Презентація посібника для вчителів фізики "Саморобні прилади з фізики" II частина
Презентація посібника для вчителів фізики:
«Саморобні прилади з фізики»
II частина
Перелік статей
• Вступ;
• Правила безпеки при роботах з електросхемами;
Саморобні прилади з застосуванням фотоефекта:
• Передавач з інфрачервоним світлодіодом;
• Приймач інфрачервоного випромінювання;
• Люксметр для вимірювання світлового потоку;
• Фотореле;
• Демонстрація саморобної підзорної труби;
• Діюча модель герконового реле;
• Демонстрація дії відцентрової сили;
• Демонстрація генератора змінного струму;
• Демонстрація індикатора радіоактивного випромінювання; • Демонстрація розширення металевої пластини при нагріванні;
• Використання магнітострикції.
|
|
Вступ
Історія появи цього посібника (в електронному вигляді- 135 сторінок) пов’язана з тим, що Дмитро Святославович Бабин викладав фізику і астрономію в Нелиповецькому навчально-виховному комплексі; для зацікавлення учнів предметом фізики співавторами: Бабин Дмитром Святославовичем і Бабин Святославом Філатовичем було виготовлено 51 саморобних приладів для демонстрації фізичних явищ і написано 53 статті. Деякі прилади (електронний секундомір, високочастотний адаптер діапазону СХ для демонстрації принципів радіозв’язку, генератор потужного імпульсу, генератор низької частоти, камертонний генератор) були виготовлені на гуртку «радіоконструкторів» в Кельменецькому професійному ліцеї, під керівництвом Святослава Бабин. Більшість приладів були використані в учбовому процесі, а з приладами для факультативних занять учні мають змогу заочно переглянути статті в Інтернеті на сайті, в розділі «Саморобні прилади з фізики»; адреса сайту: https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
Фізика надзвичайно цікава наука, вона дає людині відчути надзвичайну силу свого розуму, формує науковий світогляд, розвиває зацікавлення до сприйняття фізичних явищ у навколишньому світі. Чудеса сучасної техніки з'явилися насамперед завдяки фізиці: без знання фізичних законів неможливо проектувати сучасну техніку, телебачення, комп'ютери, засоби зв'язку та багато іншого, що ввійшло в повсякденне життя людей. Відкриття, зроблені в галузі фізики, можуть невпізнанно змінити життя людини.
Для успішного викладання фізики в школі необхідно добре обладнаний кабінет. На жаль, далеко у всіх школах є повний комплект необхідного обладнання, а багато приладів потребують ремонту. Деякі прилади можливо замінити саморобними, зробленими з підручних матеріалів на уроках праці, або в гуртку юних електротехніків, радіоконструкторів і робити досліди на факультативних заняттях для поглиблення знань з фізики учнівської молоді.
Для безпеки учнів при виконанні робіт в гуртках, при виготовленні приладів і користування ними, їм необхідно вивчити «Правила безпеки при роботах з електросхемами», які є окремим розділом на сайті. При виготовленні приладів корисно учням ознайомитись з розділом на сайті: «Уроки для радіоаматорів початківців».
Вчителям фізики також доцільно ознайомитись з цими статтями і використовувати їх для покращення знань з фізики учнів загальноосвітніх шкіл, ліцеїв.
Правила безпеки при роботах з електросхемами
Виготовляючи, налагоджуючи і експлуатуючи електронні саморобки, вам постійно доводиться мати справу з електричним струмом. Не думайте, що це завжди безпечно – щонайменше недотримання запобіжних заходів може призвести до неприємних і навіть трагічних наслідків. Ось чому важливо знати про дії струму на організм людини і робити все можливе, щоб уникнути ураження струмом.
Встановлено, що струм близько 0,01 А вже викликає роздратування нервової системи і навіть судоми. Якщо ж через тіло людини протікає струм 0,03 А, м'язи можуть втратити здатність скорочуватися, а при струмі 0,06 А настає параліч дихальних органів. Смертельним вважається струм близько 0,1 А. Розрахунковий опір людини 1 кОм, тобто вже при напрузі 100 В через людину буде протікати струм, згідно закону Ома: 100 В : 1000 Ом = 0,1 А; це вже смертельно небезпечний струм. Електромережа не признає неуважного відношення до себе. Пол в кімнаті, не повинен бути сирим, чи вологим. Відомо, що при однаковій напрузі через провідник з меншим опором потече більший струм, і навпаки. Так і з людиною. У одного електричний опір тіла великий і його може тільки злегка «вдарити» при торканні проводу, що перебуває під напругою. А іншого, в цьому випадку паралізує.
Опір тіла людини залежить від вологості його шкіри в даний момент, стану нервової системи, втоми і може змінюватися в сотні разів, коливаючись від одиниць до сотень кілоом. Варто людині з мінімальним опором потрапити під напругу електромережі 220 В, підведену до розеток, – і через його тіло потече струм, який виявиться смертельним. Безпечним для людини в звичайних кімнатних умовах буде будь-яке джерело напругою до 42 В. Має значення і шлях струму. Найбільш небезпечний – від руки до руки, оскільки він пролягає через область серця. Менш небезпечний шлях права рука – ліва нога, а потім права рука – права нога. Недарма досвідчені інженери, перевіряючи установки з небезпечним для життя напругою, намагаються тримати ліву руку вільної або зовсім прибирати її в кишеню, працюючи в напруженій ситуації тільки правою рукою.
Хоча на зміну ламповим конструкцій з високовольтною анодною напругою давно прийшла транзисторна електроніка з низьковольтним живленням, небезпека ураження електричним струмом залишилася. Ви піддаєтеся їй, включаючи паяльник, випрямляч, потужний підсилювач, або іншу подібну конструкцію. Уже тут потрібно пам'ятати про запобіжні заходи та тримати вилку так, щоб пальці не торкалися її металевих штирів. А якщо мережевий шнур в якомусь місці перетерся і проглядає мідна жила, терміново оберніть це місце ізоляційною стрічкою або замініть шнур.
У конструкціях, що живляться від мережі через роздільний понижувальний трансформатор, небезпечна напруга буде на виводах вимикача і утримувача запобіжника, а також виводах первинної обмотки трансформатора. Ці виводи після підпайки провідників захистіть відрізками полівінілхлоридної трубки або ізоляційною стрічки. Вимикач живлення в цьому випадку повинен бути розрахований на мережеву напругу і споживаний конструкцією струм і мати хорошу ізоляцію між виводами і ручкою (у більшості вимикачів-перемикачів вона металева). Природно, що жоден з мережевих дротів не повинен з'єднуватися із загальним проводом конструкції.
