Текст книги "Юный техник, 2009 № 09"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Электростатическая машина

Не будет преувеличением сказать, что наука во многом обязана своим развитием царствующим особам. Это можно отнести и к науке об электричестве. Хрестоматийным стал опыт, поставленный при дворе короля Людовика XV в XVIII веке. Вот как его описал один из очевидцев: «Семьсот монахов парижского монастыря в присутствии короля Людовика XV взялись за руки и подскочили все разом, подобно вороху желтых листьев…»

Эти монахи, добровольно решившие испытать на себе действие электрического разряда, получили ощутимый удар. Какое же напряжение могло так подействовать на всю цепочку из 700 взрослых людей?

Расчет прост: чтобы вызвать достаточно сильное ощущение, на каждого монаха должно было действовать не менее 100 В. Нетрудно подсчитать: к цепочке могло быть приложено 70 000 В. Это напряжение дала простенькая электрическая машина, создававшая электричество при помощи трения вращающегося стеклянного цилиндра о кожаную подушечку.

В наши дни подобные машины стали довольно распространенным увлечением любителей стиля «ретро». При тщательном исполнении они служат прекрасным украшением любой комнаты, но при этом позволяют показывать гостям занимательные опыты и вести школьные уроки. Самые простые из таких устройств воспроизводят машину трения, изобретенную в 1755 г. немецким физиком Мартином Планте. Важнейшая ее часть – стеклянный диск, к которому прижимались две кожаные подушки. При вращении они заряжались отрицательно, а поверхность стеклянного диска – положительно.

Машину создавали ради того, чтобы получать электрические заряды, а для этого их нужно было научиться снимать со стекла и кожи. В те времена это было сложной задачей: кожа электричество не проводит, поэтому снять с нее образовавшийся заряд казалось невозможно. Но безвестный изобретатель додумался сделать ее электропроводной, пропитав цинковой амальгамой.

Это жидкое вещество, получавшееся путем растворения цинка в ртути, по своей природе склонно к распаду, поэтому ртуть постепенно испарялась. Людей того времени это не беспокоило, поскольку ртуть считали тогда чуть ли не лекарством.

Сегодня мы знаем об огромном вреде, который приносят пары ртути, поэтому кожаные подушечки пропитывают безвредными веществами.

Электростатическая машина трения конца XIX века.

Поначалу снятый с подушечек отрицательный заряд поступал на шаровой электрод, а в 1766 г. немецкий изобретатель Д. Рамсден додумался поставить по обе стороны диска медные кольца, и машина стала значительно эффективнее.

Как же сделать подобную машину? Она в принципе проста, но начинать с изготовления точной копии старинного образца не следует. На рисунке изображен любительский вариант электростатической машины, который можно повторить. При? аккуратном и правильном исполнении он выглядит как вполне «старинный».

Изготовление начните с самой сложной части – стеклянного круга. Вырезать его из обычного силикатного стекла, не имея опыта работы с этим материалом, очень трудно. Гораздо проще сделать его из органического стекла, которое, кстати, электризуется гораздо сильнее обычного.

Современная любительская электростатическая машина.

Вырезать его можно специальным инструментом – линейкой с резцом. Для этого в деревянной линейке просверлите отверстие, вставьте в него болт диаметром 3–4 мм и прочно закрепите его гайкой. После этого на наждаке заточите конец болта так, чтобы получился резец. Далее просверлите в куске оргстекла подходящих размеров отверстие, прибейте его гвоздем к листу фанеры или ДСП и начинайте резку. Через 15–20 минут ваш круг будет готов. Для ускорения работы линию реза можно поливать водой.

Далее приступаем к изготовлению подушечки. Она состоит из куска кожи, наклеенного на тонкую алюминиевую пластину, которую после высыхания клея вы сложите пополам. При этом клей мы используем не простой, а электропроводный.

