Текст книги "Юный техник, 2011 № 01"

Автор книги: Наш Современник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ПОЛИГОН
Солнечная батарея

Даже в наши дни, когда, кажется, все можно купить, не перевелись еще в мире люди, умеющие многое делать своими руками. Ниже мы приводим рассказ популяризатора науки Симона Куиленао том, как можно сделать собственными руками солнечную батарею.

Солнечная батарея, вы знаете, наверное, – это фотоэлемент, преобразующий энергию света в электричество. Такие батареи питают энергией Международную космическую станцию, а также ваш карманный калькулятор и еще множество других устройств.

Настоящие фотоэлементы делают на заводах, где стоит дорогостоящее оборудование, в частности, вакуумные печи, поддерживается идеальная чистота, а в воздухе нет ни пылинки. Мы же с вами сделаем элемент солнечной батареи из меди.

Для работы вам понадобится медная пластинка (или толстая фольга) толщиной примерно 0,1 мм и такими размерами, чтобы из нее можно было вырезать два куска примерно 15x15 см. Пинцет или плоскогубцы, чтобы не держать пластинку руками. Два «крокодильчика», которыми пользуются радиолюбители, когда им нужно подсоединиться к той или иной точке электрической схемы. Еще понадобятся 2–3 метра тонкого провода в пластиковой изоляции, чувствительный микроамперметр, который может измерять токи от 0 до 50 микроампер, и кухонная плита.

Кроме того, запаситесь 2-литровой пластиковой бутылкой из-под воды или двухлитровой стеклянной банкой с широким горлом, поваренной солью, наждачной бумагой и ножницами, чтобы резать вашу медную пластинку.

Вырежьте медную пластинку по размеру конфорки плиты (см. рис.). После этого тщательно вымойте руки с мылом, чтобы были чистыми. Затем с мылом или иным моющим средством столь же тщательно обезжирьте поверхность медной пластины, зачистите ее мелкой наждачной шкуркой до блеска, чтобы удалить окисную пленку.

Подготовленную пластинку положите на плиту и включите нагрев. (Если у вас дома газовая плита, воспользуйтесь электроплиткой, иначе эксперимент не удастся.) По мере нагревания по поверхности пластинки побегут красивые – апельсиновые, сиреневые, красные – узоры побежалости. Вскоре пластинка начнет чернеть, покрываясь слоем оксида меди. Подождите до тех пор, пока вся пластина не станет черной и пленка черноты не получится достаточно толстой. Это должно произойти примерно через полчаса после начала обработки.

После этого выключите нагрев и подождите, пока пластина остынет до комнатной температуры. Остывая, металл, как известно, сжимается. А поскольку коэффициенты сжатия меди и ее окислов отличаются, то черные хлопья начнут отслаиваться, обнажая нижележащий слой.

Медная пластинка на конфорке электрической плиты.

Готовый фотоэлемент в тени дает около 6 мкА тока.

Когда же фотоэлемент выставили па яркий свет, величина тока подскочила до 33 мкА.

Опыт показывает, что примерно через 20–30 минут, когда медь охладится до комнатной температуры, большая часть черноты отслоится. Остальное зачернение попробуйте смыть под струей проточной воды. Только не старайтесь убрать все черные пятна жесткой щеткой или каким иным способом. При этом очень легко повредить тонкий красный слой оксида меди, который, собственно, вам и нужен для работы солнечного элемента.

Далее вырежьте вторую медную пластинку примерно такого же размера, как и первая. Аккуратно согните обе пластины так, чтобы их можно было вставить, как половинки цилиндра, в пластиковую бутыль со срезанной верхней частью или в стеклянную банку с широким горлом. При этом обе пластинки не должны касаться друг друга. Проследите также, чтобы та сторона прокаленной пластины, что была верхней на плите, в банке была обращена наружу, к свету, поскольку именно с этой стороны можно получить больший электроток.

Возьмите два «крокодильчика» с припаянными к ним проводами и прикрепите их сверху – один на прокаленную пластину меди, а второй – на непрокаленную, чистую. Подключите провод от чистой медной пластины к положительной клемме микроамперметра. А второй провод – от оксидированной пластины – к отрицательной клемме микроамперметра.

Нагрейте в любой емкости или просто наберите из-под крана пару литров горячей воды, добавьте в нее две столовые ложки поваренной соли и мешайте раствор до тех пор, пока вся соль не растворится. Затем аккуратно залейте соленую воду в банку с пластинами с таким расчетом, чтобы 2–3 сантиметра верхнего края пластин остались сухими над водой.

Теперь можно выставить вашу батарею на солнце или просто посветить на нее яркой лампочкой. Микроамперметр должен показать наличие тока в электрической цепи.

