Текст книги "Юный техник, 2007 № 05"
Автор книги: Юный техник Журнал
Жанры:
Технические науки
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)
ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Как сделать полупроводник?
Фотоэлемент, а тем более транзистор – изделие наукоемкое, требующее сложной технологии и высокой культуры производства. Но американский изобретатель Нил Штайнер, проанализировав работы советского изобретателя 0. Лосева и американца П. Кодингтона, пришел к иному заключению. Следуя его советам, дома, на письменном столе, вы можете делать диоды, фотоэлементы и даже транзисторы.
Эти и другие опыты Штайнера могут оказаться полезными не только в качестве чисто познавательного экскурса в историю. Не исключено, что на этом пути можно обнаружить новый класс полупроводниковых электронных приборов.
Итак, возьмите медную пластинку размером 2x3 см, а если такой не найдете, расплющите молотком на наковальне кусок толстой медной проволоки. Нагрейте его на газовой горелке до появления на поверхности легкой коричневой патины – слоя окисла. Попробуйте измерить его электрическое сопротивление. Оно окажется разным в зависимости от полярности присоединения омметра. Получается, что кусок меди приобрел свойства полупроводникового диода. Роль р-nперехода в нем выполняет граница между медью и слоем окисла.
Превратить его в диод совсем не сложно. Прижмите к слою окисла при помощи бельевой прищепки чистую медную пластину, припаяв к обеим по проводу. Вот и получился у вас простейший диод. Он может выпрямлять переменный ток частотой 50 Гц и напряжением до двух вольт. Если нужно больше – соедините несколько таких диодов последовательно. Для работы на более высоких частотах, например, в приемниках, такие диоды не подойдут из-за большой емкости.
Капля расплавленной соли и проволочка – это уже фотоэлемент.
Яркий луч света заставляет фотоэлемент вырабатывать приличный ток.
В свое время подобные выпрямители (их называли купроксными) широко применяли в технике. Но они сильно грелись, имели большое сопротивление в прямом направлении и получались очень громоздкими. Их заменили германиевые и кремниевые диоды, у которых этих недостатков нет.
Известно, что полупроводниковые диоды в прозрачном корпусе способны изменять свое сопротивление под действием света. Это связано с тем, что попадающий на р-nпереход свет увеличивает подвижность зарядов. Это же явление превращает все полупроводниковые диоды, а также транзисторы со вскрытым корпусом в фотоэлементы, способные вырабатывать электрический ток. Вот этой особенностью и воспользовался Нил Штайнер.
Положите на покрытую окислом поверхность меди кусок проволоки, посыпьте ее поваренной солью и нагрейте на газовой горелке. Соль расплавится и застынет в виде твердой прозрачной капли. Если осветить эту каплю ярким лучом света, то между проволокой и пластинкой появится напряжение 20–50 мВ. Вот вам и фотоэлемент. (Судя по нашим опытам, фотоэффект наблюдается и тогда, когда на поверхность окисленной меди наносится обычная капля соленой воды, а в нее вводится тонкая медная проволока.)
Мощность фотоэлемента невелика, и для питания двигателей, например, он непригоден. Но, как оказалось, такие фотоэлементы прекрасно реагируют на быстрое изменение амплитуды светового луча, и их можно использовать в светотелефонах.
Штайнер присоединил через конденсатор емкостью 1 мФ к выходу усилителя низкой частоты (УНЧ) лазерный диод от указки и на вход этого УНЧ подал сигнал от плеера.
Свой самодельный фотоэлемент Штайнер подключил ко входу другого УНЧ, нагруженного на громкоговоритель. Направив луч лазера на фотоэлемент, Штайнер получил высококачественную передачу музыки на расстояние более 20 м. Неплохо для фотоэлемента, сделанного своими руками почти из ничего!
А. ВАРГИН
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Радиотелефон
Работает этот аппарат в диапазоне 27,3 МГц и обеспечивает на земле связь на 1,5 км. Если же вы и ваш абонент переговариваетесь из высоких домов, дальность радиосвязи может возрасти до 2 км.
Принципиальная электрическая схема радиотелефона изображена на рисунке.
Построен он так, что в режимах приема и передачи участвует в основном один и тот же узел аппарата, коммутируемый переключателем SA1. Транзистор VT1 в режиме приема обладает высокой чувствительностью, поэтому слабым сигналам не требуется дополнительное усилие. Это позволило сократить количество деталей и упростить конструкцию в целом.
Некоторых специфических качеств приемника мы коснемся дальше, а пока назовем вторую функцию транзистора VT1. В режиме передачи переключаем SA1, каскад с тем же транзистором переводится в режим генерации. В обоих режимах резонансный контур образован рамочной антенной WA1 и подстрочным конденсатором С3 или С4. Это позволяет вести прием и передачу на несколько отличающихся частотах диапазона.
