Колокольчик
 Колпак начала 20 века с вакуумным насосом | |
| Использование | Вмещающие предметы, содержащие газы или вакуум |
|---|---|
Колокольчик (т.е. в наиболее известной — это стеклянный сосуд , по форме похожий на колокол форме он открыт снизу, а его верх и боковые стороны вместе представляют собой единое целое) и может быть изготовлен из различных материалов. (от стекла до различных видов металлов). Колпаковые банки часто используются в лабораториях для создания и поддержания вакуума . Это обычный научный прибор, используемый в экспериментах. [1] Колпаковые банки имеют ограниченную способность создавать сильный вакуум; Вакуумные камеры доступны, когда необходима более высокая производительность. Их использовали для демонстрации влияния вакуума на распространение звука.
Помимо научного применения, колпаки также могут служить витринами или прозрачными пылезащитными крышками. В таких ситуациях колпак обычно не помещают в вакуум.
Вакуум
[ редактировать ]
Вакуумный колпак размещается на основании, которое имеет выход к шланговому фитингу, который можно подключить через шланг к вакуумному насосу . Вакуум . создается путем откачивания воздуха из колпака
Нижний край вакуумного колпака образует фланец из тяжелого стекла, гладко отшлифованный снизу для лучшего контакта. Дно банки одинаково тяжелое и приплюснутое. слой вакуумной смазки Между ними обычно наносится . Поскольку внутри образуется вакуум, он создает значительную силу сжатия, поэтому зажимать уплотнитель нет необходимости. По этой причине колпак нельзя использовать для выдерживания давления выше атмосферного, а только ниже.
Колпаки обычно используются для демонстраций в классе или любителями, когда требуется только вакуум относительно низкого качества. Передовые исследования, проводимые в сверхвысоком вакууме, требуют более сложной вакуумной камеры . Однако несколько испытаний можно провести в колпаковой камере, имеющей эффективный насос и низкую скорость утечки.
Некоторые из первых научных экспериментов с использованием колпаков для создания вакуума были проведены Робертом Бойлем . [2] В своей книге « Новые физико-механические эксперименты, касание пружины воздуха и ее последствия (выполненные по большей части в новом пневматическом двигателе)» он описал 43 отдельных эксперимента, некоторые из которых были проведены с Робертом Гук , исследовавший влияние снижения давления воздуха внутри колпака на находящиеся внутри предметы. [3]
Эксперименты по распространению звука
[ редактировать ]Один из самых известных таких экспериментов заключался в том, чтобы поместить в банку звонящий колокольчик и наблюдать, что после откачивания воздуха звон исчез. Этот эксперимент показал, что распространение звука осуществляется через воздух и что в отсутствие воздушной среды звуковые волны не могут распространяться. Этот эксперимент часто используется как научный эксперимент в классе , где эксперимент повторяется с таким предметом, как будильник, помещенным под колпак, и шум будильника, затухающий по мере откачивания воздуха, используется для демонстрации эффекта. . [4] Дополнительно поместив внутрь колпака микрофон и наблюдая за тем, чтобы звук, воспринимаемый микрофоном, уменьшался по мере откачивания воздуха, можно исключить эффект поглощения звука самим стеклом колпака. [5]
Эксперименты со свечой в колпаке
[ редактировать ]Другой распространенный эксперимент с использованием колпака включает в себя размещение банки над зажженной свечой и наблюдение за тем, как пламя гаснет, демонстрируя, что кислород необходим для горения . [6] Обычный вариант этого эксперимента — поставить свечу и колпак над водой и наблюдать, что, когда свеча погаснет, уровень воды внутри колпака поднимется. Объяснение этому наблюдению состоит в том, что нагрев воздуха внутри банки свечами заставляет его расширяться, а когда свеча исчерпает запас кислорода и погаснет, воздух остынет и сожмется, что приведет к тому, что вода начнет подниматься вверх. заполнить пространство. Распространенным заблуждением является то, что уровень воды поднимается, чтобы заменить израсходованный кислород, но поскольку в результате реакции горения в качестве продукта образуется углекислый газ, это объяснение неверно. [7]
Джозеф Пристли также использовал свечу и растение мяты, помещенное под колпак, в эксперименте, описанном в «Экспериментах и наблюдениях над различными видами воздуха», чтобы продемонстрировать эффект фотосинтеза . Сначала зажгли свечу, затем над двумя предметами поставили колпак, и как только свеча израсходовала кислород, пламя погасло. Однако через несколько дней свечу удалось зажечь повторно, что продемонстрировало, что растение произвело необходимый кислород. [8]
Физиологические эксперименты
[ редактировать ]Пристли также проводил эксперименты с растениями и мышами под колпаком. Он обнаружил, что, хотя мышь, оставленная одна внутри колпака, в конечном итоге погибла, если в банку поместить растение, мышь выжила.
Бойль также изучал эффект удаления воздуха из колпаков, в которых находились различные животные, включая насекомых, мышей, птиц и рыб, и наблюдал, как они реагировали на удаление воздуха. [2] [9] [10] В «Эксперименте 40» из книги « Новые физико-механические эксперименты, прикосновение к воздушной пружине и ее последствия» (выполненные по большей части в новом пневматическом двигателе) он проверял способность насекомых летать при пониженном давлении воздуха. , а в «Эксперименте 41» он продемонстрировал, что выживание живых существ зависит от воздуха.