Весь фокус в том, что оксид меди – та самая красная пленка – является полупроводником, то есть представляет собой некое среднее состояние между проводником, где электрический ток может течь свободно, и изолятором, где электроны связаны и ток течь не может.

По мере нагревания по поверхности пластинки побегут красивые – апельсиновые, сиреневые, красные – узоры побежалости.

В полупроводнике существует разрыв, который называется запрещенной зоной, между электронами, которые связаны тесно с атомным ядром, и электронами, которые отстоят дальше от атомного ядра и могут, срываясь со своих орбит, свободно перемещаться, а значит, проводить электричество.

По законам физики, электрон не может оставаться внутри запрещенной зоны. Если его энергия мала, то он будет находиться на стационарной орбите и проводить ток не сможет. Если же мы добавим ему энергии с помощью солнечного света, то он способен перескочить с одной орбиты на другую и даже пуститься в свободное путешествие, проводя электрический ток по нашей цепи – от одной пластины к другой через соленую, проводящую ток воду и далее по проводам к микроамперметру.

Перевод А. СЫРОЕГИНА

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Регуляторы громкости и тембра

В предыдущем номере мы разобрали структуру звукового комплекса и поговорили об усилителях мощности (УМЗЧ). Сегодня речь пойдет о блоке регулировок, включающем регуляторы громкости и тембра.

Регулировка громкости

Казалось бы, нет ничего проще – изменяй уровень звукового напряжения, подводимого к УМЗЧ, вот и вся регулировка! Сделать это можно простым потенциометром – переменным резистором (рис. 1), к крайним выводам которого подведено входное напряжение ЗЧ, а с движка – средний вывод – и общего вывода снимают сигнал на вход УМЗЧ (рис. 2а).

В простейших конструкциях так и делают. Переменные резисторы бывают разные: типа Аимеют линейную зависимость сопротивления от угла поворота оси. Такие плохо подходят для регулятора громкости, поскольку вначале, при малых углах поворота, громкость субъективно меняется резко, а при больших углах поворота, вблизи максимальной громкости, она почти не меняется.

Объяснение простое: наши органы чувств, в том числе и слух, имеют логарифмическую зависимость отклика от интенсивности внешнего воздействия. Например, увеличив уровень сигнала ЗЧ вдвое, мы почувствуем увеличение громкости на сколько-то.

Чтобы увеличить громкость еще на столько же, надо увеличить уровень еще вдвое, и так далее.

Чтобы субъективно получить увеличение громкости, пропорциональное углу поворота оси, применяют переменные резисторы с обратнологарифмической (экспоненциальной) зависимостью, типа В.

Определить тип резистора легко обычным омметром. Повернув ось против часовой стрелки до упора, то есть в положение минимальной громкости, надо найти вывод, сопротивление между которым и средним выводом нулевое. Поворачивая ось, замечают, что сначала сопротивление возрастает медленно, затем все быстрее и быстрее. Это и есть резистор типа В.

Однако с простыми регуляторами громкости (рис. 2а) было замечено, что при малых уровнях громкости звук становится каким-то «плоским», невыразительным, в нем субъективно пропадают басы и высокие частоты. Причем, потеря низких частот (басов) заметно сильнее, чем потеря верхних.

Для компенсации этого явления предложены частотно-зависимые, или тонкомпенсированные, регуляторы громкости (рис. 2б). Для них нужен потенциометр с отводом от проводящего слоя, сделанный примерно от 1/10 части, считая по сопротивлению. Для переменного резистора R1 номиналом 47 или 50 кОм сопротивление между отводом и нижним по схеме выводом должно быть около 5 кОм.

В устройстве предусмотрено отключение тонкоррекции. В нижнем положении переключателя к отводу потенциометра присоединен только резистор R3, увеличивающий плавность регулировки и не влияющий на частотную характеристику. В верхнем же положении переключателя работают элементы тонкоррекции C1, С2, R2. Они подобраны так, чтобы цепочка R2, С2 ослабляла средние и верхние частоты, когда движок потенциометра находится ниже отвода. Субъективный завал самых верхних частот компенсирует конденсатор С1.

Полностью ли отвечает столь несложный тонкомпенсатор свойствам человеческого слуха? Естественно, нет – он только первое, хотя и неплохое, приближение. Есть и более сложные, например, использующие потенциометры с несколькими отводами. Но к чему же надо стремиться?

В многочисленных электроакустических исследованиях получены кривые равной громкости (изофоны). Прежде чем в них разобраться, определимся с единицами измерений.

Уровень громкости звука– относительная величина. Она выражается в фонах и численно равна уровню звукового давления (в децибелах – дБ), создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук (равным по громкости данному звуку).

