Текст книги "Юный техник, 2011 № 06"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ВМЕСТЕ С ДРУЗЬЯМИ
Солнечные жаровни

Конечно, многие бы предпочли жарить хот-доги или печь картошку на традиционном костре. Однако прошлым летом, к примеру, в лесах Подмосковья огонь разводить было категорически запрещено. Кроме того, медики не случайно говорят, что овощи, мясо или рыба, приготовленные с помощью солнца, для здоровья наиболее полезны. Ведь солнечная энергия экологически самая чистая, при работе жаровня не выделяет ни дыма, на вредных газов.

Говорят, гелиоконцентраторы, или солнечные печи, были изобретены швейцарским натуралистом Хорасом де Соссьюром еще в 1767 году. Сейчас же солнечные кухни используют во всем мире.

Бывают они нескольких типов. Мы, к примеру, насчитали четыре: коробчатые, комбинированные, параболические и с зеркалом зонтичного вида. Все эти конструкции могут быть легко изготовлены с помощью подручных материалов – картона, жести, фольги, гвоздей, клея.

Самые простые, пожалуй, коробчатые печи. С них и начнем. Такая печь представляет собой теплоизолированную коробку, чаще всего из обычного картона или фанеры, верх которой покрыт прозрачным стеклом или пластиком. К такой коробке для увеличения сбора тепла часто добавляют одно или несколько зеркал-отражателей. Такие нагреватели используются в основном для относительно медленного приготовления больших объемов пищи.

При изготовлении такой солнечной печи нужно выполнить следующие требования. Внутренние стенки ящика также надо покрыть фольгой, чтобы иметь хорошее отражение. Кастрюля же, наоборот, должна хорошо поглощать лучи, то есть быть зачерненной, например, закопченной. Стенки ящики необходимо хорошо теплоизолировать, чтобы тепло не уходило наружу.

В качестве термоизоляции обычно используют картон, бумагу или другие естественные материалы, которые не выделяют вредных веществ при нагревании. Температура в подобной печи может достигать 150–170 °C. Но такую температуру выдерживает даже картон, так что бояться возгорания не стоит.

Разновидностью коробчатых печей можно считать комбинированные солнечные печи, которые можно делать даже складными. Такая печь представляет собой зеркало-концентратор, состоящее из нескольких плоских зеркал, и кастрюли, которая термоизолирована от окружающего воздуха обычным полиэтиленовым пакетом.

Для изготовления такой печки опять-таки используется обычный картон с наклеенной с одной его стороны алюминиевой фольгой. Особенностью конструкции является возможность сложить ее в компактный блок размерами примерно 33x33 см.

Конструкция параболической солнечной печи сложнее. Главная ее часть – параболическое зеркало. В идеале для его изготовления хорошо бы использовать пластиковое гнущееся зеркало – ныне такие появились в продаже. Но, в принципе, можно обойтись и без него, сделав заготовку из полированной жести или даже из фанеры, прикрыв ее рабочую поверхность фольгой для запекания. Коэффициент ее отражения ИК-лучей составляет 90–95 %!

Для построения параболы действуем так. На листе ватмана или прямо на фанере рисуем прямой угол. Затем по одной стороне наносим отметки через 1 единицу измерения (например, через 100 мм). А по другой – через 2 единицы (т. е. через 200 мм, на рисунке это цифры). Затем соединяем отметки линиями. Образующиеся пересечения линий и дадут нам искомую параболу.

Ее абрис надо сгладить при помощи лекала. Таким образом, мы получим половинку параболы. Вторая половина – это ее зеркальное отражение, которое можно получить, перевернув чертеж и скопировав его на просвет.

Параболический солнечный водонагреватель Константин Тимошенко и другие опытные самодельщики предлагают использовать не только для поджаривания сосисок, но и для нагрева горячей воды на даче. Тогда конструкцию нужно дополнить напорным баком, из которого вода будет самотеком поступать в коллектор-нагреватель, расположенный в фокальной плоскости нагревателя.

А на выходе коллектора имеет смысл установить клапан-термостат, подобный тому, что работает в контурах охлаждения автомобилей; он открывается тогда, когда вода нагревается до определенной температуры. Горячая вода сливается, например, в бак-термос, а нагреватель начинает подогревать следующую порцию.

