ІНДИКАТОРИ НА неоновою лампою
Неонова лампа відноситься до класу приладів тліючого розряду. Вона являє собою скляний балон (рис. 1), всередині якого вміщено два металеві електроди. Електроди можуть бути плоскі, циліндричної форми і у вигляді прямих або вигнутих стержнів. Балон заповнений інертним газом (неон, аргон або суміш їх з гелієм), що знаходяться під низьким тиском (кілька мм ртутного стовпа).
Одні з електродів лампи є катодом, інший - анодом. У ламп, призначених для роботи на змінному струмі, кожен електрод є по черзі анодом і катодом.
Зберемо просту установку відповідно до схеми, показаної на рис. 2, з джерела живлення, потенціометра R1 і вольтметра з межею вимірювання 150 В, включеного паралельно неонової лампі Л1.
Як джерело живлення можна використовувати батарею або малопотужний випрямляч, що дає постійну напругу не нижче 80 в.
Поки напруга на електродах лампи мало, газовий проміжок між електродами є ізолятором. У міру переміщення движка потенціометра вліво (по схемі) напруга на електродах лампи поступово збільшується. При певному для даної лампи напрузі в ній виникає тліючий розряд, при цьому внутрішній опір лампи різко зменшується, а струм через неї зростає. Напруга, при якому в лампі виникає тліючий розряд, називається напругою запалювання. Величина його залежить від складу і тиску газу в лампі, матеріалу і форми електродів, і відстані між електродами.
Виникнення тліючого розряду можна пояснити наступним чином. У газі навіть при звичайній температурі частина молекул буде іонізована, тобто в газі серед нейтральних молекул будуть існувати електрони і позитивні іони - молекули газу, що втратили частину електронів.
При подачі на електроди лампи постійної напруги між ними створюється електричне поле. Електрони рухаються в цьому полі до позитивного електрода - анода, а позитивні іони до негативного електроду - катода. Якщо напруженість електричного поля між електродами лампи досить велика, електрони набувають таку швидкість, що при зіткненні з молекулою газу іонізують її; в свою чергу нони, бомбардуючи катод, вибивають з нього нові електрони. В результаті іонізації газ стає електропровідним, але на відміну від металів, де струм створиться електронами, тут в створенні струму беруть участь як електрони, так і іони.
З огляду на те, що молекули газу як при іонізації, так і при рекомбінації (відновленні іона в нейтральну молекулу в результаті захоплення електрона) можуть випромінювати світло, газ поблизу катода починає світитися. Колір світіння може бути червоним або червоно-оранжевим в залежності від складу газу.
При проходженні через неонову лампу змінного струму світіння спостерігається у обох електродів.
Площа світіння залежить від сили струму через лампу. Зі збільшенням струму в роботу включаються всі нові ділянки катода і площа світіння розширюється. Напруга на електродах лампи при цьому зберігається майже незмінним до тих пір, поки світінням буде охоплений весь катод.
Неонова лампа - індикатор наелектрізованності тіла. Визначити, заряджена чи тіло, можна не тільки електрометром, але і неоновою лампою. При наближенні виводу електрода неонової лампи до наелектризованої тілу, наприклад, до скляної або ебонітової палички, наелектризованої тертям, в лампі виникає тліючий розряд. Тримати лампу слід за висновок другого електрода.
За допомогою неонової лампи можна переконатися, що під час роботи шкільної електрофорної машини електризується тільки сектори з порошку алюмінію, нанесені на диски, - для цього слід піднести лампу до сектору диска. Якщо лампу піднести до диска між секторами, лампа не загориться.
Неонова лампа - покажчик полярності. Користуючись тим, що світіння виникає у катода, тобто електрода, що знаходиться під негативним потенціалом, можна за допомогою неонової лампи визначити полярність джерела постійного струму. Для цього лампу підключають до висновків джерела струму і визначають, який електрод лампи при цьому світяться.
Попередньо, підключаючи неонову лампу до джерела постійного струму, полярність якого відома, потрібно точно встановити, як електроди лампи приєднані до цоколя.
Неонова лампа - покажчик фазового проводу. У квартиру введені два дроти електромережі. Один з них з'єднаний з землею, його називають нульовим проводом. Дотик до нього безпечно. Інший провід, званий фазовим, знаходиться під повним напругою щодо землі і дотик до нього може виявитися небезпечним для життя. Відрізнити ці дроти один від іншого можна за допомогою пробника з неоновою лампою (рис. 3).
Пробник можна вмонтувати в виготовлену із прозорої пластмаси рукоятку викрутки, при цьому один електрод лампи через резистор R1 з'єднують з лезом викрутки, інший електрод підключають до металевого кільця, одягненому на рукоятку викрутки.
Дотик лезом викрутки до нульового проводу не викликає запалювання лампи, в разі дотику до фазового проводу лампа загориться. Викрутку слід тримати так, щоб був забезпечений контакт між рукою і металевим кільцем.
Неонова лампа - сигналізатор про перегорання запобіжника. При перегорання запобіжника - «пробки» доводиться по черзі вивертається з гнізд все запобіжники в пошуках перегорів. Якщо ж паралельно кожному запобіжнику включити неонову лампу і резистор R1 (рис. 4), то при перегорання запобіжника напруга мережі через включені електроприлади і резистор R1 виявиться прикладеним до неонової лампі, викликаючи її запалення.
Неонова лампа - індикатор напруги мережі. Протягом доби напруга електричної мережі зазвичай змінюється в деяких межах. Увечері, коли загальне число електроприладів, включених в мережу, збільшується, напруга дещо падає. Вдень, коли навантаження мережі мала, напруга стає нормальним або трохи вище норми.
Для деяких приладів, наприклад, телевізора або радіоприймача, зміна напруги мережі не повинна перевищувати певних значень, щоб уникнути виходу їх з ладу. Контролювати напруга мережі можна за допомогою вольтметра, але краще це робити за допомогою індикатора напруги, виконаного на неонових лампах.
Схема індикатора показана на рис. 5. У мережу змінного струму з напругою 220 в включені два подільника напруги з резисторів R1, R2 і R3, R4. Неонові лампи Л1 і Л2 типу МН-3 включені паралельно резисторам R1 і R3. Опору резисторів R1 і R2 вибрані так, що падіння напруги на резисторі R1 виявляється достатнім для запалювання лампи Л1, коли напруга мережі одно мінімально допустимому (200 в). Падіння напруги на резисторі R3 має дорівнювати напрузі запалювання лампи Л2, коли напруга мережі збільшиться до максимально допустимого (230 В).
Отже, якщо напруга мережі знаходиться в допустимих межах, горить одна лампа Л1. Якщо жодна з ламп не горить, значить, напруга мережі недостатньо для нормальної роботи телевізора, горіння же обох ламп свідчить про підвищення напруги вище встановлених меж, в обох випадках телевізор необхідно відключити від мережі.