Текст книги "Юный техник, 2008 № 12"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Диод из… соды и воды

В 20-е годы прошлого века еще ничего не знали о полупроводниковых диодах, а выпрямительные лампы – кенотроны – были редкостью. Их заменяли электролитические выпрямители.

Делали их так. В стеклянный сосуд наливали электролит, опускали два электрода и включали их последовательно с источником переменного тока, нагрузкой и контрольной лампочкой накаливания. Один электрод обычно делали из алюминия, второй – из свинца, а электролитом служил раствор питьевой соды в количестве 5…8 г на 100 мл воды.

Чтобы конструкция приобрела выпрямительные свойства, электроды формовали, пропуская переменный ток в течение получаса. По мере формования ток и свечение контрольной лампы ELI снижались, а алюминиевая пластина, становящаяся положительным электродом, покрывалась тончайшим налетом окиси.

По окончании формовки ток мог проходить лишь в направлении от свинца к алюминию, чем и обеспечивался выпрямительный эффект.

В ту пору всякая находка, связанная с составом электролита и материала электродов, приводившая к улучшению работы, отражалась на страницах печати. Нередко сюда попадали наблюдения эффектов, вроде бы не отвечающих напрямую задаче разработки, а потому оставленных без достаточного объяснения и последующего развития.

Электролитический выпрямитель 20-х годов прошлого века.

Много позже, уже в наше время, некоторые любители истории техники стали обращать внимание на аномальные явления, подмеченные в прошлом. Сегодня они могут найти полезное применение. В одной из публикаций указывалось на слабое голубоватое свечение, возникающее у двух алюминиевых пластин-электродов, непосредственно присоединенных к источнику питания. Присутствие в электролите буры или меди способствует изменению цвета свечения на зеленоватый. Анодом может служить не только свинец, но и графит, сталь «обычная» и нержавеющая. Слабое свечение, возникающее с указанными электролитами, можно наблюдать в затемненном помещении при напряжении источника 120 В с 75-ваттной лампой накаливания, включенной последовательно с выпрямителем.

Американский физик-историк Нил Штайнер отмечает, что свечение получается ярче, если оба электрода сделать из алюминия. Иногда вместо равномерного свечения наблюдаются отдельные вспышки у границы между электродами и верхней поверхностью электролита. Такое явление чаще возникает, когда электролит составлен на основе соды, а не буры.

Схема прибора, в котором Нил Штайнернаблюдал загадочное свечение.

Откуда берется это свечение? В процессе экспериментов Н.Штайнер наблюдал еще одно интересное явление.

Когда алюминиевый электрод едва касался поверхности электролита, кривая тока приобретала N-образную форму, характерную для случая с отрицательным сопротивлением. При этом возникает «белый шум» с частотами до 30 МГц, который можно поймать находящимся поблизости радиоприемником.

Помните, эти эксперименты должны проводиться при полном соблюдении правил техники электробезопасности в присутствии взрослых.

Ю. ПРОКОПЦЕВ

ПОЛИГОН
Всё ли мы знаем о магнитах?

Каждый знает: железо и сталь хорошо притягиваются к магниту, а дерево, например, и бумага на магнитное поле не реагируют. Однако, как нам рассказал руководитель Молодежного научно-технического центра А.А. Оликевич, и дерево, и бумагу, и пластмассу тоже можно примагнитить. Все дело только в мощности магнита.

Для проверки сказанного вам нужно вооружиться сильным магнитом. Проще всего такой магнит взять из старого жесткого диска от компьютера. Разберите его и найдите магнит из редкоземельного сплава. Он так мощен, что вы его ни с чем не спутаете.

С этим магнитом у вас получатся все опыты. Ну а если старого винчестера у вас нет, вы можете сделать электромагнит, заострив стальной болт диаметром 16 и длиной около 50 мм и намотав на него виток к витку, слой за слоем обмоточный провод диаметром 0,25 мм до заполнения. Перед этим обязательно намотайте на болт два слоя виниловой изоленты, а поверх нее на расстоянии 30 мм друг от друга установите две картонные шайбы и зафиксируйте их при помощи скотча. Это будет каркас вашей катушки. Питать электромагнит следует от источника постоянного тока с регулировкой напряжения от 12 до 24 В.