Модуляцию генератора осуществляет низкочастотный усилитель на транзисторах VT2, VT3. Микрофоном служит динамическая головка ВА1. Ее сигнал поступает через трансформатор Т1 на базу транзистора VT2 входного каскада усилителя звуковых частот. С выхода же усилителя сигнал поступает на базу транзистора VT1, работающего в данном случае в качестве генератора. Тот же звуковой усилитель меняет адреса входа и выхода, когда обеспечивает прием радиопередачи. В этом случае на вход подаются слабые звукочастотные колебания от сверхрегенеративного детектора, а оконечный каскад на транзисторе VT3 оказывается нагружен динамической головкой ВА1.
Трансформатор Т1 нужен, чтобы согласовать низкоомную головку с высокоомным выходом усилителя звуковых частот.
Рамочная антенна представляет собой один виток диаметром 260 мм, выполненный из медной трубки диаметром 4 мм. Все постоянные резисторы могут быть типа МЛТ-0,125; номиналы тех из них, что помечены звездочкой, подбираются при наладке устройства.
Поскольку сверхрегенеративный приемник имеет невысокую избирательность, имеет смысл настроить все участвующие в радиообмене радиотелефоны на одну общую частоту. В таком случае конденсаторы С3, С4 можно взять керамические типа КПК – с ними габариты аппарата получаются меньше, а настройка не будет «съезжать» при неизбежных при ходьбе сотрясениях. Рамочная антенна обладает направленностью. Для более эффективного приема ее виток должен находиться в вертикальной плоскости и быть ориентированным на принимаемый сигнал.
В ряде случаев это помогает отстроиться от одновременно работающего радиотелефона по соседству. Однако, когда вероятные абоненты находятся вне видимости и направление на них неизвестно, установить факт выхода в эфир будет легче, если на время подавить эффект направленного действия антенны-рамки, присоединив ко входу радиочастотного тракта штыревую антенну.
Поскольку радиотелефон не имеет отдельного канала вызова, его лучше держать включенным в то время, когда вероятно обращение к вам. В таком «дежурном» режиме аппарат потребляет от 9-вольтового источника ток порядка 4 мА; при передаче он возрастает примерно до 8 мА.
Ю. ПРОКОПЦЕВ
ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ
Вопрос – ответ
Недавно услышала термин «зеленая одежда». Причем речь шла вовсе не о цвете. Не могли бы вы пояснить, откуда взялся такой термин и что он обозначает…
Ирина Махоткина,
г. Курск
«Зелеными», как известно, довольно часто называют экологов, которые вместе с общественностью ведут кампанию за более рациональное использование ресурсов нашей планеты, против превращения Земли в мусорную свалку. И вот недавно их деятельность получила еще одно направление. В Германии прошла первая презентация «зеленой моды», на которой демонстрировались первые образцы экологической одежды.
Для ее производства используются лишь натуральные растительные волокна. Причем в ход идут не только традиционные лен и хлопок, но и рисовая солома и даже бамбук. «Бамбук хорош не только тем, что очень быстро растет, – сказала по этому поводу дизайнер Сандра Девель, – но и тем, что, благодаря современным технологиям, из него удается получать легкую практичную ткань, которая хороша для летней одежды». Именно такую одежду и называют иногда «зеленой», несмотря на то что она может быть самых различных цветов.
Говорят, вскоре каждый сможет стать издателем, если у него есть компьютер с новым лазерным принтером. Так ли это?
Александр Скворцов,
г. Москва
В самом деле, японские инженеры представили на рынок новый высокоскоростной принтер, позволяющий за час отпечатать 20 книг среднего объема. Однако к нему необходимо еще оборудование для брошюровки страниц и их переплета.
Правда ли, что гонщикам на мотоцикле удалось превзойти скорость звука?
Алексей Матюхин,
г. Кимры
Нет, это не совсем верно. Правда, в 1979 году англичанин Энди Грин разогнал свой Trust SSCдо скорости 1227,985 км/ч, показав наивысшую скорость для сухопутного транспорта. Однако назвать мотоциклом его машину с двумя реактивными двигателями можно лишь по количеству колес. Согласно правилам международной федерации к автомобилям условно относят машины, имеющие 4 и более колес, а к мотоциклам – менее четырех.
Что же касается традиционных мотоциклов с моторами внутреннего сгорания, то последний рекорд, установленный в начале 2007 года американцами из команды Тор-1, равен 551 км/ч, что на 33 км/ч выше прежнего достижения.
Уважаемая редакция!
Хочу поздравить победителя из г. Пятигорска Павла Запариванного, правильно ответившего на вопросы «ЮТ» № 7 – 2006 г. Только позвольте немного уточнить его ответ на первый вопрос: у маленького животного не «меньше площадь поверхности тела», а больше удельная поверхность испарения.
