Войти
 Колокол начала 20 века с вакуумным насосом | |
| Использует | окружающие предметы, содержащий газы или вакуум |
|---|---|
A колпак представляет собой стеклянный сосуд, похожий по форме на колпак, и может быть изготовлен из различных материалов (от стекла к разным типам металлов). Колокольчики часто используются в лабораториях для создания и удержания вакуума. Это обычный научный аппарат, используемый в экспериментах. Колокольные банки имеют ограниченную способность создавать сильный вакуум; вакуумные камеры доступны, когда требуется более высокая производительность. Они использовались для демонстрации влияния вакуума на распространение звука.
В дополнение к их научным применениям колпачки могут также использоваться в качестве витрин или прозрачных пылезащитных крышек. В таких ситуациях колпак обычно не находится под вакуумом.
Колпак, работающий при давлении ниже атмосферного Вакуумный колпак помещается на основание, которое выходит на штуцер шланга, который может быть подсоединен через шланг к вакуумному насосу. Вакуум создается за счет откачки воздуха из колпака.
Нижний край вакуумного колпака образует фланец из тяжелого стекла, гладко отшлифованный на дне для лучшего контакта. Дно банки одинаково тяжелое и приплюснутое. Между ними обычно наносят мазок вакуумной смазки. Поскольку внутри образуется вакуум, он создает значительную силу сжатия, поэтому нет необходимости зажимать уплотнение. По этой причине колпак нельзя использовать для удержания давления выше атмосферного, только ниже.
Колокольчики обычно используются для демонстраций в классе или любителями, когда требуется только относительно низкокачественный вакуум. Передовые исследования, проводимые в сверхвысоком вакууме, требуют более сложной вакуумной камеры. Однако несколько испытаний можно провести в камере колпака, имеющей эффективный насос и низкую скорость утечки.
О некоторых из первых научных экспериментов с использованием колпака для создания вакуума сообщил Роберт Бойл. В своей книге «Новые физико-механические эксперименты, прикосновение к воздушной пружине и ее последствия» (выполненные по большей части в новом пневматическом двигателе) он описал 43 отдельных эксперимента, некоторые из которых были выполнены с помощью Роберт Гук, исследующий эффект снижения давления воздуха внутри колпака на содержащиеся в нем предметы.
Один из самых известных из этих экспериментов включал в себя установку колокольчика в сосуд и наблюдение за тем, как при откачке воздуха звон исчезал. Этот эксперимент продемонстрировал, что распространение звука осуществляется через воздух и что в отсутствие воздушной среды звуковые волны не могут распространяться. Этот эксперимент часто используется в качестве школьного научного эксперимента, где эксперимент повторяется с таким предметом, как будильник, помещенным под колпаком, и звук будильника исчезает по мере того, как воздух выкачивается. используется для демонстрации эффекта. Дополнительно поместив микрофон внутрь колпака и наблюдая, что звук, регистрируемый микрофоном, уменьшается по мере откачки воздуха, можно исключить эффект поглощения звука стеклом самого сосуда.
Модель Колокольчик Джозефа Пристли со свечой Другой распространенный эксперимент с колокольным сосудом заключается в том, чтобы поставить сосуд над зажженной свечой и увидеть, что пламя гаснет, показывая, что кислород необходим для горения. Обычный вариант этого эксперимента - поставить свечу и колпак над водой и наблюдать, как когда свеча гаснет, уровень воды внутри колпака поднимается. Объяснение этого наблюдения заключается в том, что нагревание воздуха внутри сосуда свечами вызывает его расширение, и когда свеча исчерпала запас кислорода и погаснет, воздух охладится и сожмется, что приведет к вытягиванию воды вверх до заполнить пространство. Распространенное заблуждение состоит в том, что уровень воды поднимается, чтобы заменить потребленный кислород, но поскольку в результате реакции горения в качестве продукта образуется газ углекислый газ, это объяснение неверно.
Джозеф Пристли также использовал свечу и мяту, помещенные под колпаком, в эксперименте, описанном в Эксперименты и наблюдения на различных видах воздуха, для демонстрации эффекта фотосинтеза. Сначала зажигали свечу, затем над двумя предметами ставили колпак, и, как только свеча поглощала кислород, пламя гасло. Однако через несколько дней свечу удалось снова зажечь, продемонстрировав, что растение производило необходимый кислород.
Пристли также проводил эксперименты с использованием растений и мышей под ними. колпак. Он обнаружил, что в то время как мышь, которую держали в одиночестве внутри колпака, в конце концов умерла, когда в сосуд помещали растение, мышь выживала.
Бойл также изучал эффект удаления воздуха из колпаков, содержащих множество различных животных, включая насекомых, мышей, птиц и рыб, и наблюдал, как они реагируют на удаление воздуха. В «Эксперименте 40» из «Новых физико-механических экспериментов», «Прикосновение к воздушной пружине и ее эффекты» (сделанной, по большей части, в новом пневматическом двигателе) он проверял способность насекомых летать при пониженном давлении воздуха., в «Эксперименте 41» он продемонстрировал, что живые существа зависят от воздуха для их выживания.
Картина маслом Эксперимент с птицей в воздушном насосе изображает натурфилософа, повторяющего эксперимент, аналогичный тому, который проводился Бойлем, с птицей внутри колпака.
A вакуум создает перепад давления в одну атмосферу, примерно 14 фунтов на квадратный дюйм, над поверхностью стекла. Энергия, содержащаяся в имплозии, определяется разницей давления и откачиваемым объемом. Объемы колбы могут меняться на порядки между экспериментами. При работе с колбами литрового или большего размера химики должны рассмотреть возможность использования защитного экрана или створки вытяжного шкафа, чтобы защитить их от осколков стекла в случае взрыва. Стеклянную посуду также можно обернуть спиралями из ленты, чтобы уловить осколки, или обернуть перепончатой сеткой, которая чаще встречается на баллонах для акваланга.
Стекло в вакууме становится более чувствительным к сколам и царапинам на его поверхности, поскольку они образуют точки накопления деформации, поэтому по возможности лучше избегать использования старого стекла. Удары по стеклу и термические напряжения также вызывают озабоченность в условиях вакуума. Колбы с круглым дном более эффективно распределяют нагрузку по своим поверхностям и, следовательно, более безопасны при работе в вакууме.
Современный декоративный стеклянный колпак, содержащий суккулент Чисто декоративные колокольчики обычно использовались в викторианский период для демонстрации и использования в качестве прозрачных пылезащитных крышек и витрины для самых разных предметов, включая часы, таксидермию, ракушки, восковые цветы и фрукты. Декоративные колокольчики изготавливались из тонкого стекла, уделяя больше внимания их оптической прозрачности, и они не имели утолщенного нижнего фланца. По этой причине они не подходят для использования в вакууме и обычно выходят из строя при откачке.
Подобные стеклянные купола использовались в качестве или садовых колоколов.