На рисунке 3 изображено семейство кривых равной громкости, называемых также изофонами. Они представляют собой графики стандартизированных (международный стандарт ISO 226) зависимостей уровня звукового давления от частоты при заданном уровне громкости. С помощью этого графика можно определить уровень громкости чистого тона какой-либо частоты, зная уровень создаваемого им звукового давления.

Рис. 3. Кривые равной громкости – зависимость уровня звукового давления (в децибелах) от частоты при заданной громкости (в фонах).

Например, если синусоидальная волна частотой 50 Гц создает звуковое давление около 80 дБ, то, проведя прямые, соответствующие этим значениям на диаграмме, находим на их пересечении изофону, соответствующую уровню громкости 60 фон. Это значит, что данный звук имеет уровень громкости 60 фон.

Изофона «0 фон», обозначенная пунктиром, характеризует порог слышимостизвуков разной частоты для нормального усредненного слуха. За нулевой уровень звукового давления принято значение 2-10 ^-5Па, примерно соответствующее порогу слышимости на частоте 1000 Гц. В таблице 1 приведены ориентировочные значения громкости различных звуков.

Из рисунка 3 видно, что полной компенсации изофонических кривых при регулировании громкости добиться довольно трудно, поэтому, кроме тонкоррекции, используют дополнительные регуляторы, позволяющие получить желаемый тембр звучания при любой громкости.

Регулировка тембра

В простейшем случае достаточно обеспечить некоторый подъем нижних и верхних звуковых частот, чтобы сделать звучание приятнее и выразительнее. Для этого необязательно конструировать устройства с плавной регулировкой. Одно время было модным делать УЗЧ с фиксированными частотными характеристиками даже в серьезной промышленной аппаратуре. Схема очень простого ступенчатого регулятора тембра приведена на рисунке 4.

Регулятор имеет три положения. В положении переключателя 1конденсатор C1 отключен, а конденсатор С2 замкнут накоротко. Поэтому коррекция отсутствует и частотная характеристика регулятора равномерна во всем диапазоне звуковых частот. Происходит лишь некоторое ослабление амплитуды проходящего сигнала, обусловленное делителем напряжения R1, R2.

В положении 2«Бас» включается в работу конденсатор С2. На средних и высоких частотах его емкостное сопротивление мало, и эти частоты по-прежнему ослабляются делителем R1, R2. На нижних частотах, ниже частоты

F _н= 1/(2πR2C2),

сопротивление конденсатора С2 возрастает, и эти частоты ослабляются меньше, что и соответствует подъему басов.

В положении 3«Джаз» параллельно R1 подключается емкость С1 и поднимаются верхние частоты, начиная с частоты

F _в= 1/(2πR1C1),

Примерно по тому же принципу работает и более сложный регулятор тембра с плавной и независимой регулировкой подъема или некоторого завала нижних и верхних звуковых частот. Его схема показана на рисунке 5.

В верхнем положении движка резистора R2 поднимаются нижние частоты, поскольку средние и высокие ослаблены цепочкой C1, R3. В нижнем же его положении басы ослаблены, поскольку средние и высокие частоты проходят к УМЗЧ через конденсатор С1. Регулятор верхних частот R4 подобен уже рассмотренному простейшему регулятору громкости. Но на средних и низких частотах он не действует из-за возрастающего емкостного сопротивления конденсатора С2. Высокие же частоты проходят через этот конденсатор беспрепятственно.

В регуляторах тембра с успехом можно использовать переменные резисторы с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота оси (типа А).

В высококачественной аппаратуре применяют и более сложные регуляторы тембра или даже многополосные эквалайзеры, позволяющие независимо подобрать уровень любой полосы звуковых частот. О них можно прочитать в специальной литературе по звукотехнике.

В. ПОЛЯКОВ, професор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

Как известно, осьминог Пауль, обитавший в океанариуме немецкого города Оберхаузен, верно предсказал, кто станет чемпионом мира по футболу – команда Испании. Выяснилось ли за прошедшее время, как он это делал?

Андрей Колотилин ,

г. Самара

Об этом, наверное, надо бы спросить Оливера Валенчака – смотрителя океанариума. Ведь это ему еще в 2008 году, в дни чемпионата Европы по футболу, пришла в голову идея – исключительно забавы ради – сделать из своего питомца оракула.

«А почему бы и нет, подумал я, – вспоминает Оливер. – Осьминоги считаются самыми смышлеными среди беспозвоночных. У них три сердца и не один мозг, а девять!»