Я тоже так ответил, но не смог сразу отправить свои ответы, поскольку у нас на почту нужно идти 8 км в поселок, и я подумал, наверное, мое письмо опоздает. А кроме того, ваши вопросы, как правило, не простые, и нужно время, чтобы порыться в учебниках и справочниках. Не могли бы пояснить, каковы у читателей сроки для ответа на вопросы?
Владислав Потапов,
д. Шапчино Толочинского района Витебской обл., Республика Беларусь
Дорогой Владислав!
Спасибо за хорошее письмо и внимание к редакции. Ты, как и другие наши читатели, можешь не беспокоиться по поводу того, что письмо придет чересчур поздно. После выхода номера из печати у вас, уважаемые ребята, есть, по крайней мере, два месяца, чтобы обстоятельно ответить на наши вопросы и отправить письмо в редакцию.
ДАВНЫМ-ДАВНО
Течение жидкости порой можно описать лишь очень сложными математическими уравнениями. Так, наливая воду в стакан, мы как бы берем определенный интеграл по времени от функции потока воды из носика чайника. Когда сосуд имеет иную форму, то функция потока возводится в степень, логарифмируется.
В свое время инженеры воспользовались этим для решения сложных задач. Так, например, при нагревании в печи массивной стальной болванки она снаружи быстро раскаляется, а середина остается холодной. Поверхность расширяется, на ней образуются трещины, и дорогой металл идет в брак. Рассчитать этот процесс заранее на листе бумаги трудно, а порой невозможно.
В 1934 году советский ученый В.С.Лукьянов предложил гидроинтегратор – прибор для вычисления распределения температур и сил в нагреваемых телах или твердеющих отливках, а также проникновения воды через почву ложа будущего канала.
Прибор был на удивление прост и состоял из наполняемых водой вертикальных трубок с кранами внизу. Эти краны при помощи рычагов и реек соединялись в группы, которые можно было открыть или закрыть одновременно. Кроме того, перед каждым краном стояло отдельное регулируемое гидравлическое сопротивление.
При расчете распределения температур в болванке гидроинтегратор работал так. В трубки наливали воду на уровень, соответствующий начальной температуре, а гидравлическому сопротивлению задавали уровень, соответствующий теплопроводности тела. После этого открывали краны, и уровень воды в трубках изменялся пропорционально будущей температуре слоев болванки.
Краны закрывали и отмечали уровень воды в трубках. Затем открывали вновь – и так до получения в расчете полного равномерного прогрева. Прибор обслуживался одним человеком и заменял труд сотен вычислителей.
Гидроинтегратор уступил свое место компьютеру лишь в конце 1980-х годов.
ПРИЗ НОМЕРА!
Наши традиционные три вопроса:
1. Что ограничивает глубину применения торпеды?
2. Могут ли в природе самопроизвольно возникать полупроводниковые приборы?
3. Чем ограничивается дальность действия УКВ-радиотелефона?
ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ
«ЮТ» № 12 – 2006 г.
1. Ветры прежде всего представляют собой конвекционные движения воздушных потоков, определяемые степенью нагрева солнцем того или иного района планеты. Скорость вращения планеты на силу и направление ветров практически не влияет.
2. Чем больше диаметр линзы, тем больший световой поток она может собрать. От выпуклости же линзы зависит лишь ее фокусное расстояние.
3. Поверхность сковороды обычно накалена выше точки закипания воды. Поэтому вода в той части капли, что соприкасается с раскаленным металлом, мгновенно вскипает и пар, расширяясь, подбрасывает каплю вверх.
* * *
Поздравляем с победой Алексея НИКОНОВАиз г. Новосибирска. Он получает приз – цифровой фотоаппарат CANON PowerShot А620.
Близки к победе были также Виталий Стукаловиз г. Нальчика и Владислав Хитрюкиз г. Давлеканово Республики Башкортостан.
* * *
А почему?Почему о водопада дышится особенно легко? Давно ли в России стали добывать нефть? Какие экспонаты хранит Московский минералогический музей? Кто изобрел жевательную резинку? 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 в датский городок Оденсе, где родился великий сказочник Ханс Кристиан Андерсен.
Разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.
ЛЕВША– Об одном из известных немецких танков, с которым столкнулась Советская Армия в Великой Отечественной войне, вы узнаете на страницах нашего журнала и сможете выклеить бумажные модели сразу трех модификаций танка PzKpfw-V «Пантера».
– Подводим итоги очередного выпуска «Хотите стать изобретателем?» и предлагаем новые задачи.
– Юные механики познакомятся с занимательной механической игрушкой, а любители головоломок узнают о новых задачах от Владимира Красноухова. Вы, конечно, найдете в номере радиоэлектронные схемы и полезные советы.
* * *