Перейдем к экспериментам. Поднесите ваш магнит к обрывкам бумаги, и вы увидите, что они соберутся на его полюсе. В чем же дело?

Строго говоря, сильно или слабо, но с магнитным полем взаимодействуют все вещества. Так, например, молекулы кислорода к магниту притягиваются, атомы висмута – отталкиваются. Но эти взаимодействия очень слабы и проявляются только в очень тонких экспериментах.

Однако железо и некоторые его сплавы, как уже сказано, притягиваются к магниту очень сильно. Поэтому еще в глубокой древности наши пращуры наблюдали притяжение мелких железных предметов природным магнитом – простым обломком железной руды.

Возвращаясь к опыту с бумагой, остается предположить, что она содержит в себе примеси железа. Они могли попасть в диоксид титана – вещество, придающее бумаге белизну, – в процессе его тонкого помола на мельнице со стальными шарами.

Между полюсами магнита горящая спичка не проявляет магнитных свойств.

Спичка остывает в магнитном поле.

Притягиваются к мощному магниту и спички, причем сгоревшие в магнитном поле притягиваются сильнее, чем целые или сгоревшие вдалеке от магнита. Причина в химическом составе спичечной головки.

Принято считать, что она состоит из серы, но это не так. В ее состав входит бертолетова соль и соединения, катализирующие ее распад – МnO ₂; Fe ₂0 ₃и другие.

Fe ₂0 ₃– это красный железняк, реагирующий на магнитное поле. Когда спичка горит вблизи магнита, лишние вещества выгорают, а частички красного железняка разворачиваются параллельно магнитным силовым линиям и в таком виде остаются после остывания. Головка спички оказывается намагничена.

Любые физические явления становятся заметны, когда связанные с ними эффекты достаточно сильны.

Так, сегодня мы знаем, что практически все: стены дома, улица, даже вдыхаемый нами воздух – хоть немножечко, но радиоактивны. Однако по-настоящему обнаружить и изучить радиоактивность удалось лишь после того, как Мария и Пьер Кюри получили радий, испускавший в тысячи раз большее излучение, чем все окружающие нас предметы. Первая ампула с солями радия не только испускала полный набор альфа-, бета и гамма-частиц, но еще и давала яркий свет, при котором ученые могли читать и писать.

Красная спичка горела и остывала в магнитном поле. Зеленая – вне его. Как видите, красная спичка реагирует на магнит.

С появлением очень сильных постоянных магнитов мы открываем нечто подобное и в отношении материалов, взаимодействующих с магнитным полем.

Отметим, что первыми такие магниты получили создатели сверхлегких электродвигателей, применяемых в авиации. А сейчас на таких магнитах работают электрические авиамодельные двигатели. С помощью редкоземельных магнитов размером с авторучку офтальмологи удаляют из глаз металлические стружки, железную окалину и ржавчину, которая, казалось бы, не примагничивается.

Мелкие редкоземельные магниты применяют даже в некоторых игрушечных строительных наборах. А ученые, используя сверхсильные магниты, ведут эксперименты по получению энергии и даже антигравитации.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Генератор сигналов звуковой частоты

У меня нередко бывало, что соберешь конструкцию, например, усилитель низкой частоты, а он не работает. То ли схема напечатана с ошибкой, то ли я неправильно что-то сделал. А как проверить, часто не знаю.

Сергей Киселев

г. Омск

Письмо Сергея типично. Часто, собрав конструкцию, радиолюбитель видит, что устройство не работает. Винят автора или журнал – вот, мол, описывают неработающие конструкции! А причина обычно проста – сам что-нибудь не так сделал. У человека ведь нет органов чувств, позволяющих видеть электрический ток, электромагнитное поле или процессы, происходящие в электронных схемах. Помогают это сделать радиоизмерительные приборы – глаза и уши радиолюбителя.