Особливу небезпеку становлять конструкції з безтрансформаторним живленням, або конструкції, в яких за умовами роботи загальний провід гальванічно з'єднаний з мережею (наприклад, в деяких пристроях на мікросхемах, що містять цифрові газорозрядні індикатори). У цьому випадку корпус конструкції бажано виготовити з ізоляційного матеріалу, а якщо це неможливо, ретельно ізолювати від металевого корпусу змінні резистори, перемикачі та інші органи управління (їх можна встановлювати на монтажній платі всередині корпусу, а до осі прикріплювати подовжувальну втулку з ізоляційного матеріалі). На них треба надіти ручки з хорошого ізоляційного матеріалу. Гвинти кріплення ручок не повинні виступати назовні. Металевий корпус ні в якому разі не можна поєднувати з загальним проводом конструкції. Монтаж всередині подібного корпусу повинен бути виконаний так, щоб ні один із виводів деталей або кінців з'єднувальних провідників не міг торкнутися корпусу.
Перевіряючи в мережних конструкціях режим роботи деталей, підключайте один з щупів вимірювального приладу до загального проводу заздалегідь, до включення конструкції в мережу (особливо це відноситься до пристроїв з безтрансформаторним живленням). При необхідності замінити деталь, або перепаяти провідники знеструмленої конструкції- виймайте вилку з розетки, а також розряджайте конденсатори великої ємності в ланцюгах живлення і конденсатори, що виконують роль гасячих резисторів в безтрансформаторному випрямлячі, через резистор опором 5 ... 10 кОм.
Перед початком включення саморобки в електромережу перевірте омметром якість ізоляції між штирями мережевої вилки і корпусом конструкції. Якщо воно менше 10 МОм при якій-небудь (перевірте обидві!) полярності підключення щупів омметра, відшукайте несправність і усуньте її. Таку перевірку робіть періодично.
Під час роботи конструкції не торкайтеся руками до виводів її деталей, а якщо потрібно підібрати режим, наприклад, підстроювальним резистором, користуйтеся викруткою з хорошою ізоляційної ручкою. В жодному разі не втомленим – електричний опір такого організму знижений, увага ослаблена, реакція уповільнена. Конструкцію, яку необхідно вмикати в електромережу; вирпрямлячі, понижувальні трансформатори та інше, необхідно використовувати в закритому вигляді. Радіоаматорам- початківцям бажано робити конструкції з живленням від низької напруги 1,5….24 В і живити їх від батарей, або випрямлячів. Обережно треба поводитись з трансформаторами: вони можуть підключатись до низької напруги, а на вторинних обмотках може наводитись висока напруга- сотні і тисячі вольт. Бережно потрібно поводитись з акумуляторами і не допускати короткого замикання його вихідних клем- при цьому може виникнути великий струм і провідник може вмить розплавитись і перегоріти.
При роботі з електропаяльником необхідно бути обережним і уникати доторкання до стержня електропаяльника, температура якого може досягати 280…300 градусів. Корпус електропаяльника також має високу температуру. Електропаяльник необхідно ставити на підставку з негорючого матеріала. Слід уникати доторкання до розплавленного припоя, чи каніфолі. Якщо при необачному користуванні трапився опік, то уражену ділянку необхідно змастити мазью- бальзамом «Рятівник». При розпаюванні плат від різної радіоапаратури припой з жала паяльника слід струшувати обережно, щоб не розбризгувався і не попав на руку. Електропаяльники в робочому стані необхідно тримати в зоні впливу витяжної вентиляції. Необхідно користуватись електропаяльниками на 36 В, або 42 В. Саморобні конструкції необхідно підключати до джерел живлення через запобіжники. Перед подачею напруги на зібрану схему слід ще раз перевірити првильність з’єднань, перевірити правильність підключення полярності оксидних конденсаторів. В разі неправильного підключення оксидних конденсаторів- вони можуть «взірватись»; при подачі живлення на схему.
Дотримання Правил безпечної роботи, є обов'язковим для кожного радіоаматора. Увага- залог успіху.
Література:
1. Правила безпеки експлуатації електроустановок споживачів.
http//do.sc.ukrteltcom.net/LearningSpace5/Courses/Oxorona/selfaccess/pbee. 2. Правила технічної експлуатації споживачів електроустановок.
Затверджено: Наказ Міністерства палива та енергетики України 25.07.2006 № 258.
3. Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів Затверджено: Наказ Держнаглядохоронпраці від 09.01.98 № 4
Співавтори: Бабин Дмитро Святославович, вчитель фізики,
Бабин Святослав Філатович, керівник гуртка
«Радіоконструкторів»; смт Кельмеці, Чернівецької обл., Україна Література:
Інтернет: «Техніка безпеки при роботах з електросхемами»
https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
Саморобні прилади з застосуванням фотоефекта
Фотоефект широко використовується в побуті та техніці:
· для перетворення світлових сигналів в електричні, дистанційне керування;
· для реєстрації та вимірювання світлових потоків;
· для безпосереднього перетворення енергії світла в енергію електричного струму;
Широко застосовуються вентильні фотоелементи, дія яких грунтується на вентильному фотоефекті. До їх числа належать кремнієві, германієві, селенові та інші фотоелементи. Вентильні фотоелементи дають можливість безпосередньо перетворювати променисту енергію в електричну, оскільки під дією освітлення вони збуджують електричний струм у зовнішньому колі без застосування якого-небудь додаткового джерела ЕРС. Прикладом використання фотоефекту є керування телевізійним приймачем за допомогою пульта керування інфрачервоними променями.
Пульти дистанційного керування з інфрачервоним випромінюванням широко використовуються в побутовій електроніці. Комплектують цим пристроєм: телевізори, музичні центри, автомобільні CD/MP-програвачі, люстри і багато іншого.
Передавач з інфрачервоним світлодіодом
Для демонстрації роботи фотодіода на інфрачервоних променях виготовлено передавач з інфрачервоним світлодіодом, модульований низькочастотним сигналом з частотою 800 Гц.
Принципова електрична схема передавача наведена на рис.1.
Генератор виконано по класичній мультивібраторній схемі на транзисторах VT1, VT2. На транзисторі VT3 зроблено вихідний транзисторний ключ, в колекторі якого включено інфрачервоний світлодіод HL1 через резистор R6 для обмеження струму в колі.
При натисканні кнопки SB1 мультивібратор виробляє П-подібний сигнал, від якого відкривається транзисторний ключ і в цей проміжок часу світлодіод HL1 випромінює інфрачервоні промені. Живиться передавач від батареї
«Крона-ВЦ», або від шести елементів типу АА на 1,5 В; включених послідовно. Роботу передавача інфрачервоного випромінювання можливо перевірити, якщо до інфрачервоного фотодіоду під’єднати високоомні телефони типу ТОН-2М. Добра чутність сигналу з фотодіода на відстані 15…20 см, від передавача.
