Текст книги "Юный техник, 2008 № 06"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

НАШ ДОМ
Нагреватели воды

О них вспоминают каждое лето, когда начинаются отключения горячей воды в домах в связи с ремонтом теплосетей. Как выбрать подходящий водонагреватель, чтобы если не навсегда, то надолго забыть о проблеме горячей воды?

Современные водонагреватели бывают проточными и накопительными, электрическими и газовыми. Рассмотрим преимущества и недостатки каждого типа. Проточные водонагреватели, как говорит уже само их название, греют воду по мере ее протекания. Они наиболее дешевы и просты по своему устройству; некоторые из них по мере надобности ставятся прямо на кран.

Однако переносные нагреватели маломощны и годятся разве что для того, чтобы нагреть воду для мытья посуды. Да и то проще бывает нагреть для этого воду в кастрюле на газовой плите или электрическим кипятильником.

Стационарные проточные нагреватели дороже, требуют специальной подводки воды и усиленной электропроводки, поскольку потребляют значительную мощность – порядка 5 – 10, а то и 30 кВт!

Поэтому если уж на семейном совете вы решили обзавестись водонагревателем, лучше обратите внимание на устройства накопительного типа. Такие водонагреватели имеют собственный бак объемом от 10 до 80 л воды, которая в нем подогревается по мере расходования. Нагрев воду до заданной температуры, они автоматически выключаются.

Мощность нагревательного элемента у таких приборов не выше, чем у электрических чайников.

Электрические водонагреватели хорошо вписываются в современный кухонный интерьер.

Однако и здесь есть свои недостатки, связанные, как ни странно, напрямую с их же достоинствами: существенные габариты накопительных электронагревателей требуют определенного места для размещения, да и ожидание водных процедур порой может затянуться. Так, для того, чтобы получить 20–30 л кипятка, придется подождать от одного до полутора часов.

Таким образом, чтобы купить «правильный» электронагреватель, надо взвесить все за и против, определить, сколько горячей воды вам нужно. При выборе проточного типа следует знать его производительность, которую указывают в инструкции, и сравнить ее с вашим личным расходом воды. В среднем эта величина составляет от 10 до 20 л/мин на человека.

На рынке есть модели таких фирм, как BOSCH, ATMOR, ELECTROLUX, SIEMENS, VAILLANT, AEG и др. Стоимость в зависимости от мощности и производительности колеблется от 5 до 20 тыс. руб.

За городом логичнее пользоваться накопительными моделями. В расчете на одного человека припасенная горячая вода тратится, как правило, в следующих пропорциях: на умывание от 5 до 15 л, на кухонную мойку – 25 л, душ – 20–60 л, а принятие полноценной ванны «весит» до 160 л за раз.

Широкий ассортимент подобных нагревателей представляют компании ARISTON, BOSCH, STIEBEL ELTRON, THERMIA, WESTER, TESY, BAXI, WESPE HEIZUNG и др. Цены – от 5 до 40 тыс. руб. и зависят от объема бака и мощности нагревателя.

Поскольку за газ во многих местах приходится платить меньше, чем за электричество, стоит подумать и о том, не обзавестись ли газовым водонагревателем. Большинство их относятся к проточному типу водонагревательных приборов. Работу их теперь контролирует автоматика. Чтобы зажечь такую колонку, достаточно нажать кнопку или просто открыть кран. В первом случае потребитель имеет дело с пьезоподжигом, когда при включении зажигается запальник, воспламеняемый искрой пьезоэлемента. В дальнейшем он продолжает гореть, то есть газ расходуется постоянно, даже когда кран уже закрыт и гаснет основная горелка. Во втором варианте применяется электронный поджиг, то есть искра поступает из блока, который питают батарейки. Сначала срабатывает запальник, затем уже происходит собственно поджиг. При прекращении подачи воды колонка автоматически отключается. К слову, последний вариант более экономичен – ведь здесь не надо поддерживать постоянно горящее пламя.

А недавно в продаже появились модели, в которых электричество генерируют не батарейки, а турбина, приводимая в действие напором воды. Сами же горелки стали модуляционными – поддерживают установленную выходную температуру воды вне зависимости от температуры и напора холодной.

Самая важная характеристика колонки – ее мощность, которая и определяет степень кипячения. Вполне закономерно и то, что чем ниже исходная температура, тем сложнее достигнуть желаемой температуры на выходе.