Поскольку параболическое зеркало работает эффективнее всего, когда солнечные лучи падают на него перпендикулярно, то, по идее, надо время от времени нагреватель поворачивать, ориентируя его на светило. Но проще развернуть параболическое зеркало вертикально. Ведь солнце достаточно быстро перемещается по горизонтали и относительно медленно по вертикали. Поэтому если сделать параболу довольно больших размеров и расположить коллектор в ее фокальной плоскости, то несколько часов подряд на коллектор будет падать весь объем отраженной солнечной энергии. А регулировку по вертикали придется делать лишь раз в неделю-две, в зависимости от угла солнца над горизонтом.

А теперь внимание!!! Ни в коем случае не пробуйте температуру в зоне коллектора рукой. Температура в зоне нагрева может достигать 300 градусов!

Главной частью каждой солнечной плиты зонтичного типа является вогнутое зеркало, собирающее лучи в своем фокусе. Причем не обязательно добиваться идеальной геометрии такого зеркала, так как в фокусе обычно расположена весьма большая по площади посудина – чайник, жаровня или кастрюля. Особенностью таких печей является высокая температура нагрева.

А к недостаткам следует отнести необходимость следить за положением солнца на небосклоне и поворачивать зеркало примерно раз в полчаса. Отражатель зонтичного типа тоже может быть изготовлен из картона и фольги. Нам даже довелось видеть такой концентратор, в основу конструкции которого был взят вышедший из употребления зонтик. На его внутреннюю поверхность наклеивали фольгу, и получалась конструкция, которую при желании можно складывать.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Средневолновый приемник с АРУ

Альтернативой плееру могут служить карманные и портативные УКВ (FM) – радиоприемники. Но УКВ принимаются не везде, а вот в диапазоне средних волн сигналы распространяются значительно устойчивее и на большие расстояния. Малогабаритные и экономичные СВ-приемники для работы на наушники промышленность выпускает редко, и здесь есть возможность проявить ваши способности к радиолюбительскому творчеству.

В этом простом приемнике прямого усиления использованы некоторые любопытные схемные решения. Обычно ферритовую магнитную антенну связывают со вводом усилителя радиочастоты (УРЧ) на биполярном транзисторе с помощью катушки связи, содержащей 1/5 – 1/10 числа витков контурной. Дело в том, что контур магнитной антенны на резонансной частоте имеет высокое сопротивление, а входное сопротивление УРЧ значительно ниже. Поэтому и необходим понижающий трансформатор.

Катушка связи порождает немало проблем. Затруднен подбор количества ее витков, поскольку оно оптимально лишь при настройке на одну частоту нужного диапазона, обычно среднюю. В двухдиапазонном приемнике, рассчитанном на прием как СВ, так и ДВ, приходится использовать две катушки, поэтому усложняется переключение диапазонов.

Паразитный контур, образованный катушкой связи и входной емкостью транзистора, может служить источником шума и помех, поскольку он настроен на частоты КВ-диапазона и широкополосен из-за низкой добротности.

Избавиться от катушки связи и связанных с ней хлопот позволяет последовательная схема включения входа УРЧ в контур (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема приемника

Входное сопротивление использованного каскада УРЧ с общей базой (ОБ) на транзисторе VT1 очень невелико, менее 100 Ом, и такое сопротивление вполне можно включить в контур последовательно.

Недостаток такого способа согласования – малый уровень сигнала, снимаемого с магнитной антенны. Его приходится компенсировать усилением УРЧ, благо оно в схеме с ОБ довольно высокое.

Второй транзистор в УРЧ является эмиттерным повторителем и согласует высокое выходное сопротивление первого каскада с низким входным сопротивлением детектора. Последний также выполнен по оригинальной схеме, разработанной автором еще в 90-е годы. Транзистор VT3 включен по схеме обычного усилительного резистивного каскада по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Но в цепи смещения базы вместо резистора установлен кремниевый диод VD1. В отсутствие сигнала напряжение на коллекторе транзистора автоматически устанавливается на уровне 1–1,1 В: оно равно сумме напряжений открывания диода и перехода эмиттер-база транзистора.