На картине маслом «Эксперимент с птицей в воздушном насосе» изображен натурфилософ, повторяющий эксперимент, аналогичный эксперименту Бойля, с птицей внутри колпака.
Риски
[ редактировать ]Вакуум создает разницу давлений в одну атмосферу, примерно 14 фунтов на квадратный дюйм, над поверхностью стекла. Энергия, содержащаяся в имплозии, определяется разницей давлений и эвакуированным объемом. Объемы колб могут меняться на порядки между экспериментами. Всякий раз, работая с колбами объемом литров или больше, химикам следует рассмотреть возможность использования защитного экрана или створки проточного колпака, чтобы защитить их от осколков стекла в случае взрыва. Стеклянную посуду также можно обернуть спиралями ленты для улавливания осколков или обернуть перепончатой сеткой, которую чаще всего можно увидеть на баллонах для подводного плавания .
Стекло под вакуумом становится более чувствительным к сколам и царапинам на своей поверхности, поскольку они образуют концентраторы напряжений , поэтому старое стекло лучше избегать, если это возможно. Воздействие на стекло и термические напряжения также вызывают беспокойство в вакууме. Круглодонные колбы более эффективно распределяют нагрузку по поверхности и, следовательно, более безопасны при работе в вакууме.
Декоративный или консервирующий
[ редактировать ]
Чисто декоративные колпаки обычно использовались в викторианский период для демонстрации и использования в качестве прозрачных пылезащитных чехлов и витрин для самых разных предметов, включая часы, таксидермию , ракушки, восковые цветы и фрукты. [11] [12] [13] Декоративные колпаки изготавливались из тонкого стекла с особым вниманием к их оптической прозрачности и не имели утолщенного фланца основания. По этой причине они не подходят для использования в вакууме и обычно выходят из строя при откачке.
Подобные стеклянные купола использовались в качестве сырных куполов, колокольчиков или садовых колпаков .
В популярной культуре
[ редактировать ]- « Кувшин » (ноябрь 1944 г.) — рассказ Рэя Брэдбери , опубликованный в журнале Weird Fiction.
- Под стеклянным колоколом (1944) — сборник рассказов Анаис Нин.
- «Колокольчик» (1963) — римский ключ Сильвии Плат , первоначально опубликованный под псевдонимом «Виктория Лукас».
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Bell Jar , Национальный музей американской истории, 2009 г. , дата обращения 15 ноября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Бойль, Роберт (1660). Новые физико-механические эксперименты, касание пружины воздуха и ее последствия . Оксфорд: Х. Холл. ISBN 978-0-598-41236-2 .
- ^ Уэст, Джон Б. (1 января 2005 г.). «Знаковая книга Роберта Бойля 1660 года с первыми экспериментами с разреженным воздухом» . Журнал прикладной физиологии . 98 (1): 31–39. doi : 10.1152/japplphysicalol.00759.2004 . ISSN 8750-7587 . ПМИД 15591301 . S2CID 5837786 .
- ^ «Эксперимент с колокольчиком» . Университет Амрита .
- ^ Хан, Деджун (15 апреля 2003 г.). «Улучшенная демонстрация колокольчика в колокольчике» . Учитель физики . 41 (5): 278–279. Бибкод : 2003PhTea..41..278H . дои : 10.1119/1.1571284 . ISSN 0031-921X .
- ^ «Пламя погасло» . Американское химическое общество . Проверено 26 июля 2020 г.
- ^ «Эксперимент со свечой в колпаке - Разрушена - Звуки BBC» . Научный взгляд . Би-би-си . Проверено 26 июля 2020 г.
- ^ Пристли, Джозеф (1776). Эксперименты и наблюдения над различными видами воздуха . Дж. Джонсон.
- ^ Бойль, Роберт (1 января 1670 г.). «Новые пневматические эксперименты о дыхании. Эти эксперименты, проведенные этим неутомимым благодетелем философии, достопочтенным Робертом Бойлем, для того, чтобы пролить больше света на учение о дыхании, а также дать возможность любознательным натуралистам проводить дальнейшие исследования. в том же самом, были переданы их благородным автором издателю этих статей; который счел более удобным сделать их частью этих трактатов (они занимают место всего лишь на нескольких листах)» . Философские труды Лондонского королевского общества . 5 (62): 2011–2031. дои : 10.1098/rstl.1670.0031 .
- ^ Бойль, Роберт (1669). Продолжение новых физико-механических экспериментов, касающихся пружины и веса воздуха и их эффектов: к чему прилагается краткое рассуждение об атмосферах твердых тел. И. часть . Генри Холл.
- ^ Аберкромби, Стэнли (9 октября 2018 г.). Философия дизайна интерьера (1-е изд.). Рутледж. п. 142. дои : 10.4324/9780429502668 . ISBN 978-0-429-50266-8 . S2CID 193363128 .
- ^ Белая ночь, Джон (2013). Под стеклом: викторианская одержимость . Атглен, Пенсильвания: ISBN Schiffer Publishing Ltd. 978-0-7643-4407-7 . OCLC 822019601 .
- ^ Лэндоу, Джордж П. (14 декабря 2013 г.). «Красавицы в колоколах: обзор книги Джона Уайтнайта «Под стеклом: викторианская одержимость» » . Викторианская паутина . Проверено 26 июля 2020 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