В продаже есть множество таких клеев. Рекомендуем недорогой электропроводный клей Т-412, который применяют для наклейки синтетического ковролина. Этот материал легко электризуется, и в сухую погоду, если приклеить ковролин обычным клеем, вы, сами того не подозревая, можете стать электростатической машиной, вырабатывающей напряжение до 35 000 В.

Если не достанете нужный клей, сделайте его сами из двух частей медного порошка и одной части порошка графита по весу. Смешайте их с масляным лаком и добавьте скипидар так, чтобы получилась масса с густотой сливок. Порошок меди делается путем опиливания толстой медной проволоки напильником. Порошок графита – толченый грифель простого карандаша.

Когда все готово, намажьте кожу электропроводным клеем с гладкой стороны, прижмите ее к металлической подкладке и просушите под прессом. После высыхания клея полезно измерить сопротивление кожи в поперечном направлении. Если оно не превышает 50 МОм, то ваша машина будет работать.

Как уже говорилось, для снятия отрицательного заряда с диска служат кольца Рамсдена. Они выгнуты на круглой болванке диаметром 50–70 мм из медной проволоки диаметром 4–6 мм. Предварительно ее необходимо выправить, протянув вокруг деревянного стержня, а затем отполировать при помощи тонкой шкурки. Кольца соединены со вторым разрядным шариком.

Шары и шарики при изготовлении высоковольтных электрических машин – это непростой вопрос. Промышленность их почти не выпускает, а сделать самостоятельно нелегко.

Кое-какие шарики можно найти среди школьных наборов к электроскопам и электрометрам. Но вполне пригодные для наших целей шары и шарики можно сделать из… детских мячиков. Для этого следует выбрать детский мячик без шва и оклеить его алюминиевой фольгой с помощью остатков того же клея. Мячики предварительно проколите, чтобы выпустить из них воздух. Форму от этого они не потеряют, но через эти отверстия их можно потом насадить на металлические стойки.

Полученные таким способом сферы по своим электрическим параметрам почти равноценны металлическим полированным. Машина М. Планте при быстром вращении диска диаметром 300 мм дает искры до 7 см длиной (это примерно то же напряжение, что заставило подпрыгнуть цепь из 700 монахов). Если скорость вращения диска увеличить, длина искр возрастет, но начнет перегреваться и коробиться сам диск.

Для получения более высоких напряжений хороша машина Вомельсдорфа, основанная на иных принципах. Ее мы опишем в одном из последующих номеров журнала. Там же мы расскажем, как делать полированные металлические шары любого размера.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Детекторный прием в полевых условиях

(Окончание. Начало см. в предыдущем номере.)

Для применения в полевых условиях схему можно и еще упростить. В большинстве случаев после тщательной настройки по максимальной громкости приема изменения емкости и С2 конденсатора оказывались минимальными, следовательно, он вообще не нужен. Настраиваться же на разные станции можно, изменяя индуктивность катушки. Следующее упрощение: вряд ли в походе вам удастся развесить длинную антенну, тогда и конденсатор С1 излишен.

Однако пределов изменения индуктивности ферритовым стержнем недостаточно для перекрытия радиовещательных диапазонов и средних, и длинных волн (СВ и ДВ). Если в вашей местности всего одна мощная радиостанция, неважно, СВ или ДВ, можно подобрать число витков катушки так, чтобы она принималась в среднем положении ферритового стержня настройки. Если же есть желание принимать в обоих диапазонах (например, дальние станции по ночам), то конструкцию катушки надо изменить и добавить переключатель (рис. 1).

Намотку ведут сложенными вместе двумя проводами, образующими тесно связанные катушки L1 и L2. Намотать следует 100… 150 витков. Начала проводов обозначены точками. Переключатель соединяет катушки либо параллельно, как показано на рисунке, либо последовательно, тогда общая индуктивность возрастает вчетверо. Условно первое положение можно назвать «СВ», а второе – «ДВ». Переключатель может быть любого типа, двухсекционный, на два положения.