Приймач інфрачервоного випромінювання
Значно збільшити відстань прослуховування передавача можливо, якщо виготовити приймач інфрачервоного випромінювання.
Принципова схема приймача інфрачервоного випромінювання наведена на рис. 2.
Сигнал знімається з резистора R1 і подається на підсилювач низької частоти (ПНЧ), на мікросхемі DA1 типу К174УН4А; яка на навантаженні 8 Ом забезпечує максимальну потужність 0,8 Вт. За основу взято типову схему включення мікросхеми, однак в результаті експерименту з'ясувалося, що краще збільшити глибину зворотного негативного зв'язку; для чого опір резистора R3 з 1,8 кОм (за типовою схемою) було збільшено до 3,6 кОм; при цьому знизилася трохи чутливість, але УНЧ працює без збудження. Мікросхема встановлюється на невеликому радіаторі з S = 30 см2. Живиться ПНЧ від шести елементів типу АА, напругою по 1,5 В; включених послідовно. За допомогою такого приймача сигнал прослуховується на відстані 15…20 м від описаного вище передавача.
При бажанні, можна виготовити передавач; який буде працювати від мікрофона- така схема: «Передатчик и приемник звука инфракрасными лучами» є на сайті.
Вентильні фотоелементи широко застосовуються у фотометрії для вимірювання світлових потоків.
Люксметр для вимірювання світлового потоку
Люксметр для вимірювання світлового потоку, також корисно зробити. Схема люксметра описана в (1). Можливості, запропонованого люксметра невеликі- вимірювання в межах від 1лк до 1000 лк, проте для побутових потреб і для дослідів з фізики цього достатньо.
Електрична принципова схема люксметра приведена на рис.3.
На вході схеми застосовано істоковий повторювач на польовому транзисторі VT1 в збірці 504НТ2В (VT4 використаний для симетрії схеми). Транзистори VT2, VT3, на яких зібрані емітерний повторювачі необхідно підібрати з однаковим коефіцієнтом підсилення по постійному струму h21Е. Схема симетрується потенціометром R4 ( «Баланс») встановленням стрілки мікроамперметра РЛ1 на «0», при затемненому фотодіоді. Потенціометр R4 повинен мати групу А і його необхідно встановити на передній панелі. Схеми емітерних повторювачів мають низькоомний вихід і завдяки цьому добре узгоджуються з вимірювальної схемою. У схемі застосовано мікроамперметр типу М906 на 100 мкА з опором рамки
547 Ом. В принципі можливо застосувати і інші мікроамперметра на
100 мкА, типу М265М (Rрам. = 900 Ом), М24 (Rрам. = 1000 Ом), М1692, М93 і ін .. Всі ці прилади можливо встановлювати як горизонтально так і вертикально. У схемі застосовано фотодіод ФД-К-155. Автор експериментував з різними фотодіодами і виявилося, що деякі фотодіоди мають дуже низьку чутливість; на жаль, вони були без маркування і тип їх невідомий. Фотодіод використовується в режимі фотогенератора, тобто вентильний режим- позитивний потенціал з'являється на кінці p- типу, а негативний- на кінці n- типу. У вентильному режимі фотодіод- перетворювач оптичної енергії в електричну. У режимі перетвореннянапруга, що генерується залежить від величини світлового потоку Ф. Щоб отримати гарну лінійність- довелося перед фотодіодом встановити світлофільтр для ослаблення світлового потоку з двох скляних пластин і між ними чотири шари ксероксного паперу. Транзистори VT2, VT3 можливо застосувати з будь-якими літерними індексами, а також замінити на КТ502, КТ316 з будь-якими літерними індексами. Перед впаюванням фотодіода в схему доцільно за допомогою омметра визначити- де у фотодіода «катод», а де «анод» і після цього, ФД впаяти в схему правильно.
Налаштування приладу не складне. Для цього необхідно електролампу потужністю 75 Вт підвісити на висоті 1 м від люксметра і за допомогою підстроювального резистора R5 виставити на приладі РЛ показання рівні 12- при цьому фактичне значення освітленості дорівнює 120 лк, тобто показання приладу необхідно множити на 10. Аналогічна «процедура» перед цим проводилася з приладом заводського виготовлення типу Ю116, тобто; від електролампи потужністю 75 Вт на відстані 1 м була отримана освітленість в 120 лк.
Таким чином при налаштування фіксуємо показник тільки в одній точці, однак похибка вимірювання люксметром при цьому не перевищує 4%, в межах від 0 до 1000 лк, що цілком допустимо для побуту, та дослідів з фізики. Люксметр живиться напругою 4,5 В від трьох елементів на 1,5 В типу АА і споживає струм 5,2 мА, в режимі вимірювання.
Як показують вимірювання, освітлення від настільної лампи з електролампою розжарення на 75 Вт виходять, близько 350...400 лк, в залежності від властивостей рефлектора.
Література:
1. Святослав Бабын (UR5YDN), журнал «Радиолюбитель» №8,
2017 г., стр. 12, 13.
2. Туркулец В. И., Удалов Н. П. Фотодиоды и фототриоды, М.- Л., изд. «Госэнергоиздат», 1962 г.
3. Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин, Інтернет: «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
Фотореле
Доцільно також продемонструвати роботу фотореле, яке вмикає електролампу при настанні сутінок. Автор пропонує свій варіант простого фотореле (ПФ), яке не вимагає налагодження і навіть початківці радіоаматори зможуть його виготовити. Дане фотореле призначене для автоматичного включення електроосвітлення у вечірній час і виключення на світанку. Може бути використано для освітлення у вечірній і нічний час сходового майданчика, території на дачі, біля гаража, біля магазинів, і т. д.
Принципова електрична схема ПФ приведена на рис.4.