Простейший и абсолютно необходимый прибор – это ампер-вольт-омметр, или авометр, или, в просторечии, тестер. Сейчас тестеры дешевы и доступны, поэтому вряд ли есть смысл изготавливать такой прибор самому. Не гонитесь за дорогими цифровыми моделями – простейший стрелочный прибор вполне подойдет. Он даже удобнее цифрового при налаживании различных устройств, поскольку по движению стрелки легче понять, в какую сторону нужно крутить подстроечный резистор, легче отследить максимум…

Следующий этап – нужно какое-то средство для испытания и проверки телефонов и громкоговорителей, усилителей звуковой частоты (УЗЧ), различных звукозаписывающих и звуковоспроизводящих устройств. Такое средство – это генератор сигналов звуковой частоты, или, говоря проще, звуковой генератор.

Традиционно он вырабатывает непрерывный синусоидальный сигнал, частоту и амплитуду которого можно изменять. Это позволяет проверять все каскады УЗЧ, находить неисправности, определять коэффициент усиления, снимать амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) и много всего другого.

Звуковой генератор всего на двух транзисторах разработан и собран лет двадцать назад, но с тех пор крышка его корпуса ни разу не открывалась и он верой и правдой служил автору во многих экспериментах. Конечно, этот прибор вряд ли позволяет производить измерения коэффициента гармоник в аппаратуре Hi-End класса, а точность установки частоты и выходного напряжения измеряется процентами, но в радиолюбительской практике и этого вполне достаточно.

Схема генератора показана на рисунке 1.

Два транзистора – полевой VT1 и биполярный VT2 – включены по схеме составного повторителя, имеющего небольшой коэффициент усиления и повторяющего на выходе фазу входного сигнала. Глубокая отрицательная обратная связь (ООС) через резисторы R7, R8 стабилизирует и усиление, и режим транзисторов.

Но для возникновения генерации нужна еще положительная обратная связь (ПОС) с выхода усилителя на его вход. Она осуществляется через так называемый мост Вина – цепочку из резисторов и конденсаторов R1…R4, С1…С6. Мост Вина ослабляет как низкие частоты (из-за возрастающего емкостного сопротивления конденсаторов С4…С6), так и высокие (из-за шунтирующего действия конденсаторов С1…СЗ). На центральной же частоте настройки, примерно равной 1/2πRC, его коэффициент передачи максимален, а фазовый сдвиг равен нулю. На этой частоте и возникает генерация.

Изменяя сопротивления резисторов и емкость конденсаторов моста, частоту генерации удается изменять в широких пределах. Для удобства пользования выбран десятикратный диапазон изменения частоты сдвоенным переменным резистором R2, R4, а диапазоны частот переключаются (S1a, S1b) конденсаторами C1…С6.

Для перекрытия всех звуковых частот от 25 Гц до 25 кГц достаточно трех диапазонов, но при желании можно добавить и четвертый, до 250 кГц (так сделано у автора). Выбрав несколько большие емкости конденсаторов или сопротивления резисторов, можно сместить диапазон частот вниз, сделав его, например, от 20 Гц до 200 кГц.

Следующий важный момент в проектировании звукового генератора – стабилизации амплитуды выходного напряжения.

Для простоты здесь использован самый древний и надежный способ стабилизации – с помощью лампы накаливания. Дело в том, что сопротивление нити лампы возрастает при изменении температуры от холодного состояния до полного накала почти в 10 раз! Малогабаритная индикаторная лампочка VL1 с сопротивлением в холодном состоянии около 100 Ом включена в цепи ООС. Она шунтирует резистор R6, при этом ООС невелика, ПОС преобладает и возникает генерация. По мере роста амплитуды колебаний нить лампы нагревается, ее сопротивление растет, и ООС увеличивается, компенсируя ПОС и тем самым ограничивая рост амплитуды.

На выходе генератора включен ступенчатый делитель напряжения на резисторах R10…R15, позволяющий получить калиброванный сигнал амплитудой от 1 мВ до 1 В. Резисторы делителя распаяны прямо на выводах стандартного пятиштырькового разъема от аудиоаппаратуры.

Питание генератор получает от любого источника (выпрямителя, аккумулятора, батареи), часто от того же самого, от которого питается и испытываемое устройство. Напряжение питания на транзисторах генератора стабилизировано цепочкой R11, VD1. Резистор R11 имеет смысл заменить такой же лампой накаливания, как и VL1 (индикаторная телефонная, в «карандашном» исполнении) – это расширит пределы возможных напряжений питания. Потребляемый ток – не более 15…20 мА.