Не менее важное– антенна и заземление. Если вы находитесь недалеко от передающей станции, километров, скажем, в 30…40, то антенной послужит любой, но лучше изолированный провод 2…3 метра длиной. Забросьте его на ветку дерева, куст или поднимите на сухой палке, привязав к концу провода подходящий грузик.

В старом журнале «Радиофронт» за 20-е годы прошлого века один любитель рекомендовал гирьку, привязанную к бечевке. Перекинув через ветки и подергивая бечевку, гирьку опускали до земли, привязывали вместо нее провод антенны и, выбирая бечевку, поднимали провод на дерево. Современный американский радиолюбитель рекомендует вместо груза пластиковые бутылочки. Наливая в них воду, легко подобрать оптимальный вес бутылочки, а бросают ее, как гранату.

Отличной опорой для антенны будет стеклопластиковое телескопическое удилище. Складные удочки дороги, но попробуйте поискать на рынках. Автору, например, продали 7-метровую некондиционную телескопическую удочку за смешную цену.

Удочка собирается из трубчатых секций, и провод при желании можно пропустить даже внутри трубок. Стеклопластик – хороший диэлектрик и на работу антенны не влияет. Заземление при сильном сигнале вообще не нужно – противовесом послужит шнур телефонов и ваша рука, в которой приемник. У них достаточная емкость на ваше тело, а через него – на землю. Через нее и проходит высокочастотный ток антенны.

Конечно, это очень неэффективные средства приема, и если вы обнаружите валяющуюся в траве ржавую железку (вокруг деревень полно старой сельхозтехники), подсоедините к ней провод заземления, подстройте контур приемника, и громкость значительно возрастет.

Заземление в полевых условиях сделать несложно. Надо иметь с собой отрезок крепкого стального прутка полуметровой (можно и больше) длины. Один его конец следует заточить, а на другой насадить деревянную или пластмассовую ручку. Подойдет центральный стержень старого зонтика – он уже с ручкой. При диаметре стержня 4…8 мм его легко воткнуть в землю на значительную глубину. Годятся длинные отвертки, металлические колышки палаток и многое другое.

Но заземление хорошо работает лишь на влажных, болотистых или черноземных почвах. На сухих песчаных и каменистых грунтах оно почти бесполезно, поскольку такая земля – почти диэлектрик. Тогда гораздо эффективнее, как показала практика, противовес. Им послужит провод, примерно такой же длины, как и антенна, но протянутый просто по земле, причем контакт с землей совсем не обязателен, провод может быть и изолированным.

Направление противовеса имеет значение. Протягивать его лучше в сторону радиостанции, как показано на рисунке 2.

Здесь изображена довольно эффективная антенна с противовесом для дальнего приема, если оба провода будут длиной метров по 10 или больше. Один провод поднимают вертикально или наклонно в сторону ОТ радиостанции, а противовес протягивают НА радиостанцию. Подобную антенну иногда называют «партизанской», поскольку ее часто использовали для связи на маломощных батарейных радиостанциях из вражеского тыла во время Великой Отечественной войны.

Эффективность «партизанской» антенны растет с увеличением длины проводов. В одном эксперименте были использованы два отрезка многожильного монтажного провода метров по 25. Один шел наклонно на высоту метров 9 и потом горизонтально на этой высоте к другому дереву в сторону от станции, другой провод просто лежал на траве в сторону станции. На частоте СВ-диапазона 549 кГц измеренное ВЧ-напряжение на контурной катушке приемника достигло 35 В, что уже опасно для диодов! Если же изменить направление проводов на противоположное, то это напряжение едва достигает 10 В.

Можно ли использовать стелющиеся антенны, протянутые просто по земле?

Оказывается, можно! И такой эксперимент был проведен. Стелющийся провод по-прежнему надо направлять в сторону радиостанции, подключать его к антенной клемме приемника, а как заземление использовать описанный выше штырь (рис. 3).