Схема працює в такий спосіб. Живлення схеми безтрансформаторне, тобто безпосередньо від мережі змінного струму через баластний конденсатор С2, ємністю 0,25 мкф. До виходу випрямного моста на
VD3 ... VD6 приєднаний стабілітрон VD2 (на 20 В), таким чином отримано 20 В для живлення реле К1, яке спрацьовує від транзисторного ключа на VT2 і емітерного повторювача на VT1. При затемненому фоторезисторі PR1 на вході емітерного повторювача на VT1 низький потенціал і відповідно на його виході також, і транзисторний ключ на VT2 закритий. Для надійного закривання транзисторного ключа в ланцюг емітера включений світлодіод HL1 і в результаті до бази транзистора VT2, щодо емітера, прикладена напруга; близько 2 В. Коли фоторезистор затемнений (у вечірній і нічний час), реле К1 знеструмлено і своїми нормально замкнутими контактами я-п включає ланцюг і на електролампу EL1 надійде живлення; електролампа буде світити. При освітленні фоторезистора (на світанку, вдень) зменшиться його опір, на вході емітерного повторювача з'явиться позитивний потенціал і відповідно на його виході і це призведе до відкривання транзисторного ключа на VT2. Відкритий транзисторний ключ подає живлення на обмотку реле К1 і воно спрацьовує і розімкнуться контакти я-п; в результаті чого електролампа EL1 гасне. У схемі застосовано високоомне реле з Rобм. = 7000 Ом, тому схема фотореле має високу економічність. Схема споживає потужність, близько 0,2 Вт.
Чутливість ПФ невелика; від запаленого сірника фотореле спрацьовує на відстані 300 мм, однак для автоматичного вимкнення освітлення в ранковий час цієї чутливості цілком достатньо. Максимальну чутливість можливо отримати, якщо зменшити величину опору R2 до 3 кОм; при цьому від запаленого сірника схема спрацьовує на відстані 400 мм. У схемі застосовано фоторезистор типу ФСК Г, можливо також застосувати фоторезистор типу ФСД-1. Електролампа повинна мати потужністю не більше 100 Вт.
Реле РП-7 з опором обмотки 7000 Ом має напруга спрацьовування 9 В. Для поляризованих реле необхідно правильно підключати полярність харчування. Для комутації напруги 220 В зазор між контактами реле необхідно збільшити до 1 ... 1,5 мм. Слід зауважити, що конденсатори типу К75-10 виготовлені спеціально для роботи в ланцюгах змінного струму, а якщо застосувати в якості баластного- конденсатор типу МБМ, мли МБГО; то краще взяти їх на напругу 630 В, або 750 В, або ж взяти два конденсатора ємністю на 0,5 МКФ, напругою 500 В і включити їх послідовно; кожен з конденсаторів необхідно зашунтувати резистором потужністю 2 Вт з опором 470 кОм. Коли транзисторний ключ на VT2 закритий, то світлодіод HL1 світить з малою яскравістю, а коли транзистор у відкритому стані, то світлодіод HL1 світить яскраво. Схема поміщена в металевий корпус розміром 170 × 110 × 45 мм.
Фоторезистор підключається до пристрою екранованим кабелем і повинен знаходиться поза будівлею або біля вікна. Зовнішній вигляд фотореле показаний на фото 1.
Слід зауважити, що при необхідності, схему можливо використовувати в інверсному режимі, наприклад; для включення радіоприймача (як будильник) на світанку і т. д., використовуючи контакти на перемикання.
Слід зауважити, що схема має гальванічний зв'язок з електромережею, тому не можна торкатися до радіоелементів при включеній в мережу схеми.
Необхідно дотримуватися правил техніки безпеки при роботі на електроустановках.
Фото 1. Фотореле з виносним фотодіодом
При бажанні, схему можливо живити від випрямляча на 20 В; який зробити зовсім не складно, з використанням силового понижувального трансформатора потужністю 5…10 Вт.
Література:
1. Томас Р. К. Коммутационные устройства Справочник М изд. «Радио и связь» 1989 г.
2. Святослав Бабын (UR5YDN), Простое реле времени, журнал «Радиоаматор» №6, 2016 г., стр, 35, 36, 37.
3. Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин.
Інтернет: «Саморобні прилади з фізики» https://radiour5ydn.jimdofree.com/
Демонстрація саморобної підзорної труби
Підзорна труба - старовинний предмет, що дозволяє спостерігати віддалені об'єкти. Це оптичний пристрій, яким користувалися ще в епоху Великих географічних відкриттів, не втратило популярності і по сей день.
Вперше опис оптичного приладу зафіксовано історією в роботах ченця францисканського ордена. Це був англієць, і звали його Роджер Бекон. Роджер Бекон захоплювався оптикою і проводив експерименти з опуклими лінзами, в поєднанні їх з увігнутими дзеркалами. Роджер Бекон у 1268 році описав підзорну трубу з лінзами і дзеркалами. . В 1509 році Леонардо да Вінчі описав двохлінзову підзорну трубу.
Підзорну трубу можна зробити своїми руками. Як відомо з теорії, для об’єктива необхідно взяти двояковыпуклу лінзу з фокусною відстанню якомога більшою, а для окуляра лінзу з фокусною відстанню якомога меншою- це для того, щоб збільшення було велике. Найпростіша підзорна труба складається з – об’єктива і окуляра, і збільшення підзорної труби можливо визначити за формулою: K = F / f (відношення фокусних відстаней об’єктиву (F) і окуляра (f)). Така підзорна труба (з двома лінзами) буде давати «перевернуте» зображення, тому розглянемо конструкцію підзорної труби з додатковими лінзами в «обертаючій» системі, що показано на рис. 1.
Якщо є в наявності декілька лінз для об’єктива, то краще вибрати лінзу з більшою фокусною відстанню. Для окуляра і обертаючої системи краще взяти одинакові лінзи з малою фокусною відстанню.
Фокусну відстань лінзи визначити досить просто. Для цього необхідно засвітити електролампу від батарейки і поставити її перед лінзою, а після лінзи поставити аркуш білого паперу і змінюючи відстань між лінзою і папером добитись чіткого зображення нитки розжарення електролампи- заміряти відстань між центром лінзи і аркушом паперу; ця відстань і буде фокусною відстанню для даної лінзи. Схематично це показано на рис. 2.
Дивитися через лінзу на електролампочку не можна, а тим паче на Сонце; бо можна пошкодити око. З оптичними приладами необхідно поводитись бережно і не доторкатись до поверхні лінз руками.
В авторському варіанті для об’єктива взято лінзу з F= 17,4 мм (діаметр лінзи 75 мм) і для обертаючої системи і окуляра використано лінзи з фокусною відстанню f= 5,1 мм (діаметр лінзи 12 мм) (такі попались під руку). Конструктивно обертаючу систему і окуляр об’єднано в один трьохлінзовий вузол (ТЛВ), як це показано на фото 1.
Фото 1. Трьохлінзовий вузол
Підзорну трубу в розібраному вигляді показано на фото 2.
Фото 2. Підзорна труба в розібраному вигляді
На фото 3 підзорна труба в зібраному стані. Змінюючи відстань між об’єктивом і ТЛВ добиваємось чіткого зображення. Заготовку труби в середині необхідно пофарбувати чорною матовою фарбою, або обклеїти чорним папером.
