/
Author: Шамаш С.Я.
Tags: физика лабораторные работы естественные науки сборник статей эксперименты
Year: 1966
Text
s
ФИЗИЧЕСКИЙ
ЭКСПЕРИМЕНТ
В ШКОЛЕ
ПРОСВЕЩЕНИЕ
19 66
9
g
ФИЗИЧЕСКИМ
ЭКСПЕРИМЕНТ
В ШКОЛЕ
ВЫПУСК 3
ПОСОБИЕ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ПРОСВЕЩЕНИЕ»
МОСКВА IBM
ОТ СОСТАВИТЕЛЯ
Развитие школьного эксперимента является одной из актуальных задач
совершенствования преподавания физики и астрономии. В процессе решения
этой важной задачи передовые учителя непрерывно разрабатывают новые
демонстрационные опыты и лабораторные работы, конструируют новые при-
боры и вносят усовершенствования к имеющемуся оборудованию.
Опыт передовых учителей и методистов в совершенствовании школь-
ного эксперлмента представляет несомненный интерес для широкого круга
учителей физики и астрономии, для студентов физико-математических факуль-
тетов педагогических институтов и методистов. Настоящий сборник будет
способствовать распространению этого опыта.
Третий выпуск сборника «Физический эксперимент в школе», как и пер-
вые два, состоит из материалов, присланных в редакцию журнала «Физика
в школе», но не опубликованных из-за ограниченного объема этого
журнала.
Статьи в сборнике сгруппированы в шесть разделов: механика, теплота и
молекулярная физика, электричество, оптика, астрономия и полезные советы.
В этих разделах помещены статьи, отражающие различные стороны школь-
ного эксперимента: демонстрационные опыты, лабораторные работы для фрон-
тальных занятий и физического практикума, самодельные приборы, различные
конструкции и установки для внеклассных занятий и др.
Сборник содержит статьи с описанием оригинальных приборов, опытов и
лабораторных работ, которые, дают возможность повысить уровень препода-
вания физики в средней школе. В этих статьях раскрываются пути, расши-
ряющие возможности школьного эксперимента при изучении таких важных
и современных вопросов, как ультразвук, полупроводники, ток в газах, фото-
электрический эффект, телевидение, автоматика и телемеханика, дифракция и др.
Замечания и предложения по данному сборнику просим сообщить в ре-
дакцию физики издательства «Просвещение» по адресу: Москва, И-18, 3-й
проезд Марьиной рощи, дом 41.
С. Я. Шамаш
Рецензент С. Е. Каменецкий
МЕХАНИКА. ТЕПЛОТА
И. А. Захалев, В. В. Пуставит
(Кировоград)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ
ПРИ СВОБОДНОМ ПАДЕНИИ
Для нахождения величины g используются сведения, приобре-
тенные учащимися при изучении прямолинейного равномерного
и равномерно-переменного движения, ’ работы и энергии. Вывод
окончательного выражения для определения ускорения при свобод-
ном падении требует знания геометрической прогрессии, изучаемой
в курсе математики средней школы.
Лабораторную работу по определению g целесообразно поста-
вить в одном из трех случаев: 1) при повторении курса физики;
2) в практикуме X класса; 3) в порядке кружковой работы. Можно
также предложить отдельным ученикам X класса, успешно справив-
шимся с выполнением лабораторной работы «Определение ускоре-
ния силы тяжести с помощью маятника» по теме «Колебания», из-
мерить gдругим способом, азатем сравнить полученные результаты
и оценить точность измерения в обоих случаях.
Предлагаемый способ определения ускорения свободного паде-
ния требует наличия следующего оборудования: секундомера; ме-
таллического шарика диаметром 0,8—1 см; гладкой гранитной
плиты размером 300 х 300 мм; двухметровой линейки с делениями;
уровня.
Гладкая гранитная плита с помощью уровня устанавливается
строго горизонтально. Металлический шарик, поднятый на высоту
1,2—1,5 м, свободно падает на гранитную плиту. Ударившись, он
подпрыгивает, падает на плиту, снова подпрыгивает и т. д. Рассмот-
рим движение шарика с момента первого удара. Отскочив от плиты,
шарик подымается на высоту ht (рис. 1), двигаясь равнозамедлен-
но с ускорением g, а потом падает с высоты /ц с таким же ускоре-
нием. При этом между двумя последовательными ударами о плиту
шарик проходит отрезки, равные 2hlt 2h2, ... и т. д.
