Юный техник, 2003 № 04 - Журнал «Юный техник»

Между прочим, не так уж давно по историческим меркам, всего лишь лет двести назад, освещались только свечами.

Попробуйте себе представить, что какой-нибудь король решил поужинать при свете 1600 свечей. Каким трудным, быть может, невозможным делом это для него было. А нам с вами достаточно щелкнуть выключателем. Так что мы в чем-то богаче королей!

Но вернемся к лампе.

Поначалу вольфрамовая нить имела вид отрезка проволоки, помещенной в вакууме. Но вакуум способствовал быстрому испарению металла и тем ограничивал его температуру. В атмосфере инертного газа температуру вольфрамовой нити можно было значительно увеличить, не опасаясь, что она быстро перегорит. Но газ передает тепло к стенкам лампы. На это уходит дополнительная энергия, а световая отдача уменьшается.

Выход из положения оказался удивительно прост — свернуть нить в спираль. Спираль короче нити, вокруг нее образуется малоподвижный газовый слой, который укутывает ее, словно шуба. Испарение вольфрама на спирали тоже замедляется, испарившиеся частицы вольфрама на ее же витках и оседают. Так что температуру спиральной нити удается увеличить без уменьшения срока ее службы, а с температурой возрастает и световая отдача.

Правда, световая отдача зависит еще и от мощности. У лампы мощностью 25 Вт она равна 7 лм/Вт, а при мощности 100 Вт — достигает 12 лм/Вт у ламп обычных и доходит до 16 лм/Вт у ламп с криптоновым наполнением. Затратив мощность 100 Вт, можно от четырех ламп по 25 Вт получить световой поток 700 люмен или 1600 люмен от одной криптоновой лампы. Чтобы снизить расходы на освещение, достаточно правильно выбрать лампы для люстры…

Резервы эволюционного развития лампы были исчерпаны к началу 60-х годов прошлого века. И тогда появилось революционное решение — в газ, содержащийся в колбе лампы, стали добавлять пары йода. Зачем?

В лампах с йодным циклом, как их назвали, образуются газообразные соединения вольфрама, которые переносят содержащийся в них металл на наиболее нагретые участки нити. В результате она залечивается, как нити в опытах X. Максима, и служит гораздо дольше.

Таким способом удалось получить лампы со световой отдачей 18–20 лм/Вт. Если у обычных ламп колба к концу срока службы заметно темнеет от оседающего на ее стенках вольфрама, то у ламп с йодным циклом она всегда прозрачна. И потому такие лампы оказываются почти вдвое выгоднее обычных. Однако перед глазами у светотехников всегда маячит цифра 425 лм/Вт. Это световая отдача идеальной лампы, которая всю электроэнергию превратила бы в белый свет наилучшего для нашего глаза оттенка. Этот идеал пока не достигнут. Но светотехника идет к нему разными путями.

Например, сегодня вперед вырвались люминесцентные лампы, дающие уже до 100 лм/Вт. Такие же результаты можно получить и от ламп накаливания, устранив их основной недостаток — они более 90 % энергии излучают в форме невидимого теплового излучения. Ученые считают, что это возможно.

А. ИЛЬИН

Дорогие друзья!

Подводим итоги конкурса «Блокмастер», объявленного в «ЮТ» № 12 за 2002 г.

Лучшими признаны работы Татьяны Бескоровайной из Курска (I место), Дмитрия Каюмова из Уфы (II место) и Карины Тур из Троицка Челябинской области (III место).

Высылаем победителям призы — конструкторы «Блок мастер».

А новый приз всем читателям «ЮТ» преподносит сегодня знаменитый Политехнический музей.

Это — входной билет, действительный по 31 декабря 2003 года. Предъявите контролеру журнал, открытый на этой странице, и —

добро пожаловать во все залы музея!

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!

Мир без изнанки

Мы живем в двухстороннем мире, привыкли к нему, прекрасно ориентируемся в нем и умеем использовать. Лист бумаги имеет «лицо» и «оборот», труба — внешнюю и внутреннюю поверхности, одно от нас налево, другое — направо…

Между тем в 1858 году немецкий математик и геометр Август Фердинанд Мебиус (1790–1868) установил существование другого мира — одностороннего. Представление о нем можно получить, если соединить, сделав полуоборот, противоположные концы бумажной ленты. Полученное таким образом кольцо будет иметь лишь один край и одну сторону (см. рис. 1 а, б, в).