Современные модели газовых колонок и внешне, и внутренне отличаются от своих прародителей, которые обслуживали некогда дома.

Газовые приборы снабжают естественной или принудительной тягой. В первом случае камера сгорания – открытая и процесс горения поддерживает сам воздух.

Для того чтобы продукты горения не попадали в помещение, предусмотрено защитное устройство – датчик тяги, препятствующий подаче топлива в устройство, если тяга в отводном канале недостаточна.

Второй вариант – с принудительной тягой – совершенно не требует притока воздуха. Плюсом является и отсутствие дымохода в его традиционном исполнении – вместо него используют укороченный коаксиальный вариант (труба в трубе), который может выводиться наружу прямо через стену. Его внутренняя часть обеспечивает отведение отработанных газов, а внешняя, в свою очередь, поставляет кислород с улицы.

Современные промышленные нагреватели имеют мощные ТЭНы.

Существуют сейчас и газовые накопительные водонагреватели, которые достоинствам схожи со своими собратьями, питающимися электричеством. Но знают о них почему-то гораздо меньше, и спрос, соответственно, ниже.

Основной недостаток газовых колонок – высокая стоимость и сложность монтажа. Зато расходы со временем окупятся за счет того, что газ дешевле электричества.

Сегодня на рынке можно приобрести газовые проточные нагреватели таких фирм, как ARISTON, DEMIR DOKUM, ELECTROLUX, MORA, российские «Нева», «Авангард» и др. Их стоимость – от 5 до 15 тыс. руб.

Накопительные газовые нагреватели делают в настенном (до 100 л) или напольном (до 200 л) исполнении. Первые удобнее ремонтировать. Вторые лучше тем, что в них предусмотрен еще и полный слив залитой воды. Такие водогрейные котлы предлагают VAILLANT, ARISTON, AMERICAN WATER HEATERS, WIESSMAN… Стоимость – от 10 тыс. руб. Верхняя планка цен практически не ограничена – ведь есть системы, способные круглый год обеспечивать горячей водой целый особняк.

В. ЧЕТВЕРГОВ

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Delta 4– это целое семейство ракет: ракета легкого класса Delta-4Sпозволяет выводить на полярную орбиту грузы массой 4,47 т, а на переходную орбиту – массой 2,2 т. Ракета среднего класса Delta 4Мотличается от предыдущей модели еще одной ступенью с одним кислородно-водородным двигателем, а также головным обтекателем диаметром 4 м и обеспечивает выведение на полярную орбиту груза массой 7,2 т, а на переходную орбиту – массой 4,54 т.

Ракета Delta-4H(Delta 4 Heavy) – это фактически 3 ракеты, расположенные в ряд. На старте Delta 4 Heavyиспользует сразу три водородных двигателя, а после того, как они сбрасываются, в дело вступает еще один, работающий на сжиженном водороде и сжиженном кислороде.

Первый запуск этой ракеты состоялся примерно на год позже, чем было запланировано, и вместо настоящего спутника она вывела на орбиту макет спутника весом 6,1 т, а дополнительной полезной нагрузкой стали два маленьких спутника весом 22,7 кг каждый.

Технические характеристики:

Высота… 63–77,2 м

Диаметр…5 м

Масса… 733,400 кг

Полезная нагрузка… 25 800 кг

Грузоподъемность… 10,843 кг

Количество запусков… 8

Свой автомобильный бизнес братья Джон и Гораций Доджи начали с небольшого магазина автомобильных частей, потом они начали собственное производство деталей трансмиссий, двигателей, коробок передач и ведущих мостов для крупных автомобильных фирм, а затем решили организовать производство автомобилей.

Первый легковой автомобиль фирмы Dodge Brothersпоявился в ноябре 1914 года, а уже в 1916 году фирма стала всемирно известна.

Несмотря на популярность, официально в Россию автомобили Dodge(сейчас это одно из подразделений корпорации Chrysler) начали поставлять только в 2006 году. При этом стоит отметить, что автомобиль дороговат для своего класса. Цена на машину с минимальной комплектацией составляет 22 500 долларов, а модель с двухлитровым двигателем мощностью 156 л.с. будет стоить почти 30 000 долларов.

