Презентація  посібника для вчителів фізики: 

«Саморобні прилади з фізики» 

III частина 

Перелік статей

•           Вступ;

•           Правила безпеки при роботах з електросхемами; 

•           Демонстрація електромагнітного прискорювача             феромагнітної кульки;

•           Демонстрація явища електромагнітної індукції;

•           Демонстрація дисперсії світла;

•           Електронний секундомір;

•           Автоматичне визначення часу в лабораторних роботах по визначенню прискорення            при скочуванні кульки по жолобу;  

•           Автоматичне визначення часу в лабораторних роботах по визначенню прискорення            при вільному падінні кульки; 

•           Демонстрація роботи камертонного генератора;

•           Демонстрація роботи термопари;

•           Демонстрація магнітного поля біля провідника з струмом;

•           Використання феритових сердечників з ППГ;   •       Демонстрація гальванопластики і гальваностегії.

                                                      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/  

            Демонстрація електромагнітного прискорювача              феромагнітної кульки

    Як відомо з історії, основи  математичної теорії електромагнетизму заклав німецький вчений Карл Гаус. У 1830-1840 роки Гаус багато уваги приділяє проблемам фізики. Один з його винаходів це гармата Гауса- один з різновидів електромагнітного прискорювача мас. 

  При вивченню електромагнетизму і властивостей феромагнетиків на уроках фізикидоцільно зробити демонстрацію прискорювача феромагнітної кульки. Зробити це зовсім не складно з підручних матеріалів на гуртку «юних електротехніків». 

    Випробовувати пристрій необхідно обережно і під наглядом вчителя, щоб залізна кулька не вдарила «дослідника». Пристрій вмикається в електромережу змінного струму 220 В, тому пристрій повинен монтуватись в пластмасовім корпусі і вмикатись в електромережу тільки в закритому вигляді. Перед виготовленням і випрбовуванням пристрою вчитель повинен познайомити гуртківців з правилами техніки безпеки при роботах з електросхемами- ПТБ є на сайті окремим розділом.   

   За своїм принципом роботи електромагнітний прискорювач подібний до пристрою; відомого, як лінійний двигун. Електромагнітний прискорювач складається з соленоїда, всередині якого знаходиться трубка  (як правило, з діелектрика, або магнітомягкого заліза). В нижній кінець трубки вставляється залізна кулька, тобто  феромагнетик. При протіканні електричного струму в соленоїді виникає електромагнітне поле, яке розганяє залізну кульку, «втягуючи» її всередину соленоїда. На кінцях залізної кульки при цьому утворюються полюса, орієнтовані згідно полюсів котушки, через що після проходу центру соленоїда залізна кулька притягується в зворотному напрямку, тобто мала би гальмуватись; але цього не відбувається, тому що на соленоїд подається короткий імпульс і коли кулька проходить середину соленоїда- струму в котушці  вже немає. 

  Для найбільшого ефекту імпульс струму в соленоїді повинен бути короткочасним і потужним. Як правило, для отримання такого імпульсу використовуються оксидні конденсатори великої ємності і з високою робочою напругою. 

   Принципова електрична схема генератора потужного імпульсу для електромагнітного прискорювача феромагнітної кульки приведена  на рис.1.    Кнопка SB1 малої потужності, а кнопка SB2, в розрядному колі повинна витримувати великі струми. При ввімкненому в електромережу пристрої і натиснутій кнопці SB1 (на 5…10 сек) заряджаються конденсатори С1 і С2. Після поміщення залізної кульки в соленоїд L1 натискуємо кнопку SB2 і через соленоїд короткочасно буде протікати потужний струм від розряду конденсаторів і електромагнітне поле соленоїда «викине» залізну кульку діаметром 16,8 мм з масою 20 гр на висоту 60…70 см. Якщо використати залізну кульку діаметром 12,5 мм з масою 10 гр, то така кулька піднімається на висоту 120…140 см. Соленоїд використано високоомний, з R_обм. = 100 Ом, тому використано випрямляч з подвоюванням вихідної напруги. Схема досить проста і виготовити його може навіть юний електротехнік. Перед випробовуванням необхідно ретельно перевірити правильність зібраної схеми і вмикати в електромережу тільки під наглядом вчителя.     

     Зовнішній  вигляд генератора потужного імпульсу для демонстрації електромагнітного прискорювача показано на фото 1. Габаритні розміри генератора потужного імпульсу: 110 × 160 × 35 мм. Соленоїд знаходиться окремо від генератора потужного імпульса  для безпечності при проведенні дослідів. Роз’єм для включення соленоїду відрізняється від звичайної електровилки, щоб унеможливити підключення в електророзетку електромережі.

            Фото 1. Зовнішній вигляд генератора потужного імпульсу

Як показують експерименти, під соленоїд краще поставити пластмасове кільце товщиною 5…7 мм, щоб залізна кулька була в початковому стані нижче від соленоїда- при цьому кулька піднімається на більшу висоту, але це робити не обов’язково. 

    Користуватись пристроєм досить просто: після підключення до електромережі спочатку натискуємо кнопку SB1 («заряд») на 5…10 секунд, потім поміщаєм залізну кульку в соленоїд і натискуємо кнопку SB2 («пуск»)- залізна кулька піднімається на певну висоту і падає вниз. Одночасно натискувати обидві кнопки не можна. На фото 2 показано, що залізна кулька з масою 20гр піднялась на певну висоту.

Фото 2. Залізна кулька піднялась на певну висоту при подачі потужного імпульсу в соленоїд 

При необхідності, розрахунки можливо зробити за формулами, приведеними нижче:

Енергія накопичувана в конденсаторі

Кінетична енергія снаряда (феромагнітної кульки)

Час розрядки конденсаторів

Це час, за який конденсатор повністю розряджається. Він дорівнює чверті періоду:

Час роботи котушки індуктивності

Це час за який ЕРС котушки індуктивності зростає до максимального значення (повний розряд конденсатора) і повністю спадає до 0. Він дорівнює верхньому напівперіоду синусоїди.

Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/  

   Демонстрація явища електромагнітної індукції

   Явище електромагнітної індукції було відкрито Майклом Фарадеєм в 

1831 р. Він дослідним шляхом встановив, що при зміні магнітного поля всередині замкнутого контуру в ньому виникає електричний струм, який називають індукційним струмом. Досліди Фарадея можна відтворити таким чином: при внесенні або винесенні магніту в котушку, підключену до гальванометра- в котушці виникає індукційний струм і гальванометр покаже це. 

  Є і другий варіант демонстрації явища електромагнітної індукції: якщо над котушкою (соленоїдом) розташувати алюмінієве кільце, то при подачі потужного імпульсу в котушку в кільці буде наведено індукційний струм і в результаті утвореного магнітного поля, яке буде взаємодіяти з магнітним полем самої котушки кільце високо підніметься над котушкою. 

   Пояснення цього явища було дано Максвеллом. Будь-яке змінне магнітне поле завжди породжує змінне електричне поле. Класичною демонстрацією основного закону електромагнітної індукції є перший досвід Фарадея: чим швидше переміщати магніт через витки котушки, тим більше виникає індукційний струм в ній, а значить, і ЕРС індукції. Залежність напрямку індукційного струму від характеру зміни магнітного поля через замкнутий контур в 1833 р дослідним шляхом встановив російський вчений Ленц. Він сформулював правило, що носить його ім'я. Індукційний струм має такий напрям, при якому його магнітне поле прагне компенсувати зміна зовнішнього магнітного потоку через контур. 

