Edisonova čudesna žarulja

B. Kainka (Prijevod s njemačkog: H. Mesić)


Veliki izumitelj Thomas Alva Edison (1847-1931) u jednu od svojih žarulja zatalio je treću žicu. Na taj je način mogao promatrati, kako elektroni kroz vakuum žarulje putuju od užarene niti do te dodatne elektrode, ali samo onda kad je na njoj pozitivan napon. Zbog toga se taj priključak naziva anoda. Sad je bilo jasno da su elektroni negativni. A osim toga bio je to početak razvoja elektronskih cijevi.

Reinhard Fenger došao je na slijedeću zamisao: Žarulja za kočiono svjetlo na automobilu koja ima dvije žarne niti (21W kočnica / 5W pozicija) može funkcionirati kao Edisonova žarulja, kad jedna od žarnih niti pregori. Tada imamo sve što treba za elektronsku cijev: Izravno grijana katoda, anoda i vakuum. To moramo odmah isprobati! Slučajno se pri ruci našla rabljena žarulja od 12V/5W/21W. Doduše ni jedna od dvije žarne niti nije bila pregorena, ali tu može pomoći izvor napona od 40 V. Deblja žarna nit sada je uredno rastaljena.

I sad krećemo: Narinemo napon grijanja od 12 V, anodni napon dovedemo iz dvije blok-baterije od 9V, i izmjerimo struju. Hurra, radi! Anodna struja je međutim stvarno mala: oko 100 nA. Kako možemo mjeriti tako male struje? Bez poteškoća, uzmemo digitalni voltmetar u naponskom mjernom području. Unutrašnji otpor jednostavnog digitalnog voltmetra (DVM) iznosi 1 MOhm. Kad mjerni instrument pokazuje 1 milivolt, teče struja od jednog nanoampera.

I sad bi netko mogao reći, tako mala struja, pa to sigurno potječe od neke nečistoće na izolatoru. Ali to nije točno, jer kad okrenemo polaritet anodnog napona jakost struje padne na ništicu. Dakle za to su odgovorni slobodni elektroni. Pozitivna anoda ih privlači, a negativan napon ih odbija.

Mala tablica mjernih vrijednosti točnije prikazuje ponašanje ove 'elektronke'. Napon grijanja Uf smanjen je na 6 V, i to je izgleda dovoljno. Ovdje su rezultati:

  Uf     Ua      Ia
  6 V    0 V     0,5 nA
  6 V    10 V    3 nA
  6 V    20 V    17 nA
  6 V    30 V    40 nA
  6 V    40 V    64 nA

Anodna struja ovisi o anodnom naponu, kao što i pristaje elektronskoj cijevi. Ali je sve skupa relativno mala. To je prije svega zbog žarne niti, jer Wolfram posebno čvrsto drži svoje elektrone. Velike odašiljačke elektronske cijevi primjenjuju doduše isto tako izravno grijanu katodu od Wolframa, ali s dodatkom Torija, koji je u tom smislu popustljiviji.

Od pocetka su se kod mjerenja javljale čudnovate pojave. Na primjer, anodna struja dala se je upravljati izvana! Kad prstima diramo staklo žarulje (vruće!), mijenja se anodna struja. Heureka, isto tako otkrivena je trioda. S obujmicom od aluminijske folije funkcionira još bolje. "Rešetka" je doduše u stvari pogrešno postavljena izvana, ali funkcionira. Sad, možemo priključiti napon i upravljati anodnom strujom, i to između Ia=3nA kod Ug=0V i Ia=200nA kod Ug=+40V. Anodna struja svakako nije posve stalna. Vjerojatno unutrašnja strana staklene "kruške" djeluje kao upravljačka elektroda, ali koja je vanjskom metalnom obujmicom samo u kapacitivnoj sprezi.

Wer nie einen Fehler gemacht,
hat nichts Neues zustande gebracht.
(Dietrich Drahtlos)


Dodatak: Ima li tu uopće vakuuma?

Benedikt Kullmann piše u vezi ovog pokusa: "Čisto cijevna funkcija je prilično nemoguća zbog visokotlačnog plinskog punjenja. Punjenje u stvari nije visokotlačno ali je znatno više nego kod žarulja od 230V. Kod anodnog napona od preko 40-60V dolazi do tinjavog izbijanja s učinkom diode. Sve dok je struja ispod određene vrijednosti, teku samo elektroni prema anodi, a obrnuto ne. Ali čim struja prijeđe preko nekih 100 mA, javlja se svjetlosni luk koji može voditi u oba smjera, i pregorjeti žarnu nit. 

A zatim sam izvršio još i pokus s vodom i dobio iznenađujući rezultat. Pod vodom kliještama odlomimo zataljenu staklenu cjevčicu. Kad bi u žarulji bio vakuum ona bi se cijela morala ispuniti usisanom vodom. Ali ušlo je samo malo vode. To znači da je žarulja gotovo pod normalnim tlakom. U načelu za Edisonov pokus nije nam uopće potreban neki visoki vakuum. Oder war es doch nur ein Ionenstrom?


Dopuna : Žarulja s dvije žarne niti kao ispravljačka dioda

Andreas Dähn piše: Nakon što sam pronašao jednu staru automobilsku žarulju s 2 žarne niti, odlučio sam produbiti/ponoviti vaše istraživanje. Pri tome sam, za razliku od vas, najprije otpilio grlo žarulje. Pazeći da sve žice ostanu neoštećene. Zatim sam deblju (sjajniju) žicu žario s 18V (1,2A). Uzeo sam dvostruko motanu žicu jer sam očekivao veću emisiju elektrona iz dulje žice. Kao anodni napon priključio sam između jedne žice za grijanje i žice od hladne elektrode napon od 160V (Doduše samo slabo stabiliziran, ali što se može...).

Rezultati: Dobivena je struja kratkog spoja od 220mA odnosno napon od 81V. Mora se dakle raditi o diodi, jer struja teče samo kad negativan pol anodnog napona leži na katodi.