Ток транзистора определяется напряжением питания за вычетом указанных 1–1,1 В и сопротивлением нагрузки. При номинале резистора нагрузки 3,9 кОм он не превосходит 0,5 мА. Ток базы при этом не более нескольких микроампер, он протекает через диод в прямом направлении, устанавливая его на пороге открывания, на участке с максимальной кривизной вольт-амперной характеристики (ВАХ), что и требуется для хорошего детектирования. Динамическое сопротивление диода в этой точке достигает десятков килоом и незначительно снижает усиление транзисторного каскада.

При поступлении на вход детектора АМ-сигнала положительные полуволны, выделяющиеся на нагрузке R5, выпрямляются диодом и увеличивают потенциал базы, открывая транзистор. Емкость разделительного конденсатора С3 должна быть значительно больше емкости обычных разделительных конденсаторов радиочастотных каскадов, чтобы он не успевал разряжаться током базы за период РЧ-колебаний. Коллекторный ток открывающегося транзистора возрастает, а его коллекторное напряжение уменьшается. Максимумы положительных полуволн коллекторного напряжения оказываются как бы «привязанными» к уровню +1 В, в то время как огибающая отрицательных полуволн промодулирована удвоенной амплитудой напряжения ЗЧ. Осциллограмма коллекторного напряжения показана на рисунке 2.

Рис. 2. Осциллограмма напряжения на коллекторе транзистора VT3.

Коэффициент передачи детектора и его выходное напряжение ЗЧ повышается вдвое благодаря установке еще одного диода VD2, как показано на рисунке 1. Резистор нагрузки детектора R6 присоединен к проводу питания, обеспечивая небольшой начальный ток через дополнительный диод VD2, чтобы вывести его на участок с максимальной кривизной характеристики. Этот диод выпрямляет отрицательные полуволны коллекторного напряжения, и потенциал верхней по схеме обкладки фильтрующего конденсатора С4 повторяет их огибающую.

Этот детектор хоть и вносит небольшие нелинейные искажения, но развивает напряжение ЗЧ 180 мВ при входном сигнале 1,5 мВ, а начинает детектировать при входных сигналах всего в сотни микровольт. Для сравнения была измерена чувствительность апериодического УРЧ (на том же транзисторе с тем же сопротивлением нагрузки 3,9 кОм), нагруженного на диодный детектор по схеме удвоения напряжения – она получилась втрое хуже, хотя схема обычного детектора сложнее.

Смещение на базу первого транзистора УРЧ подается с выхода детектора через цепочку VD3, R4. При поступлении сигнала напряжение на выходе детектора снижается, уменьшая и ток транзисторов VT1, а вслед за ним и VT2.

Так осуществляется автоматическая регулировка усиления (АРУ). Поскольку она достаточно эффективна, регулятора громкости в приемнике нет.

УЗЧ выполнен по схеме составного эмиттерного повторителя на транзисторах VT4 и VT5. Он усиливает только ток, поскольку напряжение ЗЧ на выходе детектора вполне достаточно для работы низкоомных телефонов. Сигнал ЗЧ и необходимое смещение подаются с выхода детектора через резистор R7. Конденсаторы С4 и С5 сглаживают радиочастотные пульсации сигнала ЗЧ. АРУ «вперед» действует и в этих каскадах, несколько снижая ток и усиление по току при возрастании РЧ-сигнала. Нагрузкой УЗЧ служат любые телефоны с сопротивлением постоянному току 30 – 200 Ом, например ТМ-2 или импортные. Стереотелефоны лучше подключать выводами левого и правого каналов, оставив общий вывод свободным. Тогда телефоны оказываются включенными последовательно, их сопротивление возрастает, а потребляемый приемником ток уменьшается при той же громкости.

В приемнике можно использовать любые маломощные высокочастотные кремниевые транзисторы соответствующего типа проводимости и любые маломощные кремниевые диоды. Антенна СВ-диапазона содержит 80 витков литцендрата ЛЭШО 7x0,07 на ферритовом стержне 600НН длиной 160 и диаметром 8 мм. Для ДВ-диапазона нужно намотать 250 витков провода ПЭЛ 0,1–0,15. Намотка ведется в один слой. Можно также намотать две обмотки и сделать переключатель диапазонов.