    Теорію цього явища можливо прочитати в підручнику фізики, а для демонстрації явища електромагнітної індукції необхідно зібрати генератор потужного імпульсу; аналогічний тому, який використовувався при демонстрації прискорення феромагнітної кульки (там детально описано про цей пристрій).  

     Соленоїд для демонстрації явища електромагнітної індукції використовується з іншими даними котушки, тому ще раз наведемо принципову електричну схему генератора потужного імпульсу на рис.1. Схема вмикається в електромережу ~220 В, тому слід дотримуватись правил техніки безпеки при користуванні електроприладами.

Зовнішній вигляд генератора потужного імпульсу з алюмінієвим кільцем з малою масою показано на фото 1.

       Фото1. На соленоїді поміщено алюмінієве кільце з малою масою

      Зовнішній вигляд генератора потужного імпульсу з алюмінієвим кільцем з великою масою показано на фото 2.

           Фото2. На соленоїді поміщено алюмінієве кільце з великою масою

    Користуватись пристроєм досить просто: після підключення до електромережі натискуємо кнопку SB1 («заряд») і утримуємо її натиснутою протягом 5…10 сек, потім натискуємо кнопку SB2 («пуск») і при цьому в алюмінієвому кільці наводиться індукційний струм- утворюється магнітне поле, яке взаємодіє з магнітним полем котушки і алюмінієве кільце піднімається на висоту 30 см і впаде донизу. Якщо використати більш масивне кільце, то воно буде підніматись на меншу висоту. Якщо замість цільного кільця поставити кільце з розтином, то воно підійматись не буде; тому що немає замкнутого кільця для індукційного  струму. Цей дослід показано на фото 3.

      Фото 3. Розрізане алюмінієве кільце не піднімається при подачі                               потужного імпульсу в соленоїд 

     Якщо алюмінієве кільце цільне, то при подачі потужного імпульсу в соленоїд кільце піднімається на певну висоту: з малою масою на висоту 50…60 см, а з більшою масою на висоту 20…30 см. На фото 4 показано, як кільце з малою масою піднялось на певну висоту.   

Фото 4. Кулька з малою масою піднялась на певну висоту при                      подачі потужного імпульсу в соленоїд

Цікаво також демонструвати наведення індукційного струму в кільце при подачі на соленоїд змінного струму. Використано низькоомний соленоїд, тому подаємо, відносно, невелику напругу ~25,2 В; зняту з понижувального трансформатора. Для цього досліду можливо використати уніфікований трансформатор типу ТН60-127/220-50; у якого чотири обмотки по 6,3 В (змінний струм з частотою 50 Гц) включити послідовно, згідно- і отримаємо ~25,2 В. Щоб збільшити опір соленоїду для змінного струму в котушку слід ввести сердечник з магнітомягкого заліза, відповідних розмірів, або набір пластинок трансформаторного заліза. При подачі змінного струму на соленоїд алюмінієве кільце піднімається на висоту …см і зависає (ширяє) в повітрі, в цьому положенні- електромагнітні поля урівноважуються. Цей дослід показано на фото 5.   При подачі змінного струму на соленоїд з розрізаним алюмінієвим кільцем- воно не піднімається взагалі, тому що немає замкнутого кола для індукційного струму. 

         Фото 5. Алюмінієве кільце ширяє в повітрі при подачі змінного                           струму в соленоїд 

   В статті: «Електромагніт від 42 В  від постійного і змінного  струму (демонстрація намагнічування і розмагнічування предметів зроблених з заліза)» поміщено також фото, де при подачі на електромагніт змінного струму засвічується електролампа; під’єднана до котушки, яка знаходиться біля електромагніту. Цей дослід є також демонстрацією електромагнітної індукції. Приведемо це фото ще раз, див. фото 6. Детально цей дослід був описаний в вказаній вище статті. 

Фото 6. Демонстрація індукційного струму, наведеного в котушці від електромагніту; на який подано змінний струм

Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/

Демонстрація дисперсії світла

    Як відомо з історії, що в I в. н. е. було відомо про великі шестикутні призми, які існують  природі і розкладають світло на кольори. Перші дослідження дисперсії світла в дослідах зі скляною трикутною призмою виконав англієць Томас Харіот (1560-1621). Незалежно від нього аналогічні досліди робив відомий чеський природодослідник Йоханнес Маркус Марці. В 1648 році він відкрив дисперсію світла і вперше висловив ідею про хвильову природу світла, пояснив веселку і забарвленість тонких плівок.  

     Проте до Ньютона такі спостереження не піддавалися досить серйозному

аналізу..                                     .. 

    Великий англійський учений Іссак Ньютон виконав цілий комплекс оптичних експериментів з призмами, детально описавши їх у «Оптиці», «Нова теорія світла і квітів», а також у «Лекціях з оптики». 

   На підставі проведених дослідів Ньютон показав, що біле світло складається з семи різних кольорів.

     Виникнення «квітів» у дослідах з призмами є результат розкладання складного (білого) світла на основні складові (на різні кольори). Це розкладання відбувається з тієї причини, що кожному кольору відповідає свій ступінь заломлення. Такі основні висновки, зроблені Ньютоном; вони повністю  узгоджуються з сучасними науковими уявленнями.

      Найпростіше демонструвати розкладання сонячного світла за допомогою скляної призми. Для цього у сонячний день закриємо вікно в кімнаті шторою, в якій зробимо маленький отвір. Через цей отвір буде проникати в кімнату вузький сонячний промінь. Якщо на шляху променя поставити скляну призму, то на білому папері утвориться веселка, в якій будуть представлені всі кольори: від фіолетового до червоного  (фіолетовий,  синій, блакитний, зелений,          жовтий,      оранжевий,     червоний). 

   Варіант такого досліду показано на картині Пшеничної С. А. (фото 1).          

.

                                   Фото 1. Фото взято з Інтернету

   На уроках фізики не завжди є можливість провести дослід по розкладанню світла від сонячних променів, тоді можливо скористатись сучасним ліхтариком з світлодіодною матрицею, який дає потужний світловий потік променів. Для проведення досліду необхідно мати ліхтарик, скляну призму і аркуш цупкого білого паперу. Ліхтарик і скляна призма показані на фото 2.

     Фото 2. Ліхтарик з світлодіодною матрицею і скляна призма

    Для проведення досліду слід затемнити кімнату, закріпити аркуш паперу на класній дошці, або на стіні і тримаючи скляну призму однією рукою, а в другій руці тримаємо ввімкнений ліхтарик і підбираємо такий кут подачі променя, щоб утворилась веселка. 

   Результат досліду показано на фото 3.

Фото 3. Веселка утворена від променя ліхтарика, пропущеного через скляну призму

      Завдяки дисперсії біле світло розкладається в спектр при проходженні через скляну призму. Тому такий спектр називають дисперсійним.

