газоразрядная трубка для демонстрации тлеющего разряда

Формула изобретения

1. Газоразрядная трубка для демонстрации тлеющего разряда, 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, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один конец трубки выполнен открытым и закупорен съемным укупоривающим средством.

2. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что оба ее конца выполнены открытыми, и каждый из них закупорен съемным укупоривающим средством.

3. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что отвод припасован к прозрачной трубке в ее средней по длине части.

4. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что отвод расположен в укупоривающем средстве.

5. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что, 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 для подключения к соответствующему выводу источника напряжения, имеющая электрический контакт с электродом.

6. Учебный прибор для демонстрации тлеющего разряда, содержащий прозрачную газоразрядную трубку, отвод, служащий для подсоединения к вакуумному насосу для обеспечения откачивания воздуха из трубки, электроды, расположенные на концах трубки и внутри нее и подсоединенные к высоковольтному источнику напряжения, и держатель трубки, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один конец трубки выполнен открытым и закупорен съемным укупоривающим средством.

7. Прибор по п.6, отличающийся тем, что оба конца трубки выполнены открытыми и каждый из них закупорен съемным укупоривающим средством.

8. Прибор по п.6, отличающийся тем, что отвод припасован к прозрачной трубке в ее средней по длине части.

9. Прибор по п.6, отличающийся тем, что отвод расположен в укупоривающем средстве.

10. Прибор по п.6 или 7, отличающийся тем, что, 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.

Описание изобретения к патенту

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.