś nie umiał znaleźć takich miejsc u siebie a bardzo ci zależy na dużych bańkach możesz dać mi znać to ci kupię i prześlę. Oczywiście jeśli pokryjesz jej koszty i przesyłkę. O wszystkim możemy jeszcze pogadać przez mail.

Ciśnienie w standardowych żarówkach

Nie wiem dlaczego przyjęło się określanie tego ciśnienia jako tzw. Niskie czyli stosunkowo małe w porównaniu do atmosferycznego. Takie stwierdzenie wajaśniałoby podstawowe zjawisko obserwowane w lampie plazmowej - długie iskry żarnik-szkło. Do tego doszłoby się zakładając, że długość iskry będzie odwrotnie proporcjonalna do ciśnienia gazów w jakich wyładowanie zachodzi (ta zależność będzie prawidłowa w pewnego przedziału wartości -przy zbyt małym, materii jest po prostu za mało by mogło dojść do wyładowań w postaci wstęg). Ja długo nie mogłem uwierzyć w te wartości, szczególnie po próbie przerobienia żarówki. Otóż pierwsze czego zacząłem się uczyć w tym kierunku było wytapianie w bańce otworków. I tutaj pojawiła się sprzeczność: gdy dostatecznie nagrzałem szkło w jednym miejscu, część stawała się 'płynna' i wg danych różnica ciśnień powinna sprawić, że brzegi dziurki będą zagięte do środka bańki (od przemieszczającego się powietrza do środka by wyrównać ciśnienie). Tymczasem stało się odwrotnie. Bańka wyglądała jak gdyby uciekł z niej gaz - szkło wygięło się na zewnątrz. Od tamtego czasu postanowiłem pogłębić temat i dowiedzieć się jakie jest naprawdę ciśnienie wewnątrz. Ponieważ próby zdobycia informacji u producentów spełzły na niczym zastanawiałem się nad samodzielnym zmierzeniem tych wartości.
Trochę czasu upłynęło zanim wpadłem na odpowiednią metodę pomiaru a jeszcze więcej nad samym zrealizowaniem doświadczenia. Jednak niedawno zawziąłem się i... Już wiem:) ...ale o tym zaraz. Najpierw opiszę sposób jak tego dokonać we własnym domu. Napewno znajdzie się ktoś chcący mnie sprawdzić i zrobi to samo doświadczenie także dla niestandardowych żarówek np. Takich jak na powyższym zdjęciu (ja sprawdziłem ciśnienie tylko dla jednego rodzaju żarówek; jeśli ktoś obliczy ciśnienie dla innych z chęcią opublikuję jego wyniki).
Czas więc przystąpić do roboty. By nasze obliczenia były w miarę dokładne będziemy potrzebowali menzurki, najlepiej z podziałką co 1cm³ a pojemności do 150cm³. Jest to najtrudnieszy przyrząd do zdobycia potrzebny w tym doświadczeniu. Niezbędna nam będzie żarówka w której ciśnienie zmierzymy i druga, byle taka sama gdyż pierwsza ulegnie całkowitemu zniszczeniu a będziemy musieli jeszcze coś zmierzyć (proponuje zaopatrzyć się w większą ilość np. Philips sprzedaje opakowania po trzy sztuki za około 2,5zł). Do tego dojdzie jeszcze miska (wanna) z wodą oraz plastikowy przeźroczysty pojemnik, byle szczelny, otwarty tylko z jednej strony (w nim musi zmieścić się żarówka; tą funkcję bardzo dobrze spełnia opakowanie po rafaello z 12 kulkami:) ). Przyda się jeszcze lejek, coś czym rozbijemy żarówkę jednym ruchem (np kombinerki mogące złapać żarówkę za szkło w okolicy gwintu) oraz