      Розкладанні білого світла призмою в безперервний спектр кольорів у ньому поступово переходять один в іншій. Прийнято вважати, що в деяких границях довжин хвиль (нм) випромінювання мають наступні кольори: 

630—770 – червоний

585—620 – оранжевий

565—585 – жовтий 

510—560 – зелений 

480—510 – блакитний 

440—480 – синій 

390—440 – фіолетовий 

   Порядок розташування кольорів у спектрі дисперсії легко  запам'ятати за допомогою такої приказки: «Каждый охотник желает знать где сидит фазан». Перша буква кожного слова приказки співпадає з першою буквою назви  кольору. Розшифровується вона так: «Каждый» - червоний (красный, рос.), «охотник» - оранжевий, «желает» - жовтий, «знать» - зелений, «где» - блакитний (голубой, рос.), «сидит» - синій, «фазан» - фіолетовий.    В Інтернеті (1) є і інші варіанти «веселкових речень»:

Опубліковано: Миро Продум 24 листопада 2015 

«Чапля осінь жде завзято буде сани фарбувати» (червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий)

Опубліковано: Анатолій Висота 25 листопада 2015 «Чи Оля Жалкує За Гарною Своєю Фіалкою?»

Опубліковано: Тимур Де-Бальзак 26 листопада 2015  «Чи Омелько Жити Зможе Без Своїх Фантазій?»

Так що є з чого вибирати, а може й самі придумаєте «веселкове речення»?

   При бажанні, ліхтарик і скляну призму можливо закріпити і отримаємо пристрій для демонстрації дисперсії світла, хоча це робити не обов’язково; учням цікаво самостійно підібрати необхідний кут променя для отримання

«веселки».  

Література:

1.  https://www.ar25.org/article/sim-koloriv-veselky-abo-praktychna-radiya.html

2.  Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/

                                    Електронний секундомір

   Секундоміри є в багатьох електронних цифрових годинниках, однак запуск і вимикання секундоміра необхідно робити натисканням однієї, або двох кнопок. Пропоную електронний секундомір, який можливо запускати натисканням кнопки, або дистанційно, що зручно при проведенні різних дослідів з фізики в школах. Секундомір забезпечує точність відліку 0,01 сек., що цілком достатньо для проведення дослідів з фізики. Секундомір відраховує час до 99,99 сек., що цілком достатньо для дослідів з фізики: визначення прискорення тіла при рівноприскоренному русі, визначення прискорення вільного падіння, та інші. Принципова електрична схема пристрою розділене на два вузла. У першому вузлі, описаному раніше, як генератор сітки частот, використовується  високостабільна частота 1000 Гц. Принципова електрична схема другого вузла наведена на рис. 1. 

Сигнал частотою 1000 Гц сформований схемою першого вузла поступає на  мікросхему DD4, типу К176ИЕ4 яка використовується, як дільник на 10. На виході мікросхеми DD4 маємо П-подібний сигнал з частотою 100 Гц.

   Сигнал, частотою 100 Гц знятий з мікросхеми DD4 через схему «2 І-НІ» на мікросхемі DD1 типу КК76ЛА7 надходить на лічильник імпульсів на мікросхемах DD2, DD3, DD5, DD6 типу К176ИЕ4 при надходженні на другий вхід мікросхеми DD1 високого «дозволяєчого» рівня . Щоб виключити вплив різних наведень на мікросхему DD1 в схемі застосовано оптрон фоторезисторний, типу АОР124А. У схему введено ланцюжок (R2, C1) автоматичного обнулення лічильників при подачі живлення на схему за допомогою перемикача SA2. Кома, після цифри одиниць секунд світиться постійно; після подачі живлення на схему. При натисканні та утриманні кнопки SB1 йде відлік часу. Ланцюг дистанційного включення секундоміра підключається до гнізд Гн.1 і Гн.4. На гнізда Гн.2 і Гн.3 виведено напруга 

± 9 В від батареї секундоміра, що може знадобитися для живлення додаткових пристроїв. В якості індикаторів застосовано світлодіодні семисегментні індикатори типу АЛ304А. Індикатори на лицьовій панелі встановлюються в такому порядку: HG4, HG3, HG2, HG1, тобто десятки секунд, одиниці секунд, десяті секунди, соті секунди. На індикаторі HG3 висвічується кома. Пристрій можливо живити від будь-якого джерела, напругою ± 9 В. В авторському варіанті обидва вузла отримують живлення від загальної батареї з шести елементів типу АА. В якості гнізд для сітки частот застосовано гніздовий роз'єм (16 гнізд) від реле РП4 (РП5, РП7). Гнізда Гн.1…Гн4 розміщені окремо.

   Електронний секундомір, разом з генератором сітки частот, споживає струм 66 мА. Електронний секундомір не потребує ніякого налагодження. Габаритні розміри пристрою 265 × 160 × 50 мм. Секундомір поміщений в дерев'яному корпусі, з багатошарової фанери; для лицьової панелі і задньої стінки застосовано пластмасу. Загальний вигляд електронного секундоміра показаний на фото 1.

Фото 1. Електронний секундомір, генератор сітки частот

     В авторському варіанті об’єднано- генератор сітки частот і електронний секундомір в одному корпусі.

    Початківцям радіоаматорам нагадування- при монтажі мікросхем КМОП структури необхідно користуватися низьковольтних електропаяльником, включеним в електромережу через понижуючий трансформатор і з заземленням жала електропаяльника. На руці монтажника повинен бути «браслет», який також необхідно заземлити.

    Один з варіантів використання електронного секундоміра- вимірювач часу реакції.

Схема вимірювача часу реакції приведена на рис. 2.

   Для вимірювання часу реакції повинні брати участь двоє: ведучий і випробуваний. У якийсь момент часу ведудучий включає перемикач SA1 і при цьому засвітиться світлодіод HL1 на пульті і випробуваного і при цьому також запускається секундомір, а випробуваний повинен натиснути кнопку SB1 і утримувати її в натиснутому стані- при натисканні кнопки SB1 розмикається ланцюг відліку часу і він зупиняє облік часу. Так при численних «дослідах» кращий результат 0,11 сек., серед учнів. Живлення на світлодіод HL1 надходить від батареї електронного секундоміра. Як показав експеримент, час перемикання кнопки значно менше, ніж перемикача, тому і застосовано кнопковий перемикач. Вимірювач часу реакції також  показано на фото 1. 

   Література:

1. Якубовский С. В. и др. Цифровые и аналоговые микросхемы. Справочник- М., изд. «Радио и связь» 1989 г. 

2. Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/

       Учениця Кельменецького професійного ліцею Крістина Сирбу демонструє       

      «Електронний секундомір, генератор сітки частот» 

  Автоматичне визначення часу в лабораторних роботах по     визначенню прискорення при скочуванні кульки по жолобу 

    Щоб виміряти прискорення кульки, що скочується по похилому жолобу зазвичай проводять декілька замірів часу скочування кульки і беруть середню величину. Щоб похибка вимірювання часу була менша, автор пропонує автомат; суть якого в тому, що учень за допомогою перемикача вмикає електронний секундомір і в цей же час електромагніт «відпускає» залізну кульку і вона скочується по металевому жолобу і в кінці жолоба  кулька, скотившись, попадає в корзинку і висмикує її з роз’єма і ланцюг роботи електронного секундоміра переривається- секундомір визначає час скочування кульки. Ясно, що необхідно виміряти відстань від кульки, яка знаходиться коло електромагніту і до дна корзинки і це буде шлях, пройдений кулькою. Маючи дані шляху і час скочування кульки, можливо обчислити прискорення за формулою:

   Де а- (м/с²) прискорення кульки, що скочується, вважаючи, що початкова швидкість υ_п = 0 м/с

         S- шлях, пройдений кулькою по жолобу, м          t- час пройдений кулькою, с

Обчисливши прискорення можливо обчислити і кінцеву швидкість за формулою: υ_к= а × t   

Принципова електрична схема автомата приведена на рис. 1. Як видно з схеми- є два незалежних електричних ланцюга: в положенні перемикача SA1- «I»-  замкнутий ланцюг, де послідовно ввімкнуті електролампочка і електромагніт і при цьому необхідно кульку прикласти до електромагніту і вона буде утримуватись електромагнітом. Для електромагніту взято осердя від реле РПН і намотано на ньому 500 витків ізольованого дроту ПЭВ-2   ø 0,43 мм. В принципі, електромагніт можливо взяти і готовий, від реле на 

6 В. Електролампа EL1 ввімкнена для обмеження струму. Батарея на 4,5 В зібрана з трьох елементів, типу АА, ввімкнених послідовно. В принципі, можливо використовувати і акумулятори на 4,8…6 В. При перемиканні перемикача в положення «II»- ланцюг живлення електромагніту  «обривається» і кулька скочується, або вільно падає. При перемиканні перемикача в положення «II»- вмикається ланцюг для відліку часу скочування, чи падіння кульки. Коли кулька досягає дна корзини- вона відштовхує корзину і перемичка (металевий диск) висмикується з гнізд Гн.5, Гн.6, переривається ланцюг і облік часу закінчується. Електронний секундомір, який було описано раніше дає точність відліку 0,01 сек.- цього досить для замірів часу, навіть при малій висоті, малому шляху скочування кульки.

    Виготовити пристрій для таких лабораторних робіт зовсім не складно. Для жолоба підходить металевий (алюмінієвий), пластмасовий, дерев’яний кутник. Автор використав алюмінієвий кутник довжиною 95 см (такий попався під руки). В принципі, краще використовувати жолоб, якомога довший. Внизу жолоба прикріплена корзина, в яку падає кулька і висмикує перемичку з гніздового роз’єма. В якості перемички взято металевий диск діаметром 40 мм, який прикріплено до корзини. Зовнішній вигляд нижнього вузла, разом з роз’ємом показано на фото 1.

Фото 1

Роз’єм прикріплюється внизу жолоба, як це показано на фото 2.

 Фото 2. Роз’єм прикріплений до жолоба і перемичка вставлена в роз’єм

   Тумблер SA1 на фото 2 знаходиться в «II» положенні (вниз), тобто при підключенні джерела живлення електромагніт не буде працювати. При подачі напруги на електромагніт переключивши тумблер в «I»  положення (вверх) буде світити також електролампа EL1, що вказує- електромагніт під напругою; при такому положенні можна до нього прикласти залізну кульку і вона буде утримуватись. Довго подавати струм в електромагніт не бажано, щоб не розрядити батарею. Коли кулька знаходиться коло електромагніту необхідно підготовити секундомір, тобто зробити «обнулення». При перемиканні тумблера SA1 в «II» положення (вниз) замкнеться ланцюг для відліку часу, і одночасно електромагніт відпустить залізну кульку і вона буде скочуватись (вільно падати) і попаде в корзину, яка від маси кульки висмикнеться з роз’єма- відлік часу закінчиться. Гніздовий роз’єм відрегульовано так, щоб диск (прикріплений до корзини) легко висмикувався.

   Верхня частина роз’єма показана на фото 3. На кінці жолоба укріплено кільце, в якому є отвір через який просилено екранований двохжильний кабель. На кабелі є зажим- таким чином можливо змінювати місце розташування електромагніту, тобто змінювати шлях (висоту) скочування (падіння) залізної кульки. Електромагніт кріпиться до екрана кабеля, а два провідника кабеля підключаються до обмотки електромагніту.

Фото 3. Електромагніт під напругою і утримує залізну кульку

  Зовнішній вигляд пристрою- автомата, повністью, показаний на фото 4.

Тумблер SA1 в верхньому положенні- на електромагніт поступає напруга (електролампа EL1 світить) і він утримує залізну кульку. Жолоб знаходиться у вертикальному положенню для фотографування. Для проведення лабораторної роботи по визначенню прискорення при скочуванні кульки по жолобу його необхідно закріпити з певним нахилом.  

 Фото 4. Жолоб в вертикальному положенні, на електромагніт         подана напруга- залізна кулька утримується електромагнітом.

  Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/

    Автоматичне визначення часу в лабораторних роботах по    визначенню прискорення при вільному падінні кульки      Щоб виміряти прискорення кульки, що вільно падає зазвичай проводять декілька замірів часу вільного падіння кульки і беруть середню величину. Щоб похибка вимірювання часу була менша, автор пропонує автомат; суть якого в тому, що учень за допомогою перемикача вмикає електронний секундомір і в цей же час електромагніт «відпускає» залізну кульку і вона вільно падає і в кінці жолоба  кулька попадає в корзинку і висмикує її з роз’єма і ланцюг роботи електронного секундоміра переривається- секундомір визначає час вільного падіння кульки. Ясно, що необхідно виміряти відстань від кульки, яка знаходиться коло електромагніту і до дна корзинки і це буде шлях, пройдений кулькою. Маючи дані шляху і час вільного падіння кульки, можливо обчислити прискорення за відомою, з курсу фізики, формулою.

Якщо жолоб поставити вертикально, то можливо обчислити прискорення кульки при вільному падіння g (м/с²) за формулою:

   Де g- (м/с²) прискорення кульки, що вільно падає, вважаючи, що початкова швидкість υ_п = 0 м/с

         h- шлях (висота), пройдений кулькою при вільному падінні, м          t- час пройдений кулькою, с

Обчисливши прискорення можливо обчислити і кінцеву швидкість за формулою: υ_к= g × t   

Принципова електрична схема автомата (та ж сама, що використовувалась для визначення прискорення при скочуванні залізної кульки по жолобу) приведена на рис. 1. Як видно з схеми- є два незалежних електричних ланцюга: в положенні перемикача SA1- «I»-  замкнутий ланцюг, де послідовно ввімкнуті електролампочка і електромагніт і при цьому необхідно кульку прикласти до електромагніту і вона буде утримуватись електромагнітом. Для електромагніту взято осердя від реле РПН і намотано на ньому 500 витків ізольованого дроту ПЭВ-2 ø 0,43 мм. В принципі, електромагніт можливо взяти і готовий, від реле на 6 В. Електролампа EL1 ввімкнена для обмеження струму. Батарея на 4,5 В зібрана з трьох елементів, типу АА, ввімкнених послідовно. В принципі, можливо використовувати і акумулятори на 4,8…6 В. При перемиканні перемикача в положення «II»- ланцюг живлення електромагніту  «обривається» і кулька скочується, або вільно падає. При перемиканні перемикача в положення «II»- вмикається ланцюг для відліку часу скочування, чи падіння кульки. Коли кулька досягає дна корзини- вона відштовхує корзину і перемичка (металевий диск) висмикується з гнізд Гн.5, Гн.6, переривається ланцюг і облік часу закінчується. Електронний секундомір, який було описано раніше дає точність відліку 0,01 сек.- цього досить для замірів часу, навіть при малій висоті, малому шляху вільного падіння кульки.