Технические характеристики:

Тип кузова… хэтчбэк

Длина автомобиля… 4,414 м

Ширина… 1,747 м

Высота… 1,533 м

Дорожный просвет… 17,8 см

Объем двигателя… 1798 см ³

Мощность… 140 л.с.

Максимальная скорость… 170 км/ч

Объем бака… 51 л

Расход топлива на 100 км… от 6 до 9,6 л

Время разгона до 100 км/ч… 12,8 с

ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Легко ли увидеть свет?

Стеклянный ящик с водой и капля молока помогали увидеть ход лучей. Нелепый, казалось бы, вопрос, но представьте, вы поставили лампу, собрали ее свет увеличительным стеклом и в «фокусе» получили изображение лампы. И лампа, и ее изображение видны хорошо, а вот сам свет… Его лучи видны хорошо только в задымленном или туманном воздухе и в мутной воде.

Этим и пользовались для демонстрации законов распространения света. Ящик со стеклянными стенками наполняли водой и при помощи плоского зеркала направляли в него солнечный луч. А чтобы свет стал заметен, добавляли в воду несколько капель молока. Так удавалось показать преломление света и его отражение от застекленного дна аквариума.

Но все же вода была мутной, и разглядеть подробности опыта, да еще с заднего ряда школьной аудитории, не удавалось. А нельзя ли сделать так, чтобы вода оставалась прозрачной, но луч света в ней был бы ярко заметен? Эту, казалось бы, неразрешимую задачу решили в школах Германии. Помогло открытие, которое сделал… немецкий поэт, философ и естествоиспытатель И.В. Гёте (1749–1832).

Стеклянный ящик с кодой и капля молока помогали увидеть ход лучей.

В 1810 г. в своем сочинении о природе цвета он поделился таким наблюдением: «Надо взять свежую полосу коры лошадиного каштана, опустить ее в стакан с водой, и в самое короткое время мы увидим великолепный небесно-голубой цвет, если стакан, освещенный издали, стоит на темной подставке, и, наоборот, прекрасный желтый цвет, когда мы держим стакан против света».

Это явление, названное впоследствии флюоресценцией, и применили для демонстрации законов оптики.

В воду добавили флюоросцеин, вещество, родственное экстракту коры каштана, и произошло маленькое чудо. Вода осталась прозрачной, но проходящий сквозь нее луч белого света возбуждал молекулы растворенного в ней вещества, и те испускали яркий, хорошо заметный желто-зеленый свет. Ход лучей в воде становился прекрасно виден.

Ящики с водой были довольно громоздки. Поэтому их всячески пытались уменьшить, придав, например, более компактную форму «барабана».

Первый такой прибор был выпущен в 1873 г. В отлитую из чугуна раму был вмонтирован стеклянный сосуд, наполняемый флюоресцирующей водой и дымом. Установленная на оси сосуда система зеркал направляла в него через боковую стенку тонкий солнечный луч. Сначала он был отчетливо виден в воздухе благодаря рассеянию на частицах дыма. А затем становился виден за счет флюоресценции вещества, растворенного в воде.

Может показаться странным, что в качестве источника света применяли солнце. Но в то время иных достаточно ярких и доступных для школы источников света просто не было, и солнечный свет продолжали использовать в демонстрациях по оптике вплоть до 1910-х годов, пока электрическое освещение не перестало быть редкостью.

А теперь несколько слов об изобретателе, обессмертившем свое имя прибором, который есть в любом кабинете физики.

Все демонстрационные приборы с водой мало того, что неудобны. Они позволяли показать лишь простейшие случаи прохождения света через границу двух сред. Когда же в них пытались показывать ход световых лучей через линзу, то результаты получались невразумительные – объемные пучки световых лучей загораживали друг друга.

Первым на игру красок светящихся жидкостей обратил внимание поэт И.В. Гёте.

Шайба Гартля– первый прибор, позволивший показать ход световых лучей без воды.

Барабан Маха, 1874 г. Дым и вода с флюоросцеином заменили ученым воду с молоком.

Точные измерения, а с них и начинается наука, произвести не удавалось.

Все эти трудности разрешил немецкий изобретатель Гартль. Во-первых, он отказался от воды. Во-вторых, он стал показывать самое сложное, то, что не удавалось никому другому, – ход лучей в линзах, вогнутых зеркалах и составленных из них оптических системах. Но практически ни в одном учебнике их полное изображение не встречается. Для всех пояснений используются лишь их крохотные кусочки, поперечные сечения. Их достаточно, для того чтобы пояснить все, что происходит на целой линзе. Вот Гартль и сделал «революционный» шаг.