Дальний конец провода заземлять не обязательно, впрочем, экспериментируйте!

Надо заметить, что стелющаяся антенна развивает значительно меньшее напряжение на контуре приемника, чем высоко поднятая. Но этот недостаток компенсируется тем, что размотать 30…40 метров провода по земле значительно легче, чем поднять 10 м провода кверху.

Стелющаяся антенна обладает ярко выраженной направленностью. Один радиолюбитель, живущий на восточном побережье Новой Зеландии, увлекается дальним приемом радиовещательных станций на СВ.

Он сообщает, что, протянув примерно 100 м полевого телефонного провода в сторону Северной Америки (на северо-восток), он принимает станции из США и Канады, а протянув этот же провод в сторону Южной Америки (на восток-юго-восток), – из Перу, Бразилии и Аргентины. Использует он, правда, не детекторный, а фабричный транзисторный приемник с питанием от батарей.

Он отмечает также, что подъем всего провода антенны на высоту даже двух метров полностью прекращает прием дальних станций. Стелющаяся антенна принимает очень мало помех. Тем не менее, для экспериментов он обычно уходит или уезжает от населенных мест на несколько километров, где помехи от электрической сети совершенно не слышны.

Если вы заинтересовались полевыми экспериментами с радиоприемом, то обязательно имейте в виду: держитесь подальше от электрических сетей.

Они опасны! Кроме того, они создают помехи радиоприему. Особенно высоковольтные ЛЭП, с проводов которых непрерывно идет коронный разряд, забивающий помехами все радиочастотные диапазоны.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

На дорогах ныне часто можно увидеть большегрузные автотрейлеры, способные перевозить сразу большое количество разных грузов. Но ведь если оснастить такой трейлер еще и одним-двумя прицепами, то грузоподъемность автопоезда увеличится еще в 2–3 раза. Неужели до этого никто, кроме меня, не додумался?..

Алексей Перевозчиков,

г. Владимир

Еще четверть века тому назад отечественные конструкторы из НАМИ создали проект «автопоезда XXI века», который по идее должен иметь моторизованный прицеп. Такая конструкция позволит перевозить сразу около 50 т грузов.

Еще дальше пошел директор Института машиностроения Беларуси, академик М.С. Высоцкий. Недавно он предложил концепцию автопоезда, состоящего из седельного тягача, полуприцепа и двух прицепов общей грузоподъемностью 68 т и длиной 45,5 м.

Однако такой автопоезд, кроме решения ряда чисто конструкторских задач, требует и весьма хороших дорог. Кроме того, эксплуатация подобных поездов оправдывает себя экономически лишь при регулярных рейсах на большие расстояния, например, из Европы на Дальний Восток. Но строительство Транссибирской автомагистрали до сих пор еще не закончено.

Слышала об электронной зубной щетке, которая очищает зубы и полость рта даже без зубной пасты. Как она работает?

Надежда Ковалева,

г. Воркута

Речь, по всей вероятности, идет о разработке японских специалистов. Сама щетка изготовлена с применением двуокиси титана, а щетинки на ней нейлоновые. При чистке зубов на поверхности щетинок начинаются химические реакции, приводящие к образованию активных ионов, которые и способствуют удалению с зубов разного рода микробов и даже зубного камня.

Правда, эффективность такого воздействия, похоже, сильно преувеличена рекламой.

Правда ли, что на поверхности Земли стало темнее из-за того, что атмосфера планеты задымлена промышленными газами, а также запылена?

Алексей Колесников,

г. Караганда

Да, это верно. Но лишь отчасти. Американские метеорологи провели анализ данных от 3000 метеостанций, расположенных в разных регионах мира, и пришли к однозначному выводу. За последние 30 лет количество солнечного света, падающего на поверхность планеты, снизилось на 10 процентов.