В генераторе можно применять детали практически любых типов, но особое внимание надо обратить на качество сдвоенного переменного резистора R2, R4. Автор применил довольно крупный прецизионный резистор от какой-то устаревшей аппаратуры, но подойдут и сдвоенные резисторы от регуляторов громкости или тембра стереоусилителей. Стабилитрон VD1 – любой маломощный, на напряжение стабилизации 6,8…9 В.

При налаживании надо обратить внимание на плавность возникновения генерации примерно в среднем положении движка подстроечного резистора R8. При слишком малом его сопротивлении генерация может прекращаться в некоторых положениях ручки установки частоты, а при слишком большом может наблюдаться искажение синусоидальной формы сигнала – ограничение. Следует также измерить напряжение на коллекторе транзистора VT2, оно должно равняться примерно половине напряжения стабилизированного питания.

При необходимости подбирают резистор R6 и, в крайнем случае, тип и экземпляр транзистора VT1.

В ряде случаев помогает включение последовательно с лампой накаливания VL1 электролитического конденсатора емкостью не менее 100 мкФ («плюсом» к истоку транзистора).

В заключение резистором R10 выставляют на выходе амплитуду сигнала 1 В и градуируют шкалу частоты с помощью цифрового частотомера. Она общая для всех диапазонов.

На фотографиях показан генератор в «приборном» исполнении, собранный на дюралюминиевом шасси с П-образной крышкой. Возможны и другие варианты исполнения, в зависимости от вкуса и возможностей радиолюбителя.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

В «ЮТ» № 1 за 2007 г. вы писали о Бене Андервуде, который умеет ориентироваться в пространстве, ничего не видя. А можно ли этому научиться и другим людям?

Андрей Скоморохов,

г. Воронеж

Да, можно. Потерявших зрение британских детей хотят возвратить к активному образу жизни с помощью эхолокационной техники, используемой летучими мышами. Десять детей в возрасте от 5 до 17 лет начали обучаться в Глазго технике «ментальной визуализации окружающих объектов». Говоря проще, детей учат пощелкивать языком и ориентироваться на звук даже в таких шумных местах, как метро. Подобные навыки, по данным специалистов, позволяют определять размеры и плотность объектов на расстоянии более 30 метров!

Старт этому проекту в Шотландии дал 41-летний незрячий американец из Калифорнии Дан Киш – основатель и активный пропагандист подобной техники. Он посетил Глазго и поразил всех способностью ездить на велосипеде по оживленным улицам города, а также различать на расстоянии различные виды фруктов.

Слышал по радио, будто на МКС проводились испытания… бумеранга. Кому и зачем это понадобилось?

Игорь Самохин,

г. Киев

В самом деле, прилетавший на «Индеворе» японец Такао Дои провел испытания бумеранга в невесомости. Опыты проводились в свободное от работы время, поскольку они не входили в программу научных экспериментов.

Оказывается, на Земле регулярно проходят международные турниры по метанию бумеранга, и испытать этот метательный снаряд на орбите японского астронавта попросил не кто иной, как чемпион мира в этой дисциплине Ясухиро Тогаи. Мастеровитый метатель бумерангов полагал, что в условиях, когда на полет снаряда не действует сила тяжести, бумеранг полетит по спирали вверх.

Такао Дои провел испытания и выяснил, что и в невесомости бумеранг упорно возвращается к месту броска. Невесомость не оказала существенного влияния на характер его полета.

Говорят, животные и птицы способны чувствовать направление силовых линий геомагнитного поля нашей планеты. Верно ли это?