nożyk. Przystępując do doświadczenia zaczynamy od nałapania dostatecznej ilości wody do miski (około 20 cm głębokości). Im większą powierzchnię będzie miało nasze naczynie tym łatwiej będzie wykonać kolejne czynności. Do przygotowanej miski wkładamy plastikowy pojemnik tak by nie zostało w nim żadnych baniek powietrza (całość musi być pod wodą). Częścią bez ścianki kładziemy go na dnie i zabieramy się za żarówkę: musimy usunąć jej metalowy gwint. Postępujemy tak: nakłuwamy nożykiem gwint (nic trudnego, bo jest z aluminium), ale nie za głęboko (około 2mm), bo środkiem biegnie szklana rurka której nie możemy uszkodzić. Mając już otworek, obcinamy nożem na około gwint, aż odpadnie. Potem możemy jeszcze usunąć resztę gwintu i odrapać klej ze szkła. Całość ma na celu pozbawienia żarówki zbędnego miejsca w którym może zgromadzić się powietrze. Tak przygotowaną bańkę zanurzamy w misce po czym tak nią obracamy by pozbyć się całego powietrza z jej otoczenia (zwykle najwięcej gromadzi się w miejscu gwintu). Ponieważ żarówka nie jest wypełniona wodą będzie nam pływać po powierzchni, dlatego wsadzamy ją pod pojemnik na dnie (uważaj by nie wpuścić do niego baniek powietrza) i przytrzymujemy (np. Kładziemy na górę pojemnika kombinerki; wszystko robimy pod wodą). Teraz zacznie się trudniejsza część zadania - musisz rozbić żarówkę w pudełku pod wodą. Najlepiej jak wspomniałem, użyć kombinerek i poprostu ją zgnieść. Ta czynność ma na celu wyłapanie gazu znajdującego się w żarówce więc staraj się by nic nie uciekło - musisz go złapać w tym plastikowym pudełku pod wodą. Gdy ci się to uda (ja zużyłem na to kilka, bo miałem zepsute pudełko:( ) przytrzymaj gaz na dnie tak jak żarówkę. Teraz czas na obliczeniową część zadania. Bierzemy menzurkę, zalewamy ją całkowicie wodą w tej samej misce po czym obracamy do góry dnem (nie dopuść by dostały się do niej bańki powietrza). To samo robimy z lejkiem; gdy będzie całkowicie zanurzony wkładasz go cieńszym końcem do menzurki (to tak jakby powiększyć otwór menzurki). Gdy będziesz miał przygotowaną menzurkę z lejkiem chwytasz to w jedną rękę, w drugą pudełko z gazem z żarówki i starasz się przemieścić go do menzurki. Musisz uważać by nie wyciągnąć jej nad powierzchnię wody, bo dostanie się do niej powietrze oraz staraj się wyłapać cały gaz z pudełka (lepiej robić to powoli, ale dokładnie). W ten sposób otrzymujemy pierwszą daną - objętość gazu przy ciśnieniu atmosferycznym zawartą w żarówce. U mnie było to 113 do 115 cm³. Ze zniszczoną żarówką już nic nie zrobimy. Bierzemy więc drugą, obcinamy gwint i na odsłoniętym brzegu robimy małą dziurkę (np. Pilnikiem). Przez ten otwór napełniamy ją całkowicie wodą. Następnie tą wodę wylewamy do menzurki i sprawdzamy jej objetość. Dla moich było to 125cm³ (ostatnio wyszły nowe typy żarówek - są trochę mniejsze - tych nie sprawdzałem). Poniższy schemat pokazuje etapami opisane czynności (żarówka nie powinna mieć metalowego gwintu, ale go narysowałem żeby było wiadomo co to jest):