Он отказался от обычных линз и вогнутых зеркал, а изготовил из стекла их поперечные срезы (они назывались «хрустальными пластинами»). Боковая поверхность каждого из срезов была сделана матовой, прохождение света через каждую такую модель было прекрасно видно во всех особенностях.

Изготовление срезов обходилось в десятки раз дешевле, чем соответствующей по размерам линзы. Ну а далее изобретатель укрепил на белом плоском диске с угловыми делениями по окружности хрустальную пластину и направил на нее скользящий по поверхности диска луч света.

Оптическая схема из учебника ожила. Стоило приложить линейку, и можно было проследить не только сам луч света, но и место, откуда он как бы появлялся, например, мнимый фокус рассеивающей линзы. В итоге появилась шайба Гартля – прибор, без которого не обходится ни один физический кабинет. А для наблюдения криволинейных лучей света Гартль в 1896 году создал специальный прибор.

Это был плоский застекленный с боков ящик. В него сначала наливали воду, а затем через специальную воронку со шлангом снизу, на дно ящика, аккуратно вводили смесь воды с глицерином. Свет, как вы знаете, распространяется прямолинейно только в однородной среде, где его скорость везде одинакова. Если же среда неоднородна, коэффициент преломления, а значит, и скорость света в ней меняются от точки к точке, и свет выбирает путь, кратчайший по времени, и распространяется криволинейно.

В ящике Гартлясвет идет по кривой!

В ящике Гартля скорость света в верхнем слое была больше, чем в нижнем, и луч света, пущенный под небольшим углом к горизонту, выгибался дугой.

Вы можете повторить этот эксперимент, но есть более простой путь.

Заклейте дырки в нижней половинке коробочки от дискет изнутри прозрачным скотчем, налейте воду и добавьте в нее несколько капель молока. Затем включите лазерную указку и пошлите ее луч от стенки до стенки. Обратите внимание: луч в воде совершенно прямой. Аккуратно положите в кювету кусок сахара и подождите 2–3 минуты. Вы увидите, как луч выгнется дугой…

А. ВАРГИН

Рисунки автора

ПОЛИГОН
Компьютер-микроскоп

Почти три столетия ученые работают, прильнув глазом к окуляру микроскопа. Но в последние годы появились микроскопы, оснащенные телекамерой. Пользоваться ими удобнее, чем обычными, а кроме того, на экран можно смотреть не в одиночку, а хоть вдесятером. Когда же микроскопы с телекамерами освоили достаточно хорошо, то выяснили, что у них есть и иные достоинства, но об этом речь впереди.

Телевизионные микроскопы сегодня непомерно дороги, да и в продаже их найти нелегко. Между тем сами по себе телекамеры в наши дни не редкость. Многим знакомы Веб-камеры, с помощью которых по Интернету можно вести разговор и видеть при этом собеседника. Часто встречаются и телекамеры, применяемые в качестве глазка в двери. И те и другие можно использовать для того, чтобы превратить компьютер в микроскоп.

Для наших опытов мы выбрали недорогую Веб-камеру фирмы «Логитех» в сферическом корпусе. Для начала попробовали ее с обычной лупой и легко получили увеличение. Если взять толстое увеличительное стекло от очков, то заметно, что большое увеличение сопровождается значительным искажением формы предмета и появлением на изображении радужной каймы. Лупу можно заменить объективом от фотоаппарата. В этом случае можно получить увеличение более двадцати крат при полном отсутствии искажений.

Казалось бы, камере доступно все, что видит наш глаз. Но попробуйте настроить микроскоп и направить свою телекамеру в окуляр микроскопа, туда, куда обычно смотрит наш глаз. На экране компьютера появится небольшое круглое пятно с очень невнятным изображением.

Попытки решить проблему наскоком, путем смены и разборки окуляров, добавления наугад каких-то линз, ничего не дают. В чем же дело?

Понять наши трудности поможет схема хода световых лучей в микроскопе, взятая из довольно редкого справочника Н.И. Кошкина «Элементарная физика» (Москва, 1991 г.). Здесь в отличие от многих других схем показан полный ход лучей – от точки на предмете до точки на сетчатке глаза. В нашем случае роль глаза будет выполнять телекамера (ее объектив – это как бы хрусталик глаза), а светочувствительная ПЗС-матрица камеры исполняет роль сетчатки.