Монтаж выполняется любым способом, но желательно не размещать детали детектора вплотную к магнитной антенне. Ориентировочное расположение деталей приемника показано на рисунке 3, главное – подобрать подходящую по размерам пластмассовую коробочку. Автор не изготавливал специальной печатной платы, а применил навесной монтаж на фольгированном стеклотекстолите, лишь в нижней части платы была прорезана горизонтальная канавка, отделяющая «плюсовую» шину от остальной, «земляной» металлизации платы.

Рис. 3. Расположение деталей.

Налаживание приемника сводится к подбору резистора R4 такого номинала, чтобы напряжение на эмиттере транзистора VT2 составило 1,5 В. Полезно проконтролировать потребляемый ток, он не должен превышать 3 мА. Если ток транзисторов УЗЧ слишком велик (а это случается при малом сопротивлении телефонов и большом коэффициенте передачи тока транзисторов), последовательно с телефонами надо включить цепочку из резистора 100–300 Ом, зашунтированного конденсатором емкостью 50 мкФ: это стабилизирует режим.

Работоспособность приемника сохраняется при изменении напряжения питания примерно от 1,7 до 6 В.

Испытания приемника в пределах Москвы и области показали, что днем он принимает все центральные радиостанции, а вечером – многие дальние станции Европы и Ближнего Востока. Селективность и чувствительность приемника удается повысить, используя вторую ферритовую антенну, намотанную на стержне большей длины и диаметра. Выводы ее катушки соединяют с дополнительным КПЕ и располагают на расстоянии 5 – 20 см от антенны приемника. С приемником ее соединять не нужно, достаточно магнитной связи. Еще лучше использовать рамочную антенну, описанную в предыдущем номере журнала. Она обеспечит хорошую селективность и отстройку от мощных местных станций.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

Говорят, ученые научились измерять, насколько велика любовь того или иного человека к другому. В каких же единицах измеряется сила любви?!

Елена Королева,

г. Дубна

Да, исследователи и в самом деле научились диагностировать любовь! Специалисты из университетского колледжа Лондона, обследовав на магнитно-резонансном томографе (МРТ) мозг людей в момент, когда они рассматривали изображения фото своих возлюбленных, обнаружили, что при этом активизируются некоторые участки головного мозга.

При этом больше всего активизировалась область среднего мозга, которую еще называют «черным телом». Она производила наибольшее количество дофамина, окситоцина и серотонина – гормонов, отвечающих в нашем организме за выработку чувства нежности, счастья, даже некоего «удара молнии», в том случае, если данный человек и в самом деле увлечен своим партнером. Многие при этом даже начинают словно светиться от радости.

Однако сами ученые относятся к своеобразному «детектору счастья» с некоторой долей иронии.

Что вы знаете о кругосветной экспедиции «Огненное кольцо Земли», в которой принимают участие представители России? Каковы ее цели?

Виктор Степнов,

г. Краснодар

Шесть участников экспедиции прибыли на Аляску, откуда они и начали 900-дневное путешествие по всем континентам. Стартовав отсюда, они намерены совершить многолетнее непрерывное кругосветное путешествие вдоль вулканического пояса Земли вокруг Тихого океана с пересечением всех континентов по их максимальной протяженности. Протяженность маршрута – свыше 70 тысяч километров. Во время путешествия будет выполнена программа научных наблюдений за вулканами планеты, их активностью, проведен метеорологический мониторинг. Еще одно направление – создание практических методик по спасению людей в зоне сейсмической активности.

Заключительный этап «Огненного кольца» пройдет по Сахалину, Курильским островам и завершится в Петропавловске-Камчатском.

Интересно, почему у людей такие разные вкусы? Некоторые едят даже змей, насекомых, лягушек…

Николай Коврижкин,

г. Красноярск

Есть старая истина, которой обязательно следуют все путешественники и первопроходцы. Она гласит: «Посмотри, что едят местные жители, и следуй их примеру…»

Как показали специальные исследования, проведенные в свое время в Новосибирске, жизнь человека во многом зависит от условий окружающей среды. Так, например, живущие в суровых условиях Заполярья чукчи в течение многих столетий ежедневно съедали порядка 2 кг мяса и примерно 200 г жира. В итоге их желудки отличаются повышенной кислотностью и мощной слизистой оболочкой, а сами они могут стойко переносить даже самые сильные морозы. Кроме того, привычка есть мясо и рыбу в сыром виде позволяет им снабжать свой организм микроэлементами и витаминами в краю, где практически не растут овощи и фрукты.

