Введение

Стеклянная банку, используемая в научных экспериментах, лабораторное оборудование Колокольня - это стеклянная банка, похожая по форме на колокол (т.е. в своей наиболее известной форме она открыта внизу, в то время как ее верхняя часть и стороны вместе составляют одну часть), и может быть изготовлена из различных материалов (от стекла до различных типов металлов). Колокольчики часто используются в лабораториях для формирования и содержания вакуума. Это обычный научный аппарат, используемый в экспериментах. Колокольчики имеют ограниченную способность создавать сильный вакуум; вакуумные камеры доступны, когда требуется более высокая производительность. Они использовались для демонстрации эффекта вакуума на распространение звука. Помимо научных применений, колокольчики могут также служить выставочными шкафами или прозрачными покрытиями для пыли. В таких ситуациях колокольный сосуд обычно не помещают под вакуум.

Вакуум

Вакуумный колокольчик помещается на подставку, которая вентилируется в шланг, который может быть подключен через шланг к вакуумному насосу. Вакуум образуется, когда воздух выкачивается из колокольчика. Нижний край вакуумного колокольчика образует фланцу из тяжелого стекла, гладко измельченную на дне для лучшего контакта. Основание кувшина одинаково тяжелое и сплющенное. Между ними обычно наносят мазь вакуумной смазки. Когда внутри создается вакуум, он создает значительную силу сжатия, поэтому нет необходимости зажимать уплотнитель. По этой причине колокольный сосуд не может быть использован для сдерживания давления выше атмосферного, только ниже. Колокольчики обычно используются для демонстраций в классе или любителями, когда требуется только относительно низкокачественный вакуум. Новейшие исследования, проводимые при сверхвысоком вакууме, требуют более сложной вакуумной камеры. Однако несколько испытаний могут быть выполнены в камере с колокольни, имеющей эффективный насос и низкую скорость утечки. О некоторых из первых научных экспериментов с использованием колокольчика для обеспечения вакуума сообщил Роберт Бойл. В своей книге "Новые эксперименты физико-механики, касающиеся пружины воздуха и его эффектов" (Made, for the Most Part, in a New Pneumatical Engine) он описал 43 отдельных эксперимента, некоторые из которых были проведены с Робертом Гуком, исследуя влияние снижения давления воздуха внутри колокольни на предметы, содержащиеся внутри.

Эксперименты с распространением звука

Один из самых известных экспериментов включал в себя помещение в банку звонкого колокола и наблюдение за тем, что при выкачивании воздуха звон исчезает. Этот эксперимент продемонстрировал, что распространение звука происходит при посредничестве воздуха, и что при отсутствии воздушной среды звуковые волны не могут распространяться. Этот эксперимент часто используется в качестве научного эксперимента в классе, где эксперимент повторяется с помощью предмета, такого как будильник, помещенный под колокольный стакан, и шум будильника, исчезающий при выкачивании воздуха, используется для демонстрации эффекта. Дополнительно поместив микрофон внутри колокольчика и наблюдая, что звук, обнаруженный микрофоном, уменьшается по мере выкачивания воздуха, можно исключить эффект поглощения звука стеклом самой банки.

Свеча в колокольни эксперименты

Другой распространенный эксперимент с использованием колокольчика включает в себя размещение сосуда над зажженной свечой и наблюдение за тем, как пламя гаснет, демонстрируя, что для сгорания требуется кислород. Общая вариация этого эксперимента состоит в том, чтобы поместить свечу и колокольчик над водой и наблюдать, что когда свеча погаснет, уровень воды поднимется внутри колокольчика. Объяснение этого наблюдения заключается в том, что нагревание воздуха внутри сосуда свечами заставляет его расширяться, и когда свеча исчерпает запас кислорода и погаснет, воздух охлаждается и сжимается, что приводит к тому, что вода поднимается, чтобы заполнить пространство. Распространенное заблуждение заключается в том, что уровень воды поднимается, чтобы заменить потребляемый кислород, но поскольку реакция сгорания производит углекислый газ в качестве продукта, это объяснение не является правильным. Джозеф Пристли также использовал свечу и мяточное растение, помещенные под колокольный кувшин в эксперименте, о котором сообщалось в "Экспериментах и наблюдениях за различными видами воздуха", чтобы продемонстрировать эффект фотосинтеза. Сначала зажгли свечу, а затем поставили над двумя предметами колокольчик, и как только кислород был потреблен свечой, пламя погасло. Однако через несколько дней свечу удалось зажечь снова, что свидетельствует о том, что завод произвел необходимый кислород.

Физиологические эксперименты

Пристли также проводил эксперименты с растениями и мышами под колокольни. Он обнаружил, что если мышь, оставленную в одиночестве внутри колокольни, в конечном итоге умирает, то если в банку поместить растение, мышь выживает. Бойл также изучал эффект от удаления воздуха из колокольчиков, содержащих различных животных, включая насекомых, мышей, птиц и рыб, и наблюдал, как они реагируют, когда воздух удаляется. В "Эксперименте 40", из "Новых экспериментов физико-механического характера, касающихся пружины воздуха и его эффектов" (совершенных, по большей части, в новом пневматическом двигателе), он проверил способность насекомых летать при пониженном давлении воздуха, в то время как в "Эксперименте 41" он продемонстрировал зависимость живых существ от воздуха для их выживания. На картине "Эксперимент с птицей в воздушном насосе" изображен философ, повторяющий аналогичный эксперимент с птицей в колокольном кувшине.

Риски

Вакуум создает разницу давления в одну атмосферу, примерно 14 psi, на поверхности стекла. Энергия, содержащаяся в имплозии, определяется разностью давления и объемом, выделяемым. Объемы флаконов могут меняться в порядке величины между экспериментами. При работе с литровыми колбами или более крупными колбами химикам следует рассмотреть возможность использования предохранительного экрана или ребра капота для защиты колб от осколков стекла в случае имплозии. Стеклянные изделия также могут быть обернуты спиралями ленты для удержания осколков или обернуты сетчатой сеткой, которая чаще встречается на цилиндрах для подводных лодок. Стекло под вакуумом становится более чувствительным к щепам и царапинам на его поверхности, поскольку они образуют подъемники напряжения, поэтому лучше избегать старых стекол, если это возможно. Влияние на стекло и термические напряжения также являются проблемой в вакууме. Круглые колбы более эффективно распределяют напряжение по их поверхностям, и поэтому более безопасны при работе под вакуумом.

Декоративные или консервантные

Чисто декоративные колокольчики обычно использовались в викторианский период для демонстрации и служили прозрачными покрывателями пыли и витринами для самых разных предметов, включая часы, таксидермию, ракушки, цветы и фрукты из воска. Декоративные колокольчики изготавливались из тонкого стекла, с большим вниманием к их оптической четкости, и у них не было утолщенной основной фланцы. По этой причине они не подходят для использования в вакууме и обычно отказывают при отказе. Подобные стеклянные купола использовались в качестве сырных куполов, пекарных колоколов или садовых часов.