Как можно понять из схемы, очень важно различие фокусных расстояний глаза и камеры. У глаза оно принимается равным 50 мм, а у обычных телекамер лежит в пределах от 6 до 12 мм. Поэтому большая часть лучей, идущих от точек предмета, обходят объектив камеры и на ее матрицу попадает лишь часть изображения. Для того чтобы все лучи попали в объектив камеры, нужно либо уменьшить фокусное расстояние окуляра, либо увеличить фокусное расстояние объектива камеры. И то и другое требует сложного расчета и специального подбора линз. Добавим к этому, что в описаниях телекамер параметры объективов не сообщаются, а зачастую определить их самостоятельно довольно трудно.

Ход световых лучей в микроскопе с присоединенной к нему телекамерой.

Старинный микроскоп и современная телекамера.

Но есть способ все эти трудности обойти. Ведь объектив микроскопа вначале создает действительное изображение. Его лучи «перехватывают» линзы окуляра и направляют в глаз. Но, если удалить окуляр, то простой фокусировкой это изображение можно получить на стене или на потолке. Этим иногда пользуются на лекциях, чтобы показать детали микропрепарата сразу целой аудитории. Но для получения достаточно яркого изображения здесь требуется столь сильное освещение объекта, что в большинстве случаев живые клетки погибают.

Проделаем такой опыт. Вывернем из телекамеры объектив, удалим окуляр и присоединим саму камеру к отверстию тубуса микроскопа (микроскопы всегда имеют так называемую «револьверную» головку с набором сменных объективов). Поставим объектив с самым малым увеличением и начнем аккуратно вращать ручку грубой настройки. Вскоре на всем экране компьютера мелькнет сильно увеличенное изображение препарата. Для того чтобы сделать его четким, покрутите рукоятку тонкой настройки (кремальерного механизма). Увеличения масштаба изображения на мониторе мы добьемся сменой объективов при повороте револьверной головки.

Сразу же станет заметно, что очень сильного освещения препарата не требуется. Чувствительность камеры достаточно велика. В наших опытах при освещении прозрачного объекта при помощи луча света лампы 100 Вт, расположенной на расстоянии 1,5 м (луч направляется в отверстие предметного столика плоским зеркалом), ПЗС-матрица как бы «захлебывалась», переходила на нелинейный режим. В средней части экрана появлялось желто-оранжевое пятно, лишенное деталей изображения. Для устранения даже приходилось «сбивать», намеренно ухудшать освещение до такого уровня, который для обычного наблюдения через окуляр считается недостаточным. Несмотря на это, изображение на экране получается превосходным. При помощи телекамеры удается вести длительное наблюдение живых клеток, не опасаясь их гибели.

Укрепить телекамеру на тубусе микроскопа можно при помощи виниловой изоляционной ленты, как это показано на рисунке. Верхнюю кромку тубуса следует во избежание случайного контакта с элементами платы камеры оклеить изолентой с внутренней и наружной стороны.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

* * *

Дорогие друзья, как и обещали, мы попросили ряд федеральных ведомств прокомментировать статью «Проблема поющего крюка», опубликованную в «ЮТ» № 2 за 2008 г.

В статье, напомним, речь шла о том, что электромагнитные поля радио– и телевизионных передатчиков могут многократно усиливаться строительными конструкциями и превышать безопасные для человека величины.

Заместитель руководителя Федерального агентства по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор) O.Л. Митволь (мы обратились к нему, полагая, что человек – это все же часть природы и условия его жизни нуждаются в постоянном наблюдении) от комментариев воздержался.

Министерство информационных технологий и связи Российской Федерации в письме за подписью заместителя министра Б.Д. Антонюка констатировало, что «радиочастотный спектр должен использоваться рационально, эффективно и экономично», и сослалось на другие ведомства, которые должны осуществлять контроль радиочастот. И лишь Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор) сообщила, что проблема переизлучения электромагнитных полей будет дополнительно исследована.

Проверить все дома страны, конечно, в один день не удастся, и потому мы публикуем сегодня еще одну конструкцию индикатора напряженности электромагнитного поля, разработанную профессором В.Т. Поляковым.