Mając już te dwie dane możemy swobodnie obliczyć ciśnienie w naszej żarówce. Wynosi ono 115/125 atmosfery czyli 684 torr (1 atm - 760 torr). Widzimy więc, że tak naprawdę w żarówkach jest ciśnienie bardzo a to bardzo słabo obniżone, bo zaledwie o 0,1 atmosfery.

Przerabianie żarówek

Jak już wyżej opisałem w żarówkach mamy do czynienia z podciśnieniem, na szczęście niewielkim. Przerabiając swoje pierwsze żarówki miałem na celu przede wszystkim zmianę właśnie tego parametru - ciśnienia. Jak narazie opiszę to co udało mi się zrobić z pewnymi pomysłami na przyszłość ponieważ niektóre doświadczenia nie zostały wykonane do końca (koniec był blisko, ale zdarzało się, że się rozmyślałem). Wszystko to robiłem w zwykłym domu, więc myślę, że nie będzie problemu z wyszukaniem potrzebnych przedmiotów.

Jako pierwsze zajmiemy się przerobieniem zwykłej żarówki (wypełnimy ją powietrzem) tak by wytworzyć w niej jak najniższe ciśnienie. Do tego celu potrzebne nam będą: żarówka, gumowy wężyk (około 2-3mm średnicy wewnętrznej), zaworek pasujący do wężyka (można kupić taki prymitywny w sklepie zoologicznym) oraz możliwie duża strzykawka. Przystępując do pracy zaczynamy od usunięcia gwintu z żarówki (opisane wyżej). Starajmy się przy tym by nie pourywać kabelków biegnących od żarnika na zewnątrz bańki, bo później będziemy do nich podpinać napięcie. Mając już taką żarówkę wpuszczamy do niej trochę powietrza ucinając tą cienką rurkę, która skryta była pod gwintem. Nacięcie powinno być tak zrobione by zostało jak najwięcej tej rurki - przez nią będziemy wysysać gaz z wnętrza. Wszystkie czynności zamieszczam na rysunkach poniżej żeby wszystko było bardziej zrozumiałe. Teraz na tej rurce mocujemy gumowy wężyk - kilka centymetrów, przypuśćmy pięć. Na drugim końcu montujemy zaworek. Od niego prowadzimy jak najmniejszy kawałek wężyka, który będziemy łączyć ze strzykawką.

(rys 1. - żarówka w całości, rys 2. - żarówka bez gwintu, linia przerywana oznacza miejsce w którym obcinamy rurkę; rys 3. - podłączenie żarówki z zaworkiem i strzykawką; odcień bieli oznacza ciśnienie w żarówce - im bielsza tym wyższe ciśnienie)

Gdy mamy już wszystko szczelnie połączone możemy przystąpić do wysysania powietrza. Obniżanie ciśnienia sprowadza się do powtarzania poniższych czynności:

1. przy otwartym zaworze napełniamy strzykawkę;
2. zamykamy zawór;
3. odczepiamy strzykawkę, opróżniamy ją, montujemy z powrotem;
4. otwieramy zawór.

Po około 20 - 30 powtórzeniach ciśnienie obniży się do tego stopnia, że gdy podepniemy do wystających drucików od żarnika napięcie z lampy, uzyskamy iskry żarnik-szkło (po przyłożeniu palca; dane dla żarówki 125cm³ i strzykawki 20ml). Wewnątrz żarówki będzie wtedy ciśnienie kilunastokrotnie niższe od atmosferycznego. Wygląd iskier w takiej bańce jest inny niż w zwykłej żarówce: zazwyczaj są prostoliniowe, grube i intensywnie fioletowe, gdy przyłożymy np. dwa palce jedna iskra wychodząca z żarnika może w pewnym momencie rozdwajać się do poszczególnych palców.

Ostatnim etapem przerabiania żarówki jest zamkniecie jej. Myślę, że jest to najtrudniejsza część zadania i szczerze mówiąc mi się to jeszcze nie udało (dokładniej: nie przykładałem się do tego, bo miałem za duże elementy – np. olbrzymi zawór). Mam jednak sposób jak to powinno wyglądać. Do tego przyda się ta dłuższa część wężyka miedzy żarówką a zaworkiem. Gdy będziemy mieć już odpowiednie ciśnienie, chwytamy go jak najbliżej szkła i zaginamy/skręcamy/zgniatamy a dokładniej mówiąc tak go zniekształcamy żeby nie wsysło nam do środka powietrza. Następnie odpinamy zaworek i na tym kawałku wężyka zawiązujemy supeł. Jeśli zrobimy go odpowiednio blisko żarówki możemy obciąć resztę wężyka i z powrotem dorobić gwint. Dla uszczelnienia bańki końcówkę węża wypełniamy np. klejem, silikonem itp. Tym samym możemy wypełnić całą przestrzeń, którą normalnie zakrywa gwint. W ten sposób otrzymujemy żarówkę wypełnioną powietrzem z obniżonym ciśnieniem wewnątrz. Dlaczego aż tyle powietrza trzeba wyssać z żarówki by powstały iskry? Na to pytanie odpowiem omawiając gazy.