Анастасия Калинина,

г. Арзамас

Недавно биофизики из ФРГ установили: когда, наевшись, коровы на пастбище ложатся пережевывать жвачку, то располагаются не как попало, а в большинстве своем головами на север. Исследователи предполагают, что данный феномен связан со способностью многих живых существ чувствовать направление магнитных силовых линий Земли.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Многочисленным мелким мастерским начала XIX века остро нужны были двигатели мощностью 2–3 л.с. Паровые машины из-за наличия котла получались слишком громоздкими, и в 1791 году англичанин Стрит предложил поршневой двигатель, в цилиндре которого вспыхивало топливо. Осуществить идею оказалось не просто. Лишь в 1867 году немецкие изобретатели Отто и Ланген показали на Всемирной выставке первый двигатель внутреннего сгорания, способный заменить паровую машину. Он работал на светильном газе, применявшемся в уличных фонарях. В его вертикальном цилиндре находился тяжелый поршень, соединенный с маховиком при помощи зубчатой рейки и хитроумного механизма. Вот как он действовал.

Сначала поршень за счет поворота маховика, соединенного с зубчатой рейкой, немного поднимался и засасывал смесь воздуха с газом. Далее при помощи запальной трубки смесь поджигалась, происходил взрыв, и тут связь рейки с зубчатым колесом маховика прерывалась, а поршень взлетал вверх до упора в особую шайбу с резиновым кольцом. После чего он начинал опускаться под действием своего веса, механизм вновь соединял рейку с зубчатым колесом, и маховик начинал вращаться.

За время, пока поршень опускался, цилиндр охлаждался водой, находящиеся в нем газы сжимались. Их давление становилось меньше атмосферного, и появлялась дополнительная сила, «всасывающая» его в цилиндр.

КПД двигателя получился почти вдвое выше, чем у паровой машины. Несмотря на сложность конструкции, двигатель Отто – Лангена был надежен и его охотно покупали. Но всегда желательно, чтобы расход топлива был как можно ниже. И тот же Николаус Отто, опираясь на теорию француза Бо де Роша, создал в 1867 году чрезвычайно экономичный четырехтактный тепловой двигатель. Мы им пользуемся и сегодня.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Почему бы на кораблях не делать из планктона биотопливо?

2. Можно ли отправлять посылки на Землю, выталкивая контейнеры с грузом из люка орбитальной станции?

3. Почему острый гвоздь забить легче, чем тупой?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 7 – 2008 г.

По одной из версий, астероиды – это остатки «промежуточных тел», из которых некогда формировались планеты Солнечной системы. Или, говоря иначе, излишки строительного материала. Кроме того, иногда астероиды образуются и в наши дни в результате столкновения малых небесных тел друг с другом.

2. «Тарелка» на эффекте Коанда не сможет взлететь в космос из-за того, что ее подъемная сила напрямую связана с воздухом, которого нет в космическом пространстве.

3. Орудийная башня в форме цилиндра менее уязвима для снарядов, чем прямоугольная: снаряды чаще рикошетят от нее.

* * *

Поздравляем с победой 6-классника Александра ДАНИЛОВАиз г. Нефтекамска, наиболее полно и правильно ответившего на все вопросы. Он и получит приз – инфракрасный датчик движения.

Близки были к победе 10-летний Алеша Кирилловиз подмосковного Сергиева Посада и его старшие коллеги – Михаил Бахтиниз с. Елховка Самарской области и Максим Морозовсо ст. Выселки Краснодарского края.

* * *

 _{А почему?Бывает ли дым без огня? Давно ли в печатных книгах появились цветные иллюстрации? Как статуя Христа Спасителя в Рио-де-Жанейро стала чудом света? Почему на Северном полюсе теплее, чем на Южном? На эти и многие другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит продолжат свое путешествие в мир памятных дат. А читателей журнала приглашаем заглянуть в уральский город Кунгур, знаменитый своей Ледяной пещерой.}

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

_{ЛЕВШАВ следующем номере «Левша» опубликует окончательный текст сборки и недостающие развертки для бумажной модели средиземноморского нефа, и к Новому году вы сможете собрать и показать своим друзьям модель старинного парусника.}

_{– Юные электронщики найдут в журнале оригинальные композиции цветных новогодних гирлянд и получат полное представление о современных процессорах для персональных компьютеров.}

_{– Любители мастерить построят по нашим рекомендациям модель, ползающую, как гусеница.}

_{– На досуге вы сможете развлечься головоломками Владимира Красноухова, и, как всегда, «Левша» даст вам несколько полезных советов.}

* * *