З такими лінзами підзорна труба дає збільшення в 3,41 рази; таке збільшення невелике, проте дозволяє краще розгледіти віддалені предмети, навіть на відстані 3…4 км.
Якщо замість однієї лінзи в об’єктиві використати телеоб’єктив від фотоапарата, то якість зображення буде значно ліпшою, але для демонстрації роботи підзорної труби досить і однієї лінзи.
Фото 3. Підзорна труба в зібраному стані
На фото 4 показано користування зробленою підзорною трубою.
Фото 4. Максим, учень 9-го класу, розглядає пейзаж на горизонті
Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин
Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
Діюча модель герконового реле
Герконові реле мають значні переваги, порівняно з реле з електромеханічними контактами. Розглянемо, що представляє собою герметизований конакт, скорочено- геркон- це герметична скляна колба в якій знаходяться дві, або декілька металевих контактних пластин. Ці пластини розташовані паралельно одна до одної- на малій відстані. Геркони виготовляються з нормально розімкнутими контактами і з перекидним контактом також. У ньому один з контактів виходить з одного боку колби та два других з іншого. Гнучким є тільки центральний контакт, який в присутності магнітного поля замикає один контакт або другий контакт при відсутності магнітного поля. Під дією постійного керуючого магнітного поля гнучкі феромагнітні контакти взаємно притягаються і замикаються. Коли магнітне поле відсутнє, контакти повертаються в початкове положення. Щоб отримати мінімальний перехідний опір, контакти покривають паладієм, золотом, радієм або сріблом. Герконові реле мають високу надійність в роботі. Зовнішній вигляд геконових реле показано на фото 1., там же показано діючу модель герконового реле.
Фото 1. На електромагніт саморобного герконового реле напруга не поступає
Для демонстрації дії герконового реле зібрана схема, приведена на рис. 1.
При підключенні джерела живлення на ±12 В буде світити світлодіод HL1 зеленого кольору, а при подачі напруги на електромагніт реле за допомогою перемикача SA1- герконові контакти перемкнуться і засвітиться світлодіод HL2 червоного кольору, що показано на фото 2.
Фото 2. На електромагніт саморобного герконового реле напруга поступає, контакти геркона перемкнулись В якості електромагніту для саморобного герконового реле взято котушку с осердям з магніто-мякого заліза від електромеханічного реле на 12 В з опором котушки 165 Ом, де намотано 3700 витків дроту ПЭВ-2 ø 0,13 мм. В принципі, електромагніт може мати і інші дані- бажано, щоб це був електромагніт від 12- ти вольтового реле. Над осердям електромагніту укріплено геркон- підібрано таке положення, відносно електромагніту, щоб геркон перемикався при подачі струму в електромагніт. В принципі, можливо взяти електромагніт від 6-ти вольтового реле, тоді опір резистора R1 слід зменьшити до 600 Ом і подавати на схему тільки ±6 В.
Конструкція герконових реле заводського виготовлення інша, ніж саморобного реле; як це видно на фото 1, фото 2. На фото 2. перемикач SA1 включений і контакти геркона перемкнулись- засвітився світлодіод HL2, червоного кольору- це і є демонстрація перемикання контактів геркона під дією керуючого магнітного поля.
На фото 1, фото 2 показано саморобне герконове реле (справа в кутку), а також герконові реле заводського виготовлення- в розібраному вигляді, тобто окремо котушка (електромагніт) і колби з герконами, з нормально розімкнутими контактами і з контактами на перемикання. Такі геркони можуть комутувати струм до 0,1 А. На фото показано також геркон на перемикання з більшим струмом- до 1 А; у нього товстіша колба і розміри значно більші. Показано також різні типи герконових реле: РЭС55А,
HU-110-110 (фірми TESLA), HU-110-113 (фірми TESLA). При бажанні, разом з подачею напруги на саморобне реле, можливо задіяти одне, або декілька реле заводського виготовлення; підключивши до них додаткові світлодіоди. Від 6-ти вольт працюють реле типу РЭС55А з паспортом РС4.569.600-02, РС4.569.600-11 з опором обмотки котушки 80…110 Ом; згідно (1). Від 12-ти вольт працюють реле типу РЭС55А з паспортами: РС4.569.600-01, РС4.569.600-06, РС4.569.600-14 з опором обмотки котушки 321…433 Ом; згідно (1). Вибрати необхідне реле можна, скориставшись довідником (1). Реле типу HU-110-110 (фірми TESLA) (Rобм.= 950 Ом), HU-110-113 (фірми TESLA) (Rобм.= 1500 Ом) спрацьовують від 9 В, а 12 В також можна подати на них.
Стенд зробити зовсім не складно, навіть в гуртку юних електротехніків.
Література:
1. Томас Р. К. Коммутационные устройства, М., изд. «Радио и связь», 1989 г.
2. Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин,
Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
Демонстрація дії відцентрової сили
З дією відцентрової сили часто стикаємось в повсякденному житті. Якщо автобус різко повернув, а ви в цей момент можете навіть впасти, бо автобус змінив своє положення відносно Вас, а Ви по інерції займаєте попередній стан.
Найпростіша демонстрація дії відцентрової сили- це коли набрати в відерко води і швидко обертати навколо себе; при цьому вода не буде виливатись з відерка, а притискатись до стінок відерка.
Більш цікавим дослідом, що демонструє дію відцентрової сили є- «чортова петля». Про це докладно описано в (1).
«Чортова петля» винайдена в 1902 р., одночасно двома цирковими артистами - «Диявол» (Джонсоном) і «Мефісто» (Пуазеттом)). Вони виконували велосипедний трюк в цирку: велосипедист їде в петлі від низу до верху і описує повне коло, незважаючи на те, що по верхній частині кола йому доводиться їхати вниз головою. На арені влаштовують дерев'яну доріжку у вигляді петлі з одним завитком. Артист спускається на велосипеді по похилій частині петлі, потім швидко злітає на своєму сталевому коні (велосипед без цепки і без гальм) вгору, по круговій її частини, робить повний оберт, буквально вниз головою; і благополучно з'їжджає на землю. В цьому трюкові немає нічого надприродного, хоча і досить складний; в зв’язку з тим, що швидкість велосипедиста в петлі досить велика і невдалий рух може привести до з’їзду велосипедиста з доріжки. Він цілком пояснюється законами механіки. Більярдна куля, пущена по цій доріжці, виконала би теж саме.
Знаменитий виконавець і винахідник цього трюку, артист «Мефісто»; для випробування міцності «чортової петлі» мав важку кулю, вага якої дорівнювала вазі артиста з велосипедом. Цю кулю він пускав по доріжці петлі- і якщо куля благополучно пробігала доріжку, то артист наважувався виконати трюк сам.