Причина в смоге, образующемся над многими промышленными районами планеты. Первенство по этой части принадлежит Китаю и Индии – странам, где промышленность развивается бурными темпами.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Газ в начале XIX века добывали из каменного угля и специально не очищали, поскольку использовали его в уличных фонарях, а чистый газ света не дает. Более того, для повышения яркости в газ добавляли особые примеси, от которых количество копоти возрастало. Она толстым слоем оседала на стенах домов и листьях деревьев, но готовить пищу на таком газе было нельзя.

Помогло случайное изобретение. Немецкий ученый Роберт Бунзен (1811–1899), работая над спектральным анализом веществ, вносил их в пламя газовой горелки. Они испарялись, и по цвету свечения химик примерно определял химический состав. Свечение же копоти очень мешало определить цвет.

В 1850 г. Р. Бунзен создал для своих экспериментов специальную горелку. Газ входил в нее тонкой струей, подсасывал воздух и смешивался с ним. А простое устройство позволяло регулировать соотношение газа и воздуха, и практически всегда удавалось добиться того, чтобы газ сгорал чистым бесцветным пламенем.

Горелки Бунзена долгое время применялись лишь в лабораториях. Но к концу 1880-х годов появились новые типы газовых фонарей. Они расходовали газа втрое меньше, чем прежние. Спрос на газ упал, он подешевел, и его стали применять для приготовления пищи.

На рисунке вы видите первую бытовую газовую плиту с горелками Бунзена, выпущенную в 1894 г. заводом Валькера и Шеффера в Берлине.

Современные газовые плиты гораздо совершеннее. Их снабжают электрическим зажиганием, автоматическим управлением и… все теми же горелками Бунзена. Ведутся работы над созданием более совершенных горелок, сжигающих газ в присутствии катализатора. Это должно снизить токсичность продуктов сгорания, однако пока эти горелки слишком дороги.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. В «Приключениях Незнайки» описан автомобиль, работающий на газировке. При этом сказано, что сироп может служить смазкой. Так ли это?

2. Космическая плазма используется и в быту. Где именно?

3. Велосипеды бывают трех-, двух– и одноколесными. А почему предпочтение отдают именно двухколесным велосипедам?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 4 – 2009 г.

1. Нет, не все жители Земли видят солнечное затмение одновременно. Его полоса перемещается по мере вращения нашей планеты и движения Луны.

2. Вода закипает при комнатной температуре при сильно пониженном давлении.

3. Низкочастотная радиосвязь используется, например, для связи между подлодками и берегом.

* * *

Поздравляем с победой московского третьеклассника Юрия БОРОДКИНА. Она тем более почетна, поскольку в этот раз пришло как никогда много писем, в том числе и с правильными ответами.

Близки были к победе томич Роман Комаров, москвич Петр Волков, Ирина Бородкинаиз п. Озерный Тверской обл., петербуржец Г. Комарови другие ребята.

* * *

_{А почему?Почему паук не прилипает к паутине? Как мореплаватели и путешественники ориентировались в море и на местности до появления компаса и карты? Какая машина в мире современной техники самая большая? Чем интересна обыкновенная капуста? 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 старинный голландский город на берегу Северного моря – Гаагу. И, разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.}

_{ЛЕВШАО супергалере венецианского инженера Ф. Брессана, созданной им в XVI веке, вы узнаете, прочитав очередной номер «Левши», и сможете выклеить бумажную модель мальтийского галеаса для «Музея на столе».}

_{Обычный велосипед вы сумеете быстро превратить в тренажер, не меняя его конструкции, и тренироваться дома в ненастную погоду, а при необходимости легко вернете двухколесному другу его обычное состояние.}

_{Электронщики смогут собрать 50-ваттный усилитель, в схеме которого нет микросхем.}

_{И как всегда, Владимир Красноухов займет читателей оригинальными головоломками, а эксперты подведут итоги очередного этапа конкурса «Хотите стать изобретателем?».}

_{Конечно, будут, как всегда, опубликованы полезные советы.}

* * *