3
Весь путь, пройденный шариком за п -f-1 удар о плиту, равен:
s = fcp т, где ц.р — средняя скорость движения шарика (среднее
значение из абсолютных значений скоростей), а т — время между
первым и п +1 ударами шарика о плиту (определяется с по-
мощью секундомера). Так как отсчет пути идет с момента пер-
у1ср+’«« + илср
вого удара, то при п-\- 1 ударах уср =---------,где у1ср, у2ср, ...
^—средние скорости движения шарика на путях 2hlt 2Л2,..., 2hn.
Нетрудно установить, что и1ср, = , и2ср=..., уяср = . Здесь
— промежутки времени, за которые шарик проходит соот-
ветственно пути 2hv 2h2, ..., 2hn.
Таким образом,
Vcp = (^1 + ^2 + +6Л
Учитывая, что + t2 + ... + tn = т, полу-
чаем:
s — —,
4и '
откуда
(1)
т2
Причем, s = 2hr + 2/г2Ц-... 4~2/in; hv ..., hn нахо-
дим по известной величине h (высота, на которую
сначала был поднят шарик над гранитной плитой)
и коэффициенту отражения шарика k. Коэффи-
циент k определяется с помощью соотношения
k — — , где Н — высота, с которой шарик падает,
и
а Нх — высота, на которую он подымается после уда-
ра. Желательно коэффициент k определить не-
сколько раз для различных высот Н и вычислить
среднее арифметическое значение. Таким образом,
для s получаем следующее соотношение: s= 2hk -|~ 2hk2 -f-... 2hknt
или s — 2h (&Ц-&2 4- ••• + ^)-
Выражение в скобках представляет собой сумму геометриче-
ской прогрессии. Следовательно,
2hk (k” — l)
k — 1
Подставляя это значение в выражение (1), получим окончательную
формулу для определения величины ускорения при свободном
падении:
4
Shnk (kn — \)
8 t*(k — 1)
Если в физическом кабинете школы не окажется приборов и
предметов, рекомендуемых в статье, то их можно заменить другими.
Точность определения ускорения силы тяжести останется достаточ-
но высокой, вполне удовлетворяющей требованиям, предъявляемым
к школьной лабораторной работе. Гранитную плиту можно заме-
нить гладкой полированной дос-
кой, а металлический шарик —
мячиком для игры в настольный
теннис.
Для определения коэффициента
отражения k следует воспользо-
ваться линейкой с делениями дли-
ной 1,2—1,5 м, так как при боль-
ших высотах падения начинает ска-
зываться сопротивление воздуха.
Для достижения большей точ-
ности в определении значения k
можно порекомендовать простое
приспособление для фиксирования
положения шарика в верхней точ-
ке после удара. Оно состоит из
стойки, вдоль которой могут пере-
мещаться две параллельные план-
ки, причем планки устанавливают-
ся на одном уровне перпендику-
лярно к стойке (рис. 2).
Ниже приведены результаты нескольких измерений величины k
и g, в которых были использованы теннисный шарик и гладкая де-
ревянная доска.
Таблица результатов измерений k
№ п/п см Н2, см k
1 63 100 0,63
2 51 80 0,64 *с. = 0,64
3 38,5 60 0,64
4 32,5 50 0,65
Таблица результатов измерений g
№ п/п k Л, см п т, сек g, см/сек2
1 0,64 120 4 2,4 971
2 0,64 102 4 2,2 9§3 gcp = 980
3 0,64 77 4 1,9 994 ₽
5
М. Б. Танхаев
(Бурятская АССР,
Цакирская средняя школа)
ОПЫТНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВТОРОГО ЗАКОНА МЕХАНИКИ
Предлагаемый прибор отличается от существующих тем, что в
качестве измерителя времени в нем используется свободно падаю-
щее тело и, кроме того, фиксируются показания динамометра.
Прибор (рис. 3) состоит из основания / размерами 800 X 200 х
Х30 мм и вертикальной доски-рейки 2 высотой 1100 мм со шкалами.