Розрахунки, приведені в (1) показують суть фізичного процесу. Для розрахунку скористаємось схемою, приведеною на рис.1
Приступимо ж до розрахунків.
Позначимо буквами ті величини, з якими доведеться вести розрахунки:
буквою h позначимо висоту, з якої скочується велосипедист (металева куля); буквою x позначимо ту частину висоти h, яка височить над верхньою точкою
«петлі»; з малюнка, очевидно, що x = h - АВ; буквою R позначимо радіус кола петлі; буквою m - загальну масу артиста разом з велосипедом; вага їх виразиться тоді через mg, причому: буквою g позначено прискорення сили земного тяжіння; воно дорівнює, як відомо, 9,8 м в секунду;
буквою V позначимо швидкість велосипеда (металевої кулі) в той момент, коли він (вона) досягає найвищої точки кола.
Всі ці величини ми можемо пов'язати двома рівняннями. По-перше, ми знаємо з механіки, що швидкість, яку набуває велосипед (металева куля) до моменту, коли, котячись по похилій доріжці, він (вона) знаходиться в точці С- на рівні точки В; виражається формулою:
Очевидно, що в точці В швидкість велосипедиста (металевої кулі) має бути така ж сама, тобто:
Далі, для того щоб велосипедист (металева куля) досягнувши вищої точки кругового шляху, не впав (впала) вниз, потрібно, щоб утворене при цьому доцентрове прискорення було більше, ніж прискорення вільного падіння, тобто треба, щоб:
Ми уже знаємо, що:
Тому, прирівнявши рівняння, отримаємо:
Отже, ми дізналися, що для успішного виконання цього головоломного «фокуса» необхідно виготовити «чортову петлю» так, щоб вершина похилої частини шляху височіла над верхньою точкою петлі більше ніж на половину її радіусу. Крутизна нахилу ролі не грає, - потрібно тільки, щоб пункт, з якого велосипедист (металева куля) починає спускатися, височів над вершиною петлі більше ніж на чверть її діаметра. Якщо, наприклад, петля має в поперечнику 16 м, то артист повинен почати узвіз не менше ніж з 20-метрової висоти. Якщо не виконає він цієї умови, ніяке мистецтво не допоможе йому описати «чортову петлю»: досягнувши її верхній частині, він неминуче впаде.
Розрахунок цей не враховує впливу сили тертя в велосипеді: вважається, що швидкості в точці С і точці В однакові. Тому не можна, занадто подовжувати шлях і робити дуже пологий спуск. При пологому спуску в результаті дії тертя швидкість велосипеда після досягнення точки В буде меншою, ніж у точці С.
Для демонстрації дії відцентрової сили необхідно зробити невеличку
«мертву петлю» показану на фото 1.
Фото 1. Стенд для демонстрації дії відцентрової сили.
Діаметр петлі 46 см (R=23 см), таким чином висота, з якої необхідно пускати металеву кульку повинна бути не менше 57,5 см, згідно розрахунку. Якщо тепер по жолобу пустити металеву кульку (з вказаної, вище висоти), то вона набере швидкість і прокотиться жолобом по петлі не зіскочивши з неї. Жолобок зроблено с водопровідної поліпропіленової труби, діаметром 32 мм (1 дюйм), забравши четвертину труби по всій її довжині.
В принципі, «мертву петлю» можливо зробити і менших розмірів, якщо використати пластикову трубу для жолобка меншого діаметра. Можливо також використати для жолобка металопластикові труби діаметром 16 мм, або 25 мм, забравши частину труби по довжині. Жолобок прикріплено до цвяхів, вбитих в багатошарову фанеру. Жолобок прикріплено до цвяхів алюмінієвим проводом і гіпсом. Алюмінієвий провід скручений вище жолобка і не заважає переміщенню металевої кульки.
Цікаво також зменшити висоту встановлення кульок- при цьому досліді, кулька впаде з верхньої частини петлі.
Для досліду використовувались металеві кульки діаметром 11 мм і 16 мм. При висоті встановлення кульок- більшої за критичну, досліди вдалі з обома кульками. Стенд з «мертвою петлею» необхідно встановлювати по рівню. Практично, достатньо підвісити на стіні.
На цьому ж законі базується всім відома «мертва петля» та інші фігури вищого пілотажу. У «мертвій петлі» першорядну роль відіграє правильний «розгін» пілота по кривій і вміле керування літаком.
Атракціон на основі «мертвої петлі», з участю людей, можна побачити в YouTube.
Література:
1. Перельман И. Я. Занимательная физика. Книга вторая, М, изд.
«Наука», Главная редакция физико- математической литературы, 1986 г.
2. Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин. Інтернет: «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
Демонстрація генератора змінного струму
Кабінети фізики повинні комплектуватись генераторами змінного струму для демонстрації, але якщо такого немає, то можна взяти готовий генератор від телефонного апарата системи МБ, або використати генератор від велосипед з ручним приводом.
Індуктор телефонний, магнітоелектрична машина з ручним приводом, що застосовувалася в телефонних апаратах для посилки сигналів виклику і відбою на станції ручного обслуговування. Індуктор телефонний виробляє змінний струм з частотою 18-21 гц, напругою 60-70 в і потужністю 3,8 Вт (на опорі навантаження 2,5 кому). Випускався індуктор телефонний: з двома нерухомими прямокутними магнітами, а якір обертається. Необхідна частота струму забезпечується при обертанні рукоятки з частотою
3-3,5 об / сек. Такий індуктор був розроблений в 90 роках 18- го століття.
Для демонстрації роботи генератора змінного струму необхідно до індуктора під’єднати дзвінок від телефонного апарата. При обертанні рукоятки індуктора дзвінок буде працювати.
Індуктор- генератор разом з дзвінком показано на фото 1.
|
Якщо не має «музейного» індуктора- генератора, то можна взяти генератор |
|||
|
від велосипеда і обертати його за допомогою ручної дрилі, як це показано на |
|||
|
фото 2. |
|
||
|
Устрій генератора досить простий; з обох сторін знаходяться постійні магніти, а всередині- рамка з обмоткою. Коли повертається рамка з обмоткою в магнітному полі, то в ній виникає струм; який міняє свій |
|||
|
напрямок, тобто отримаєм змінний струм. Конструкції дрилі бувають різні. Автор використав дриль, яка збільшує оберти в чотири рази- при цьому на виході генератора буде всього 1 В, замість 6 В в велосипеді; але цього |
|||
|
досить для демонстрації генерації змінного струму. Електролампочку необхідно використати на 1 В × 0,068 А. Якщо використати дриль з більшими |
|||
|
обертами, то відповідно і вихідна напруга буде більшою. |
|
||
|
Замість дрилі можна використати інший механізм, який буде збільшувати |
|||
|
оберти генератора. |
|
||
Фото 2. Демонстраційний генератор змінного струму
Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин.