В этом легко убедиться, если проследить линию края кольца. Она охватывает его, подобно линии круга, но представляет собой пространственную петлю. Аналогичной линией будет являться и средняя линия кольца (рис. 1 в).

С ее помощью можно обойти всю единственную поверхность этого объекта.

В честь своего открывателя объект получил название «лист Мебиуса». Известно, что такая односторонняя поверхность — самая простая из целого семейства подобных. Простейший путь их получения — это замыкание бумажной ленты в кольцо с оборотом тот, где n = 1, 3… — нечетные числа.

Спустя полвека другой немецкий математик, Феликс Клейн (1849–1925), так расширил «границы» этой односторонности, что она стала бескрайней. Эта бескрайняя односторонность получила название «бутылка Клейна» (см. рис. 2 а, б).

Действительно, «бутылка» не имеет края и этим подобна обычной сфере. Однако на этом сходство кончается. В отличие от последней у нее нет ни внешней, ни внутренней стороны. И все же в эту своеобразную бутылку можно налить воды.

Однако этот односторонний мир, или, точнее, некоторые его проявления и свойства были известны задолго до Мебиуса и Клейна. Но начнем по порядку, постепенно углубляясь в тысячелетия.

Сохранились свидетельства, что в Средние века цех парижских портных, принимая в свои ряды новичка, поручал ему подшить подол юбки кольцом перекрученной вполоборота тесьмы. История умалчивает о том, как справлялся с этой задачей-шуткой кандидат в мастера. Но сам факт говорит о некотором знакомстве с односторонностью.

Подтверждение еще более ранних представлений об односторонности обнаружила сотрудница Массачусетского университета (США) Л.Ларисон. В небольшом музее французского города Арля хранится позднеримская мозаика начала нашей эры. На ней, кроме основного изображения (Орфей), дважды используется мотив перекрученной замкнутой ленты (см. рис. 3 а, б).

Рис. 3

Видимо, автор прекрасно знал об удивительных свойствах такой ленты. Свое знание он подчеркнул, проведя посредине ленты нигде не прерывающуюся черную линию. Что интересно, лента перекручена пять раз, и ни в одной из известных в наши дни римских мозаик подобный мотив больше не встречается.

Историки техники прекрасно знают о том, что передача крутящего момента между двумя перпендикулярно расположенными валами с помощью ремня, перекрученного по одностороннему принципу, известна со времен Древней Греции (см. рис. 4).

Рис. 4

Но если переместиться из Европы в Древний Китай на пять тысяч лет, во времена легендарного правителя Фу Си (2852–2737 до н. э.), мы обнаружим древний иероглиф, обозначающий родовое имя Гун (см. рис. 5).

Он демонстрирует две руки, готовые совершить полуоборот хвоста змеи так, чтобы она замкнулась в одностороннем образовании.

«Происхождение этого образа еще не прослежено окончательно, но ясно, что оно теряется в глубочайшей древности…» Не добавляет ясности в происхождение этого мотива и ассоциация с молнией, что послужило причиной возникновения термина «дейвень» — «громовой узор». В доказательство можно привести древнее начертание иероглифа «молния» (см. рис. 6).

Чтобы не отвлекаться от избранной тематики, мы не будем дальше погружаться в глубины формирования китайской письменности и символики, стоящей почти за каждым ее знаком. Что же касается показанных изображений, то они имели свое развитие, трансформировавшись в облик дракона, кусающего собственный хвост (см. рис. 7).

Этот дракон обычно представляется в незавершенном движении замыкания в кольцо с полуоборота. Это происхождение, как считают специалисты, отличает и знаменитый на весь мир в наши дни круг «Ян-Инь».

Оказывается, что и «бутылка Клейна» давно известна человеку и используется им в своей повседневной практике. Для осознания этого достаточно сопоставить между собой топологический эквивалент «бутылки Клейна» — ограненную бутылку и схему обычной печки, находящейся в помещении (см. рис. 8 а, б).

Рис. 8

Конечно, этот факт, видимо, относится к разряду стихийно-опытного постижения оптимальной формы организации теплового потока в виде вихря, но тем не менее он имеет место.