     Виготовити пристрій для таких лабораторних робіт зовсім не складно. Для жолоба підходить металевий (алюмінієвий), пластмасовий, дерев’яний кутник. Автор використав алюмінієвий кутник довжиною 95 см (такий попався під руки). В принципі, краще використовувати жолоб, якомога довший. Внизу жолоба прикріплена корзина, в яку падає кулька і висмикує перемичку з гніздового роз’єма. В якості перемички взято металевий диск діаметром 40 мм, який прикріплено до корзини. Зовнішній вигляд нижнього вузла, разом з роз’ємом показано на фото 1.

Фото 1

Роз’єм прикріплюється внизу жолоба, як це показано на фото 2.

     Фото 2. Роз’єм прикріплений до жолоба і перемичка вставлена в

                  роз’єм

   Тумблер SA1 на фото 2 знаходиться в «II» положенні (вниз), тобто при підключенні джерела живлення електромагніт не буде працювати. При подачі напруги на електромагніт переключивши тумблер в «I»  положення (вверх) буде світити також електролампа EL1, що вказує- електромагніт під напругою; при такому положенні можна до нього прикласти залізну кульку і вона буде утримуватись. Довго подавати струм в електромагніт не бажано, щоб не розрядити батарею. Коли кулька знаходиться коло електромагніту необхідно підготовити секундомір, тобто зробити «обнулення». При перемиканні тумблера SA1 в «II» положення (вниз) замкнеться ланцюг для відліку часу, і одночасно електромагніт відпустить залізну кульку і вона буде скочуватись (вільно падати) і попаде в корзину, яка від маси кульки висмикнеться з роз’єма- відлік часу закінчиться. Гніздовий роз’єм відрегульовано так, щоб диск (прикріплений до корзини) легко висмикувався.

   Верхня частина роз’єма показана на фото 3. На кінці жолоба укріплено кільце, в якому є отвір через який просилено екранований двохжильний кабель. На кабелі є зажим- таким чином можливо змінювати місце розташування електромагніту, тобто змінювати шлях (висоту) скочування (падіння) залізної кульки. Електромагніт кріпиться до екрана кабеля, а два провідника кабеля підключаються до обмотки електромагніту.

Фото 3. Електромагніт під напругою і утримує залізну кульку

  Зовнішній вигляд пристрою- автомата, повністью, показаний на фото 4. Тумблер SA1 в верхньому положенні- на електромагніт поступає напруга (електролампа EL1 світить) і він утримує залізну кульку. Жолоб знаходиться у вертикальному положенню, що використовується в лабораторній роботі по визначенню прискорення при вільному падінні кульки.

 Фото 4. Жолоб в вертикальному положенні, на електромагніт         подана напруга- залізна кулька утримується електромагнітом.

Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/

                Демонстрація роботи камертонного генератора

   При вивченні розділу про магнетизм в шкільній програмі з фізики  доцільно продемонструвати камертонний генератор.

Камертон – металевий прилад у формі двозубою вилки, який при ударі створює чистий тон постійної частоти. Камертон відіграє важливу роль у фізиці, медицині.

  Камертон винайшов в 1711 р британський музикант Джон Шор. Камертоном утворює чисто синусоїдальну акустичну хвилю зручну для настройки музичних інструментів. У медицині камертон застосовують для оцінки слуху пацієнта.

   В 1860 фізики Герман фон Гельмгольц і Рудольф Кеніг винайшли електромагнітний камертон. 

   Щоб виготовити камертонний генератор необхідно зібрати схему, приведену на рис. 1. 

    На транзисторах VT1, VT2 зібрано двухтактний підсилювач з трансформаторним виходом на трансформаторі Т1. Генерація появляється завдяки позитивному зворотньому зв’язку, утворенному вторинною обмоткою (II) трансформатора Т1 і котушкою L1 біля камертона. Позитивний зворотній зв’язок досить сильний, тому на виході сигнал буде П- подібний.

    Якщо в схемі не виникає генерація, то кінці вторинної обмотки трансформатора Т1 необхідно поміняти місцями. Камертонний генератор має велику стабільність частоти- 2,5 × 10^-4 Гц; практично це можливо прирівняти з точністю роботи годинника, протягом доби. Хоча така стабільність нижча, ніж в генераторах з використанням кварцевих резонаторів (10^-6), проте достатньо  висока. 

    Конструкція камертонного генератора показана на фото 1. З лівої сторони розміщено постійний магніт і за допомогою смужок трансформаторного заліза магнітне поле «поступає» до камертона; таким чином камертон знаходиться в магнітному полі між «південним» і «північним» полюсами. Розташування котушок L1 і L2 також видно на фото. 

  Фото 1. Камертонний генератор на 2880 Гц, кожух з камертона знятий для наглядності

   Котушка L1 має 600 витків дроту типу ПЭЛШО ø 0,1 мм. Котушка L2 має 900 витків дроту, з відводом від середини. Дані трансформатора Т1: трансформаторне залізо Ш5×7,5,  50НХС-0,35, W1= 1200 витків дроту ПЭВ-2 ø 0,1 мм, з відводом від середини  W2= 600 витков провода ПЭВ-2 ø 0,1 мм.  «Камертончик» малих розмірів (такий попався під руку), тому частота генерації відносно висока- 2880 Гц. Камертонні генератори, в залежності від геометричних розмірів камертона,  можуть мати частоту від 10 Гц до 12 кГц.    На транзисторі VT3 зібрано емітерний повторювач, чим забезпечено низькоомний вихід схеми. Якщо не планувати подальше ділення, то транзистори типу n-p-n можна замінити на транзистори типу p-n-p; так VT1, VT2 типу КТ502, з любим буквеним індексом, VT3 на КТ814 також з любим буквеним індексом. При використанні транзисторів типу p-n-p необхідно змінити полярність підключення оксидних конденсаторів С1 і С2 і полярність підключення джерела живлення.

   При бажанні можна зробити подільник частоти на тригерах типу К155ТМ2 і отримати сітку частот 1440 Гц; 720 Гц; 360 Гц; 180 Гц; 90 Гц; 45 Гц; 22,5 Гц; 11,25 Гц. Для отримання такої сітки частот потрібно чотири мікросхеми, типу К155ТМ2- в одному корпусі два тригера. Схема подільника частоти приведена на рис. 2. 

    Для гучного прослуховування різних частот використано підсилювач низької частоти (ПНЧ). Частоту 11,25 Гц людина не чує, а введено її для того, щоб впевнитись в цьому.

   Підсилювач низької частоти виконаний за стандартною схемою на мікросхемі К174УН4Б. Бажана гучність звучання встановлюється за допомогою потенціометра R2. На транзисторі VT1, резистори R1, стабілітрон VD1, і конденсаторах С1, С2 виконаний стабілізатор напруги на 5 В для живлення мікросхем. Конденсатори С3...С6 встановлюються при монтажі біля корпусів мікросхем і запаюються на ± 5 В. Для прикладу, з’єднавши провідником гнізда 1440 Гц і вхід ПНЧ буде гучно чути цю частоту.

    Камертонний генератор зібрано на макетній платі учнями гуртка «радіоконструкторів». При бажанні можливо розробити друковану плату- схема досить проста, і зробити її може навіть радіоаматор- початківець.     Ясно, що при інших геометричних розмірах камертона отримаємо іншу частоту генерації камертонного генератора.

     Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/

  Термопара (термоелектричний перетворювач) - пристрій, що застосовується в промисловості, наукових дослідженнях, медицині, в системах автоматики. Застосовується в основному для вимірювання температури.

  Термопара - пара провідників з різних матеріалів, з'єднаних на одному кінці і при різній температурі на кінцях провідників утворюється термоелектричний ефект, тобто між кінцями появляється напруга  (термо-ЕРС). Так, для прикладу; при температурі спаю ніхрому і алюміній-нікелю дорівнює 300⁰ C термо-ЕРС складає 12,2 мВ.

 Термопари знайшли широке використання в техніці. Їх переваги - можливість вимірювання температур у великих діапазона- простота пристрою і надійність в експлуатації. Недоліки термопар - невелика чутливість, яка в ряді випадків призводить до ускладнення вимірювальних схем, а також необхідність підтримки постійної температури холодних спаїв.

   В запропонованій конструкції отримано термо-ЕРС значно меньша, але використано поширені метали- залізо і алюміній. Мета досліду демонстрація роботи термопари і не ставилась ціль- отримати максимальну термо-ЕРС.    На практиці часто використовують не один елемент, а батарею з декількох елементів, включених послідовно.

    В даній, запрпонованій конструкції три елементи включені послідовно. При нагріванні тільки одного елемента відхилення стрілки мікроамперметра незначне, а при нагріванні всіх трьох елементів відхилення стрілки в три рази більше. Конструкція батареї з трьох елементів показана на фото 1.  На клемі, яка знаходиться на залізному дроті буде позитивний потенціал, а на алюмінієвому дроті- негативний потенціал.

              Фото 1. Батарея з трьох термопар залізо- алюміній «дає» 4 мкА    Схематично, батарея з трьох термопар показана на рис.1. В принципі, можливо зробити батарею з багатьма елементами і отримати більшу  напругу. 

 В 50-ті роки минулого століття термобатареї використовували для живлення батарейних радіоприймачів, як це показано на фото 2. 

Фото 2  (Фото з Інтернету)

Термопари часто використовують для вимірювання температур.

Термопари можуть застосовуватися для вимірювання наступних температур: до 350 ° С - мідь - константан, мідь - копель; до 600 ° С - залізо - константан, залізо - копель, хромель - копель; до 900 ... 1000 ° С -хромель - алюмель; до 1600 ° С - платинородій - платина.

Велику термо-ЕРС мають термопари з використанням напівпровідникових матеріалів. Для металевих термопар термо-ЕРС в межах 10-100 мкВ/К, а для напівпровідникових термопар він становить   1000 мкВ/К.

   Напівпровідникові термопари використовуються в перетворювачах теплової енергії в електричну - термогенераторах. Такі джерела електричної енергії дають напругу порядку 10-20 В і мають к.к.д. 15-20%.

    Ясно, що термопари заводського виготовлення мають значно більшу вихідну напругу, ніж термопара з алюмінія і заліза. Справа в тому,що в цих термопарах використано спеціальні матеріали. Часто використовують матеріали хромель- константан (термопари типу Е). Перевірка роботи термопари для газової колонки показано на фото 3.

Фото 3. Перевірка роботи термопари для газової колонки

Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/

          Демонстрація магнітного поля біля провідника з струмом

   На початку 19 століття три важливих відкриття змінили погляд на магнетизм: у 1819 році Ганс Християн Ерстед  відкрив, що електричний струм створює навколо себе магнітне поле. у 1820 році Жан –Батіст Біо і Фелікс Савар відкрили закон, названий їх іменем, що дозволяв знайти напруженість магнітного поля в будь-якій точці навколо провідника зі струмом. 

  Для демонстрації досліду Ерстеда необхідно зібрати схему, яка наведена на рис.1.

   Від акумулятора, типу ТР7-12 (12V, 7AH), або блока живлення   на 12 В подається  напруга на схему, в якій через електролампу розжарення на  12 В, 40 Вт, для обмеження струму в колі з досліджуємим провідником. В принципі, напругу можна взяти і меншу-   6 В; 8 В; 10 В, а електролампа розжарення може бути така ж, як у першому випадку. Електролампу EL1 можливо замінити дротяним опором на 3 Ом з потужністю 25 Вт, але електролампа менш дефіцитна, ніж опір на 3 Ом.

    Якщо перемикач знаходиться в I-му положенні, то буде світити світлодіод HL1 червоного кольору і до провідника в точку Б буде прикладено +12 В, а в точці А буде мінусова напруга.

   Якщо перемикач знаходиться в II-му положенні, то буде світити світлодіод HL2 зеленого кольору і до провідника в точку Б буде прикладено -12 В, а в точці А буде плюсова напруга.

  Для індикації наявності магнітного поля використовується компас з магнітною стрілкою. Для проведення досліду необхідно виготовити пристрій, по описаній вище схемі; який показано на фото 1. Пристрій необхідно розташувати так, щоб провідник був в напрямку південь- північ і під провідником поставити компас. Провідник на ділянці А- Б мідний діаметром 3 мм., а від точки Б до перемикача багатожильний, з перерізом S= 4,5 мм², або два провідника з меншим перерізом, ввімкнених паралельно. Електролампа EL1 захищена металевим «ковпаком», щоб світло від лампи не осліплювало очі. В авторському варіанті напругу ±12 В подано від акумулятора типу ТР712 (12V, 7AH), який поміщено в одному корпусі з зарядним пристроєм.

Підключати пристрій з провідником слід на короткий час, щоб менше розряджати акумулятор. 

  Стрілка компаса і провідник повинні бути паралельні  до подачі струму в провідник. Якщо подати струм в провідник, то стрілка компаса відхилиться вліво, або вправо- в залежності від напрямку струму в провіднику. Напрям струму змінюється перемикачем SA1. Як показує експеримент, при малому струмові 1…2 А буде незначне відхилення стрілки компаса, а при струмові  4…5 А стрілка відхилиться на значно більший кут до провідника. Навіть незначне відхилення стрілки вказує на наявність магнітного поля навкруг провідника. Без впливу магнітного поля Землі стрілка компаса відхилялась би на значно більший кут. Якщо перемикати перемикач SA1 часто, то стрілка компаса коливається вліво- вправо, від вихідного положення; тобто середнє положення- вихідне і при підключенні змінного струму частотою 

50 Гц- стрілка компасу відхилятись взагалі не буде.

    Фото 1. Демонстрація відхилення стрілки компаса при проходженні постійного струму, (дослід Ерстеда).

   Магнітне поле навколо провідника від змінного струму також існує, але воно змінне і виявити його можливо за допомогою індуктивного датчика; підключеного до  індикатора змінної напруги. Принципова електрична схема індикатора змінної напруги приведена на рис. 2.     

   Як видно з схеми- застосовано найпростіший двохкаскадний підсилювач, до якого можна підключити високоомні телефони типу ТОН-2М, перероблені; як це показано на схемі. Через випрямний міст на діодах 

VD2 ... VD5 підключений мікроамперметр РА1 на 200 мкА для індикації рівня змінної напруги. Мікроамперметр РА1 захищений від перевантаження зустрічно паралельно включеними діодами VD6, VD7. 