Інтернет: «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
Демонстрація індикатора радіоактивного випромінювання
В деяких школах немає лічильника Гейгера- Мюлера і немає можливості демонструвати радіоактивне випромінення. Знання учнями методів виявлення і дії радіоактивного випромінювання дуже важлив
Пошуками радіоактивних речовин і дослідженням їх випромінювань займалось багато вчених в усьому світі. Особливо плідною виявилася праця французьких вчених П'єра Кюрі та його дружини Марії Склодовської-Кюрі. В 1898р. вони відкрили два нові радіоактивні елементи – Полоній і Радій, радіоактивність яких виявилася значно сильнішою, ніж в Урану. Загалом з’ясувалось, що радіоактивність мають ще багато елементів: Торій, Актиній тощо – всього близько сорока елементів.
Раніше цьому не приділяли належної уваги і доходило до того, що ялинкові іграшки покривали речовиною, яка після осипання ставала радіоактивною.
Бували й випадки загублення ампул з радіоактивною речовиною і потім це приводило до трагічних наслідків.
Відомі також безглузді конструкції- так в електрозв’язку в 19 столітті використовувались розрядники для захисту апаратури ущільнення на яких було нанесено шар радіоактивної речовини для пониження напруги спрацьовування розрядника. І тільки в 1988 році всі ці розрядники були вилучені.
Радіоактивна речовина наносилась на стрілки і цифри циферблата годинників, на стержнях перемикачів, на шкалах вимірювальних приладів (до
1970 р.) і т. д.
При відсутності лічильника Гейгера- Мюлера можна виготовити індикатор радіоактивного випромінювання з використанням розрядника типу Р-46. Запропонований індикатор не може оцінити силу радіації- просто фіксує, що радіаційне випромінювання вище фонового.
Принципова електрична схема індикатора радіоактивного випромінювання приведена на рис. 1. Схема працює таким чином: на діоді VD1 і конденсаторі С1 зібрано однонапівперіодний випрямляч. При вмиканні перемикача SА1 постійна напруга поступає на стабілізатор напруги; вихідну напругу якого можна змінювати за допомогою потенціометра R3- межах 120…180 В. В верхньому положенні потенціометра R3 буде на виході 180 В і розрядник «пробивається» і неонова лампа HL1 буде світитись.
При зменшенні вихідної напруги до порогового значення розрядник перестане пропускати струм і неонова лампа погасне. Після цього слід повернути ручку потенціометра в сторону збільшення напруги; але так, щоб ще на спрацював розрядник. Це необхідно робити в зв’язку з гістерезісом, тобто напруга вимикання розрядника і напруга спрацьовування різні.
Практично зробити це не важко і легко виявити поріг максимальної чутливості і надалі вже виставляти потенціометр R3 в необхідне положення зразу.
Індикатор готовий до індикації радіоактивного випромінювання; тобто від фонового рівня радіації він не спрацьовує, а при появі радіаційного випромінювання вище фонового- «пробивається» розрядник і буде світити неонова лампа.
Якщо до розрядника піднести речовину з радіоактивним випромінюванням, то спрацює розрядник і засвітиться неонова лампа HL1.
Проводились досліди з перемикачем типу 2ППН-45, в стержні якого було вмонтовано «щось». Індикатор спрацював при піднесенні тумблера до розрядника- це означає, що присутнє радіаційне випромінювання.
Проводився також дослід з вимірювальним приладом з шкалою, покритою фосфоросцірующою фарбою, типу Ц4200.1 (виготовлений в 1964 р.)- результат вражаючий- на відстані 4…5 см від розрядника він уже спрацьовував. Ясно, що такими приладами краще не користуватись, можливо, що окрім фосфора на шкалі є присутній і радіоактивний елемент. Конструкція приладу показана на фото 1. Схема поміщена в пластмасовий футляр розмірами 130 × 65 × 35 мм. Футляр укріплено на дерев’яній рейці, довжиною 740 мм (рейка може бути і довша); на кінці рейки укріплено розрядник. Виводи розрядника захищені пластмасовими ковпаками. Шнур підключення до електромережі довжиною 3 м. В принципі, шнур може бути і довшим, щоб зручніше було відшуковувати предмети з радіоактивним випромінюванням.
Фото 1. Індикатор радіоактивного випромінювання
На фото 2. показано зовнішній вигляд розрядника типу Р-46, який використано в якості датчика радіоактивності.
Фото 2. Розрядник Р-46
В Інтернеті (1) вдалось відшукати інформацію про світломаси постійної дії (СПД); вони містять солі радію-226. СПД застосовувалися до 70х років 20 століття. Наносилися на шкали різних приладів для підсвічування в темний час доби. Шкала при цьому постійно світилася в темряві. Особливо небезпечне потрапляння в організм дрібних частинок СПД. Така світломаса є в зазначених вище приладах, тобто в перемикачі, типу 2ППН-45 і на шкалі приладу. По довідковим даним перемикач 2ППН-45 дає 1000…2000 мкР/г. Ясна річ, що краще користуватись дозиметрами радіації, однак вони досить дорогі- побутовий дозиметр коштує від 4000 грн. При наявності лічильника Гейгера- Мюлера дозиметр радіації можливо зробити самотужки.
Запропонований індикатор радіації має просту схему, дефіцитних деталей не має і виготовити його можуть гуртківці юних електротехніків.
На фото 1. показано, що від радіоактивного випромінювання перемикача 2ППН-45 спрацював розрядник і засвітились і розрядник і неонова лампа.
Схема вмикається в електромережу, тому слід ретельно перевірити правильність зібраної схеми і вмикати в електромережу тільки в закритому корпусі, і під наглядом керівника гуртка.
Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин.
Інтернет: «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
Демонстрація розширення металевої пластини при нагріванні
Сили, що виникають унаслідок теплового розширення різних конструкцій, якщо їх не враховувати, можуть призвести до руйнувань і катастроф. Тому рейки залізничних колій укладають так, щоб між ними були проміжки.
Трубопроводи, які можуть нагріватися, облаштовують спеціальними компенсаторами, що дає змогу розширюватися трубам. Будуючи мости, один з кінців їхніх прольотів кріплять до опори, а інший розташовують вільно або на спеціальних котках. Цей перелік можливо продовжити і далі.
Для демонстрації розширення тіл унаслідок нагрівання голландський фізик Вільгельм Гравезанд (1688—1742 рр.) винайшов прилад, який складався з мідної кулі, що підвішувалася над кільцем на ланцюжку і вільно проходила крізь залізне кільце. Куля, нагріта за допомогою спиртівки, не проходила крізь кільце і трималась на ньому, допоки не охолоне.