Технически все было просто. В аквариум Пауля одновременно опускали два одинаковых стеклянных ящика с флагами команд-участниц предстоящего поединка. На дне каждого из них лежала еда, тоже, как говорят, одинаковая. В какой ящик осьминог запускал щупальца, та сборная и должна была стать победителем. Таким образом, в ходе чемпионата мира в Южной Африке Пауль правильно предсказал исход всех семи игр сборной Германии, плюс он верно определил чемпиона – команду Испании!

Тут надо отметить, что пример Оливера оказался заразителен. Теперь уже во всем мире в качестве прогнозистов-оракулов пытаются приспособить то медведя, то собаку. Результаты получаются разными, поскольку на самом деле все зависит не от животного, а от того, каково чутье прогнозиста у самого хозяина. А уж как заставить животное выбрать ту или иную емкость с кормом – дело техники. Это нам только говорят, что еда в кормушках совершенно одинаковая. У зверей же чутье тонкое…

ДАВНЫМ-ДАВНО

Прототип этого агрегата появился на кухне давным-давно. Еще древние египтяне, античные греки и римляне, держа за две ручки специальный нож, шинковали мясо, словно овощи, последовательно передвигая нож над разделочной доской и лежащим на ней мясом.

Позднее неоднократно делались попытки усовершенствовать агрегат, снабдить его механическим приводом. Так, например, во Франции в Средние века применяли агрегат, внешне напоминавший… кресло-качалку. Только качались не полозья качалки, а полукруглые ножи, под которые и подсовывалось измельчаемое мясо. Приводила этот громоздкий агрегат в движение лошадиная тяга, за 40 минут он был способен измельчить 25 кг мяса.

Несколько большей производительностью отличался другой агрегат. На вращающуюся подставку ставили деревянный чан с мясом. Сверху в него опускались на штанге ножи, укрепленные на центральной оси, которая вращалась в противоположную сторону. Таким образом удавалось переработать за час около 60 кг мяса.

Домашнюю же мясорубку, во многом напоминавшую известный всем ручной агрегат, изобрел в XIX веке немецкий изобретатель барон Карл фон Дрейз, известный изобретением железнодорожной дрезины и одной из первых разновидностей велосипеда.

Поначалу мясорубка Дрейза, называвшаяся «мясной мельницей», имела штифт с насаженным на него множеством небольших ножей. Штифт располагался вертикально, а мясо опускалось из приемной воронки под собственной тяжестью. И по пути вниз измельчалось ножами. Однако дело пошло на лад лишь после того, как барон догадался заменить обычный штифт «архимедовым винтом» – шнеком, который подавал мясо к насаженному на ось того же шнека крестообразному ножу.

Нынешние мясорубки отличаются от изобретения Дреза прежде всего тем, что приводятся в действие электродвигателем. Кроме того, в настоящее время получили широкое распространение кухонные комбайны.

ПРИЗ НОМЕРА

Наши традиционные три вопроса:

1. Что роднит компьютерные и биологические вирусы?

2. Сможет ли змея ползти внутри узкой трубы?

3. Почему тонкая пленка графена прозрачна?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 8 – 2010 г.

1. Сила притяжения между судами образуется из-за разности давлений на борта кораблей: на внутренние вода давит слабее. Разность же давлений создается по закону Бернулли (скорость потока воды между кораблями больше, а значит, давление – меньше).

2. Теплый воздух легче холодного из-за меньшей плотности. При нагреве скорость движения молекул увеличивается и расстояние между ними растет.

3. В красках на водной основе по мере их высыхания происходит испарение влаги. Раствор становится все более концентрированным, и…

_{… на остатке текста отсканирована наклейка …}

* * *

Поздравляем с победой ..???.. из г. Владивостока.

Близки были к победе  Михаил Бахтиниз с. Елховка Самарской обл. и Никита Смоляковиз г. Томска.

* * *

_{А почему?Сколько весит…воздух. Отчего на Руси в древности годы считали «от сотворения мира»? Сколько всего Олимпиад провели в античные времена древние греки? Какое из животных считается самым умным? На эти и многие другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит продолжают свое путешествие в мир памятных дат. А читателей журнала приглашаем заглянуть на остров Сицилия, в город Сиракузы, где родился великий Архимед.}

_{Разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.}

_{ЛЕВШАС одним из самых маленьких, но грозных подводных миноносцев Российского флота начала XX века – субмариной «Форель» – вы познакомитесь в очередном номере «Левши» и сможете выклеить ее бумажную модель.}

_{Для любителей электроники мы опубликуем схему приемопередатчика, который позволит говорить с друзьями на расстоянии до двух километров там, где нет мобильной связи.}

_{Моделисты в ожидании весны смогут собрать модель катера с оригинальным двигателем.}

_{Владимир Красноухов, как всегда, познакомит вас с новыми головоломками, а «Левша», конечно же, даст полезные советы.}

* * *