  Як показало випробування, приведеного підсилювача, він має коефіцієнт посилення рівний 3300. Чутливість його досить висока- 1,8 мВ. В авторському варіанті транзистори мають наступні коефіцієнти посилення по постійному струму h_21е: для VT1- h_21е = 96, для VT2- h_21е = 120.

    Якщо транзистори матимуть інші значення h_21е, то потрібно буде підібрати режими роботи транзисторів VT2 і VT1 зміною величини опору резисторів R7 і R2. Перший транзистор (VT1) типу КТ501 малошумящий, з Кш = 4 Дб і завдяки цьому власні шуми підсилювача невеликі.

   Таким чином змінне магнітне поле можливо і «почути» і оцінити його «силу» по відхиленню стрілки мікроамперметра. Прилад можливо живити від батареї «Крона», або від шести елементів типу АА, включених послідовно, напругою ±1,5 В. 

 Індуктивний  датчик на L1 під’єднується екранованим провідником. Для датчика взято феритове кільце діаметром 16 мм і висотою 5 мм з µ= 2000 і навколо нього намотано 150 витків дроту типу ПЕЛШО ø 0,1 мм. В принципі, феритове кільце може мати і інші розміри. Можливо також використати кільце з пермалоєвого заліза, яке має µ= 10000. З таким індуктивним датчиком навіть при невеликих струмах поле відчувається на відстані 10…15 см. При великих струмах в провіднику, порядку 2…3 А, змінне електричне поле фіксується на відстані 50…80 см; навколо провідника з струмом. На пристрій, показаний на фото 1 подається змінна напруга 12 В від понижувального трансформатора- при цьому перемикач SA1 може бути в любому положенні і світлодіоди HL1 і HL2 світять разом. Якщо від понижувального трансформатора в коло ввімкнути потужний діод типу Д242, то отримаємо пульсуючий постійний струм, від якого виникає пульсуюче магнітне поле, яке також фіксує індуктивний датчик. 

   Приведені схеми досить прості, дефіцитних деталей не мають і виготовити їх не важко навіть радіоаматорам- початківцям.

 Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/

Використання феритових сердечників з ППГ

     Сердечники з прямокутними петлями гістерезиса (ППГ).   Довгий час основним засобом створення оперативних запам’ятовуючих пристроїв  (ОЗП) були тороїдальні магнітні сердечники з ППГ. Визначалося це тим, що напівпровідникові прилади, для створені ЗП, були досить дорогими елементами. 

     Пам'ять на магнітних сердечниках (англ. Magnetic core memory) або феритовая пам'ять (англ. Ferrite memory) - пристрій, що запам'ятовує, зберігає інформацію у вигляді напрямку намагніченості маленьких феритових сердечників, які зазвичай мають форму кільця. Феритові кільця розставлялися в прямокутну матрицю і через кожне кільце проходило (в залежності від конструкції пристрою, що запам'ятовує) від двох до чотирьох проводів для зчитування і запису інформації. Пам'ять на магнітних сердечниках була основним типом комп'ютерної пам'яті з середини 1950-х і до середини  1970-х років.Ідея пристрою, що запам'ятовує у вигляді матриці феритових сердечників вперше виникла в 1945 році у Джона Преспера Екерта, одного з творців ЕНІАК.

   У 1970 році Intel випустила пам'ять DRAM на напівпровідниковій мікросхемі. На відміну від пам'яті на магнітних сердечниках, пам'ять на мікросхемах значно економніші. Таким чином в 1970-х роках пам'ять на магнітних сердечниках була замінена на пам’ять мікросхемну.

  На відміну від напівпровідників, магнітні сердечники не бояться радіації і тому пам'ять на магнітних сердечниках продовжують використовувати у військових і космічних система, для прикладу, її використовували в бортових комп'ютерах Шатлів. Сердечники з ППГ без допоміжних джерел живлення можуть зберігати інформацію десятки років.

   Хоча тепер феритові сердечники з ППГ використовуються не часто, все таки- на факультативних заняттях варто познайомитись з принципом роботи пам’яті на феритовому кільці з ППГ. Принцип роботи комірки пам’яті (КП) буде ясним, познайомившись з роботою приведеної схеми

 Для демонстрації пам’яті на кільці з ППГ необхідно зібрати просту схему, приведену на рис.1.

   Схема працює таким чином: встановим перемикач SA1 в положення «I» і натиснемо короткочасно кнопку SB1; при цьому в ланцюгу R3- L1 буде протікати струм (позитивний імпульс, засвітиться короткочасно світлодіод HL1 зеленого кольору) і феритове кільце намагнічується в визначеному напрямку і залишається в такому стані і після розмикання контактів кнопки- таким чином записується в  КП (феритове кільце з ППГ) «1».  Допустимо, що немає інформації, що записано в КП. Для зчитування інформації, вмикаємо перемикач SA2 і короткочасно натискуємо кнопку SB2- при цьому в ланцюгу R4- L2 буде протікати струм (негативний імпульс, засвітиться короткочасно світлодіод синього кольору) і кільце перемагнітиться, тобто зміниться напрям намагніченості- при цьому в інформаційній обмотці L3 появляється позитивний імпульс, від якого відкриється тиристор VS1 (і залишиться у відкритому стані) і будуть світити світлодіоди HL4 і HL5, червоного кольору. Світіння світлодіодів HL4 і HL5 означає, що в КП була записана «1».  Для приведення схеми в початковий стан необхідно вимкнути перемикач SA2.       Для записування «0» (незалежно від того,  що було записано раніше) в КП необхідно перемикач SA1 поставити в положення «II» і короткочасно натиснути кнопку SB1- «0» записується негативним імпульсом; короткочасно засвітиться світлодіод HL2 жовтого кольору. Для зчитування інформації записаної в КП вмикаємо перемикач SA2 і короткочасно натискуємо кнопку SB2 (короткочасно засвітиться світлодіод HL3 синього кольору). Феритове кільце не буде перемагнічуватись і тиристор не відкриється- світлодіоди HL4 і HL5 світити не будуть- це і є інформація, що записано в КП «0». Тобто, якщо не «1», то «0»- більше варіантів немає. Навіть якщо декілька разів натискувати кнопку SB2, то нічого не зміниться. Після зчитуванні інформації з КП, комірка буде завжди в положенні «0».  

   Експерименти доцільно робити двом учням: один проводить запис в КП, а другий проводить зчитування. Щоб не було інформації- в якому положенні був перемикач SA1 при записуванні- його можливо закривати ковпачком.  Замість світлодіодів синього, жовтого кольору можливо взяти  світлодіоди зеленого кольору, зробивши необхідні відмітки [запис «1» (HL1), запис «0» (HL2) і «зчитування» (HL3)].  

   Більш цікаво буде, коли зробити чотири такі схеми, або пронумеровати чотири КП і зробити їх з роз’ємами (по шість «ножів»)- тоді записуючи інформацію в кожну з КП і зчитавши інформацію можна «закодувати» одну з цифр від 0 до 9. Таблиця 1 для кодування приведена нижче. Як описувалось вище, в КП для комп’ютерів провід проходить через кільце- це і є котушка. У схемі, приведеній на рис.1, в КП використані кільця з ППГ на яких намотано котушки по 5-ть витків дроту, типу ПЭЛШО  ø 0,18 мм. При таких котушках струм запису, зчитування значно меншої величини. Котушки намотані секціями і розміщені на 120⁰ одна від одної. Діаметр кільця з ППГ, використаного в конструкції, 4 мм (бувають і меші за розмірами).