В желудках у японцев есть бактерии, которые способны переваривать морские водоросли. А многие жители Африки и Юго-Восточной Азии не видят ничего дурного в том, чтобы закусить саранчой или иными насекомыми. Иначе всем им попросту не выжить в тех природных условиях, где они обитают.

Природные условия накладывают отпечаток даже на внешний облик людей. Темнокожие африканцы легче переносят жару, а узкий разрез глаз жителям Крайнего Севера и азиатам помогает не ослепнуть от интенсивного солнечного света.

ДАВНЫМ-ДАВНО

«Это хобот или нос?..

Это просто пылесос!..»

Стишкам этим намного меньше лет, чем самому пылесосу. В 1901 г. англичанин Губерт Бут наблюдал, как американцы демонстрировали в лондонском «Эмпайр мюзик-холле» модель пылеуборщика, который сдувал пыль струей воздуха под давлением. Клубы пыли поднимались в воздух, а затем снова оседали. «Пыль нужно всасывать, а не выдувать», – сказал Бут владельцу этого «чудо-агрегата», но тот гордо заявил, что такое в принципе невозможно.

Это задело Бута, и, вернувшись домой, он лег на пол и через носовой платок ртом стал энергично всасывать пыль. Грязные пятна на платке показали, что пыль надо именно всасывать, а затем очищать воздух при помощи тканевого фильтра.

Вскоре 30-летний Г. Бут построил и запатентовал вакуумный пылесос. И в 1902 г. созданная им «Бритиш вакуум компани» начала выпускать такие пылесосы. Первые агрегаты были очень дорогими и громоздкими, поэтому люди чаще не покупали, а брали пылесосы в аренду. В назначенный день к дому подъезжала конная повозка, на которой был установлен мощный воздушный насос, приводимый в действие бензиновым двигателем. Через окно в дом протягивался эластичный шланг длиной 250 м, который мог достать до всех мест, нуждающихся в чистке.

Поначалу дела компании шли ни шатко ни валко, но после того, как Буту удалось получить заказ на чистку ковров в королевских покоях, пользоваться пылесосом стало модным.

А в 1907 г. американец Джеймс Спенглер, уборщик универмага в г. Кантон (шт. Огайо), сконструировал первый ручной электропылесос. Он продал патент владельцу местного завода шорных изделий Уильяму Хуверу. Тот усовершенствовал конструкцию и уже в 1908 г. начал продавать домашние пылесосы стоимостью по 70 долларов штука.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Почему рельсы кладут на шпалы, а не прямо на грунт?

2. Почему ныне все шире используют гибридные автомобили, а не электромобили в чистом виде?

3. Будет ли солнечная жаровня лучше работать, если параболический отражатель заменить гиперболическим?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 1 – 2011 г.

1. Компьютерные вирусы, как и биологические, заражают систему, вызывая сбои в ее функционировании. Кроме того, они обладают способностью к размножению.

2. Змея не сможет ползти внутри узкой трубы, поскольку она движется, изгибая свое тело и отталкиваясь от поверхности.

3. Графен имеет толщину всего в 1–2 атома; промежутки между атомами и просвечивают.

* * *

_{А почему? Сколько в воздухе… воды? Почему градины бывают разного размера? Давно ли появилась наука археология? Кто и когда сконструировал первую стиральную машину? 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 древнеегипетский храм Карнак, в наши дни ставший знаменитым музеем.}

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

 _{ЛЕВША В строительстве высотных зданий, мостов в труднодоступных местах или при срочной доставке крупногабаритных грузов все чаще используются вертолеты. Об одном из таких «летающих кранов» – вертолете S-64 – вы узнаете, открыв очередной номер «Левши», и сможете выклеить его модель для своего «Музея на столе».}

_{Авторы рубрики «Вместе с друзьями» познакомят вас с увлекательной игрой «Морской бой», в которой участвуют действующие модели военных катеров и береговая «артиллерия».}

_{Электронщики найдут в журнале схему чувствительного радиоприемника, а любителям головоломок Владимир Красноухов предложит новые задачи. И, как всегда, вы найдете в «Левше» несколько необходимых советов.}

* * *