На фото 1. (взято з Інтернету) показано вигляд такого приладу.
Фото 1. (Взято з Інтернету)
Зробити такий прилад складно, а зробити пристрій запропонований автором досить просто.
На виготовлення такого пристрою необхідно затратити 1,5…2 години. Конструкція пристрою дуже проста: використано біметалеву пластину від пальника газового пічного (УГОП). В принципі, можливо використати і стрижні залізні, алюмінієві, мідні, але з ними відхилення стрілки буде менше. В металевій пластині вирізано прямокутний отвір для того, щоб спиртівкою нагрівати пластину. Лівий кінець пластини закріплений жорстко, а правий зв’язаний з стрілкою через підшипник ковзання. Лівий кінець стрілки також знаходиться в підшипнику ковзання. Загальний вигляд пристрою показаний на фото 2.
Металева пластина має «ножки», це чотири гвинта з різьбою (М6) діаметром 6 мм і довжиною 100 мм; які прикріплені по кутам пластини, одна гайка знизу, а друга зверху.
В результаті, є можливість змінювати відстань між спиртівкою і пластиною, при необхідності.
На фото 2 спиртівка не запалена- стрілка в положенні «0».
фото 2, спиртівка не запалена- стрілка в положенні «0».
На фото 3. показано, що стрілка пристрою перемістилась в положення «1»- при нагріванні біметалевої пластини вона видовжується і тисне на стрілку, яка повертається на певний кут. При охолодженні займає попереднє положення.
фото 3, спиртівка запалена- стрілка в положенні «1».
Стрілка виготовлена з алюмінієвої пластинки. Якщо ліва частина стрілки (між підшипниками) буде мати менші розміри, то стрілка буде відхилятись на більший кут, але це не має значення, так як важливо побачити; що в результаті нагрівання пластини- вона змінює свої розміри, тобто видовжується.
Демонстрація біметалевих пластин, що вигинаються при нагріванні було описано авторами раніше.
Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин.
Інтернет: «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
Використання магнітострикції
При вивченні магнетизму в фізиці йде мова про застосування в техніці магнітострикції; при цьому доцільно привести приклад використовування магнітострикції. В минулому столітті, протягом 45-ти років з успіхом використовувались магнітострикційні смугові фільтри для апаратури ущільнення в галузі електрозв’язку. Ці фільтри мають дуже добрі характеристики, тобто велике послаблення сигналу в зоні непрозорості і мале послаблення сигналу в межах прозорості. Зазвичай ці фільтри використовувались для отримання односмугового сигналу «вирізаного» з двохсмугового сигналу, який утворюється при амплітудній модуляції від спектру звукового сигналу і несучої частоти. Магнітострикційні фільтри, які використовувались в аналоговій апаратурі типу К-60 були на частоти від 60 до 108 кГц- кожен фільтр мав смугу пропускання 3,1 кГц. В теперішній час в електрозв’язку аналогова апаратура замінена на більш сучасну, з імпульсно- кодовою модуляцією; а радіоаматори- зв’язківці всього світу продовжують використовувати односмугову модуляцію (SSB) в своїй апаратурі і з успіхом можуть використовувати магнітострикційні фільтри для утворення односмугового сигналу з Δ F= 3,1 кГц (канал тональної частоти).
На фото 1 показано внутрішню «начинку» магнітострикційного смугового фільтру від апаратури К-60 (апаратура на 60 телефонних каналів).
Фото 1. Магнітострикційний смуговий фільтр від апаратури електрозв’язку
На фото 2 показано елемент магнітострикційного фільтру в зібраному стані (з правої сторони) і розібраний (з лівої сторони). Таких елементів у фільтрі чотири. Елемент магнітострикції має дві котушки індуктивності, які намотані на окремих каркасах. В середині котушок знаходиться феритовий стрижень діаметром 4 мм і довжиною 44 мм. Посередині феритового стрижня кільце з гуми. Для налаштування фільтру передбачено підстроювальні стрижні. Котушки поміщаються в циліндричні магніти, які також показані на фото 2.
Принципову електричну схему не приводжу- нема необхідності; зазвичай радіоаматори використовують магнітострикційний фільтр без зміни в схемі: вхід- два вивода і вихід- два вивода.
Фото 2. Елементи магнітострикційного фільтру
Магнітострикційні фільтри мають високу надійність і дуже хороші характеристики, тому радіоаматорам доцільно їх використовувати в своїх конструкціях. Так, для прикладу, фільтр К1 пропускає частоти .
104,6 кГц…107,7 кГц, тобто смугу частот Δ F= 3,1 кГц.
З використанням каркасів котушок від магнітострикційного фільтру, феритового стрижня з гумовим кільцем можна виготовити ультразвуковий генератор, в якому феритовий стрижень буде випромінювачем ультразвуку. Принципова електрична схема генератора приведена на рис.1. Як видно з схеми, це класичний мультивібратор з котушкою індуктивності. Котушки L1 і L2 на різних каркасах, проте мають загальний феритовий стрижень.
Діаметр каркасів- 8 мм, довжина каркаса 13 мм. Котушки L1 і L2 мають по 160 витків дроту, типу ПЭЛШО ø 0,18 мм. Котушки включені послідовно, згідно. При таких ємностях, як вказано на схемі, генератор генерує сигнал з частотою 25 кГц. Людина почути таку частоту не зможе, а перевірити роботу генератора можна за допомогою простого індикатора; схема якого приведена на рис. 2.
Котушка L1 має 160 витків дроту, типу ПЭЛШО ø 0,18 мм. Каркас котушки і феритовий стрижень такі ж самі, як в генератора. Діоди VD1…VD4 можливо взяти і інші (Д2В, Д9Б, Д311, ГД507 і т. д.), але обов’язково щоб вони були германієві. Діоди германієві ГД404АР- діодні збірки, тобто по два діода разом в одному корпусі; такі використано в схемі індикатора ультразвуку.
Датчиком індикатора є феритовий стрижень з гумовим кільцем- взято з магнітострикційного фільтру.
Генератор зібрано на гуртку «радіоконструкторів» для демонстрації, тому тільки на макетній платі- фото 3. При бажанні, генератор і індикатор можливо помістити в підходящий пластмасовий корпус. Живиться генератор напругою ±12 В і споживає струм 60 мА.
Фото 3. Генератор ультразвуку і індикатор роботи генератора
Співавтори: Бабин Дмитро Святославович, Бабин Святослав Філатович.
Інтернет: «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/
про публікацію авторської розробки
Додати розробку