O gazach, ich właściwościach i przerobionej żarówce

Z tego co wyżej opisałem wynika jasno, że na wielkość iskier wpływa nam ciśnienie gazu w którym wyładowanie zachodzi. Prócz tej cechy równie ważna, a być może najważniejsza, jest kwestia rodzaju gazu jakim wypełnimy daną bańkę. Ze zdobyciem tych danych również jest problem. Poszukałem, więc nie u producentów żarówek lecz u źródła - dystrybutora gazów. I tak dowiedziałem się, że żarówki wypełnione są najczęściej mieszaniną azotu i argonu (jest to niby 'gaz służący do wypełniania żarówek'). W sprzedaży są cztery rodzaje takich mieszanin 5%, 6%, 8% i 15% azotu reszta argon. Jak widać przeważającą objętość zajmuje argon. Jest to gaz bardzo dobry do wypełniania baniek lampy plazmowej - łatwo ulega jonizacji w porównaniu z dwuatomowymi cząsteczkami azotu. Gdybyśmy spróbowali przedziurawić żarówkę podczas działania lampy i dostanie się do niej azot z powietrza, w środku praktycznie zanikną iskry. Wynika to z natury azotu - jego obecność zapobiega powstawaniu iskier. W żarówce jest go ok. 17cm³, gdy ją przedziurawimy poziom ten drastycznie wzrośnie. W powietrzu azotu jest aż 78% więc żeby powstała iskra potrzeba naprawdę sporej ilości energii. Prócz azotu takie same właściwości ma chlor i dwutlenek węgla a także pary różnych tworzyw sztucznych: klei, farb lakierów itp.

Są jednak gazy, w których wyładowania zachodzą łatwiej. Jest to na przykład wspomniany argon (im czystszy tym lepszy), neon, hel, ksenon, krypton. Jeśli masz dostęp do któregoś z nich możesz spróbować wypełnić nim żarówkę - na 100% da nowy ciekawy efekt, szczególnie gdybyś jeszcze obniżył jego ciśnienie.

Na koniec mały dowód na negatywny wpływ azotu - wypełnimy żarówkę mieszaniną z innej żarówki, czyli zachowamy w niej stosunek procentowy argonu do azotu natomiast zwiększymy ciśnienie do atmosferycznego.

Do doświadczenia potrzebne nam bedą dwie żarówki i reszta przyrządów, jakie użyliśmy mierząc ciśnienie w żarówce (powyżej; bez menzurki). Pierwsze kroki z tamtego doświadczenia powtarzamy aż do miejsca gdzie zaczynamy przemieszczać 'żarówkowy' gaz do menzurki. Pomijamy tutaj menzurkę. Do zgromadzonego pod wodą gazu wkładamy naszą drugą żarówkę, z której wcześniej usunięty został gwint. Miejsce gdzie wcześniej był trzonek powinno całkowicie wystawać ponad powierzchnię wody, ale w tym gazie (pod wodą). I teraz najtrudniejsza część zadania - musimy uciąć tą małą rurkę, przez którą podczas przerabiania wysysaliśmy powietrze. Sęk w tym by do żarówki został wciągnięty tylko gaz, bez wody (mnie się to udało:) ). Teraz szybkim ruchem wyciągamy ją spod powierzchni wody i zatykamy rureczkę np. plasteliną żeby było szybko. Później możemy ją jeszcze uszczelnić jakimś klejem czy silikonem.

Tak przerobiona żarówka ma wewnątrz ciśnienie równe jednej atmosferze, czyli ciśnienie panujące tak wewnątrz jak i na zewnątrz jej bańki. Ponieważ nie wpuściliśmy do niej powietrza i tym samym nie zwiększyliśmy procentowej zawartości azotu w mieszaninie, w żarówce mogą występować iskry żarnik-szkło. Nie występują one na 'wolnej lampie' lecz dopiero po dotknięciu jej palcem. Jest za to widoczna różnica miedzy taką żarówką a zwykłą wypełnioną powietrzem - w tej po zbliżeniu dłoni na żarniku występują spore miotełki iskier natomiast w standardowej niczego nie zaobserwujemy. Powtórzę jeszcze raz - przerobiona żarówka nie ma wewnątrz obniżonego ciśnienia a i tak uzyskujemy iskry. Jest to wynik małej ilości azotu (choć 15% to i tak bardzo dużo) w otoczeniu żarnika. Jeśli masz jakiś gaz szlachetny nie zanieczyszczony azotem spróbuj nim wypełnić żarówkę, choćby przy normalnym ciśnieniu. Napewno się opłaci:)