   В принципі, кільця з ППГ можна використовувати і в різних пристроях автоматики. Наведу приклад: якщо в схемі, приведеній на рис.1, замість світлодіодів HL4 і HL5 і резистора R7 встановити електромагнітне реле, то отримаємо охоронний пристрій- запишемо «1» в КП і переведемо перемикач в положення «II» і при ввімкненому перемикачі SA2 буде черговий режим охорони. При короткочасному натискуванні «потаємної» кнопки, під’єднаної паралельно до  SB1- КП перемагнітиться (запис «0» після «1») і виникне імпульс для управління тиристором, який відкриється і спрацює реле і замкне ланцюг включення сигналу «тривога». Навіть при відключенні живлення схеми в КП залишиться ця інформація. Така схема в режимі чергування не споживає електроенергії взагалі.

                                                        Таблиця 1

Такий вигляд має матриця пам’яті з кільцями ППГ (фото з Інтернету- http://s00.yaplakal.com/pics/pics-original/)

Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/

              Демонстрація гальванопластики і гальваностегії

     Винахідник гальванопластики був Б. С. Якобі.  Ним було дано  визначення гальванопластики в 1840 р: в трактаті, «Гальванопластика або спосіб за даними зразкам виробляти мідні вироби з мідних розчинів за допомогою гальванізму».    

   Е. Буан в 1895 р. дав таке визначення гальваностегії: «Гальваностегія має на меті покриття металевим шаром поверхні якого-небудь тіла для запобігання його від шкідливих впливів атмосфери або для надання йому більш витонченого виду».

    В теперішній час в гальванотехніці широко використовується і гальванопластика і гальваностегія.

 Обидва види гальванотехніки можливо продемонструвати учням на уроках фізики.

   Найпростіше зробити гальваностегію, тобто покриття виробів з металу.    Зовсім просто оміднювати  деталі з заліза, та інших металів; окрім алюмінію і його сплавів, у яких є тонка плівка окислу, що вкриває деталь.    Електроліт приготовимо по приведеному рецепту: 

     Кристалічного сульфата міді 200 г

     Концентрованої сірчаної кислоти 50 г (150 мл сірчаної акумуляторної      кислоти з питомою вагою 1,27) 

     Етиловий спирту 96% 50 г, або 100 мл горілки 40⁰, або 2 г фенолу       Вода дистильована до 1 літра.

  Спочатку розчинемо сульфат міді в 500 мл підігрітої до 40⁰ дистильованій воді, потім  обережно, маленькими порціями добавим сірчаної кислоти. При цьому розчин додатково нагрівається і може навіть розбризгуватись. Дистильовану воду можливо купити в аптеці.  Все це потрібно робити в витяжному ящику, або назовні приміщення і додержуючись правил техніки безпеки при роботах з хімікатами. Після цього доливаємо спирт (горілку) і до 1 л добавляємо дистильованою водою до 1 л.

 Деталь, що буде покриватись металом необхідно ретельно очистити, і знежирити у розчині такого складу:

     Їдкий натр 160 г

     Кальцинована сода 60 г

     Силікатний клей 6 г

     Спирт 96%  20 мл

     Вода дистильована    1 л

  Знежирення проводять в ванні при температурі 80…100⁰ протягом 10…15 хвилин. Знежирену деталь виймати знежиреним пінцетом.

Для досліду беремо літрову скляну банку (можливо взяти і на 0,75, 0,5 л) і з однієї сторони (можна і обох сторін) ставимо мідні електроди (три, чотири мідні трубки, або мідні пластинки). До цих електродів під’єднуємо провідник, який подаємо на «+» джерела живлення. До металевої деталі, яку необхідно оміднити   під’єднуємо провідник, який подаємо на «-» джерела живлення.   Як джерело живлення можливо використати випрямляч для зарядки акумуляторів, який має стабілізацію по струму. Схема такого випрямляча була описана на сайті в цьому ж розділі («Простий зарядний пристрій»). Такий пристрій може давати фіксовані струми: 90 мА, або 180 мА, що забезпечує процес гальванізації невеликих поверхень металів. Простий зарядний пристрій дає пульсуючий струм, але для демонстрації це цілком підходить. Якщо немає такого джерела живлення, то можливо зробити гальванізацію від акумулятора на 12 В, або від 6…8-ми елементів живлення, типу 373, ввімкнених послідовно. Для обмеження струму до 90 мА необхідно в коло вмикати електролампу розжарення на 12 В, 1 Вт, або резистор на 130 Ом- потужністю 2 Вт. 

   Через деякий час (2…5 хв.) на катоді (негативний електрод) буде виділятись світло-червона металічна мідь, а на аноді (позитивний електрод) з мідних електродів мідь буде переходити в розчин. Як показує експеримент, досить і 10 хв, щоб шар міді на деталі, яку оміднюємо був досить великий. Ясно, що чим довше проводити процес гальванізації і чим більший струм протікає через розчин, то нанесений шар буде товстішим. Вигляд обміднених залізних виробів показано на фото1.

                                       Фото 1. Оміднені цвяхи

     В загальному, як показують розрахунки, при струмі в 1 А за 1 годину маса деталі, яка омідниться збільшується на 1,18 г.

  Як відомо з теорії законів електролізу, є формула з числом Фарадея F (точне значення F- 96,498 А.с.моль^-1). По цій формулі (приведена нижче) можливо розрахувати необхідний струм для виділення з розчину необхідної маси металу). 

   Практично, деталь; яка оміднюється можливо зважити до електролізу і після електролізу і виявити на скільки збільшилась маса.

   Деталі можливо не тільки оміднити, а і робити нікелювання, хромування, цинкування, лудіння, сріблення. Рецепти розчинів для цього є в (1). 

 Деталі можливо також і позолотити методом електролізу по рецепту, приведеному в (2) (Інтернет).   

    Перед хромуванням, нікелюванням, і іншими видами нанесення металу; деталь, спочатку оміднюється.

  Демонстрація гальванопластики:

 Нанести шар міді можливо також і на паперові, пластмасові вироби, якщо на них нанести клей (суперцемент, або інший), а потім посипати розтовченим графітом, змішаним з пилом міді. Зовнішній вигляд  квітки з мідною «обшивкою» показано на фото 2. 

              Фото 2. Квітка, зроблена методом гальванопластики

     Поводитись з хімікатами необхідно обережно, щоб унеможливити опікі і  пошкодження одежі; користуючись гумовими кислотостійкими рукавицями і в захисних окулярах і тільки під наглядом вчителя. У разі опіку шкіри обпечену ділянку необхідно промити сильним струменем води, а потім при опіках лугами промити 3% розчином оцту, а при опіках кислотами- 3% -ним розчином бікарбонату натрію.

Література: 

1.   Шкержик Я. Рецептурный справочник для электротехника, М, ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1989 г.

2.   https://hochuzoloto.com/prochee/kak-pozolotit-metall-v-domashnih-usloviyah.html

3.   Співавтори: Бабин Дмитро Святославович, Бабин Святослав Філатович 

Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» https://radiour5ydn.jimdofree.com/