К доске-рейке крепятся блоки диаметром 100 мм. На опорах осно-
вания 3 шарнирно укреплен зажим 4 с ручкой 5. Снизу зажим имеет
зубья 6. Под зажимом к основанию прибивается резиновый ков-
рик 7. Такое устройство обеспечивает мгновенное торможение ни-
тей при нажатии на ручку зажима. Рядом с зажимом располагается
предохранительная скоба 8, под которой протягиваются капроно-
вые нити, идущие через металлические скобы 9 от свободно падаю-
щего грузика 10, испытываемого грузика 11 и динамометра 12.
Динамометр изготовляется из деревянной планки размерами
500 X 20 X 10 мм с пазом для резинки или пружинки. Динамо-
метр должен быть достаточно чувствительным. Перемещение ука-
зателя на конце его пружины на 1 см должно соответствовать силе
в 2—3 Г. «Пружиной» такого динамометра может служить тонкая
резина длиной порядка 30 — 40 см. При равноускоренном движении
динамометра вверх с подвешенным к нему грузиком динамометр
покажет величину ускоряющей силы, действующей на грузик. По-
казание динамометра сохраняется и после его остановки зажимом.
К верхней части динамометра крепятся нити, идущие через
блоки от груза 13 с массой, превышающей массу динамометра с ис-
пытываемым грузиком.
Рис. 3
б
Для подготовки прибора к опытам грузы 13 и 10 поднимают до
нулевой отметки. Нити, идущие от грузов и динамометра стопо-
рят предварительно на гвоздях 14, затем прижимают нити к за-
жимам 6 и освобождают их от гвоздей.
При проведении опыта движением руки поднимают зажим и
быстро его опускают. За это время грузы 10 и 13 опускаются, а ис-
следуемый грузик 11 поднимается.
Если Н и g — соответственно высота и ускорение свободно па-
дающего грузика и h и а— высота и ускорение движения исследуе-
мого тела, то из выражений
Н = — и Л = —
2 2
находим ускорение:
“=> О)
Значение а, вычисленное по данным опыта по формуле (1), точ-
но совпадает со значением, вычисленным по формуле а = —, где
т
F — показание динамометра и т — масса грузика, подвешенного
к динамометру.
И. И. Калиниченко
(Киевская обл., п. Кагарлык)
ЕЩЕ ОДНО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕМОНСТРАЦИОННОГО
ДИНАМОМЕТРА
Понятие массы — одно из сложнейших для понимания учащи-
мися. В курсе физики мы сталкиваемся с ним при изучении второго
закона Ньютона в теме «Масса — мера инертности тела». Ссылаясь
на жизненный опыт учащихся, мы приходим к выводу, что чем
массивнее движущееся тело, тем труднее его остановить.
Можно по этой теме предложить простой опыт с остановкой
тележки Ньютона без груза и с грузом (один или два кирпича).
Барьером для остановки может служить табуретка. При ударе
груженой тележки табуретка отодвигается дальше, чем при ударе
ненагруженной тележки.
Опыт лучше проводить на полу физического кабинета между
столами, чтобы учащиеся увидели результат. Путь, пройденный та-
буреткой, можно отмечать мелом на полу.
Эффективнее аналогичный опыт с использованием демонстра-
ционного динамометра. На ножку динамометра надеваем столик,
входящий в комплект. Динамометр крепим на штативе возле ос-
нования. Штатив ставим на край демонстрационного стола. Здесь
же, на краю стола, ставим наклонную плоскость (рис. 4) с накло-
ном 1 : 40.
7
Рис. 4
Вот и вся установка. Берем деревянный каток, поршень от мо-
тоцикла ИЖ-56, двухкилограммовую гирю из набора. При помощи
рычажных весов устанавливаем массы тел:
Л4К<МП<МГ.
Скатываем по очереди каток, поршень, гирю. Силы < F2 < F3
фиксируем по максимальному отклонению стрелки динамометра.
Вывод, чем больше масса тела, тем большая сила нужна для
его остановки, полностью подтверждается.
К. Д. Бельский
(г. Казань)
ПРОСТОЙ СПОСОБ ДЕМОНСТРАЦИИ ЯВЛЕНИЯ
НЕВЕСОМОСТИ
В резиновой груше емкостью 100 см3
(можно взять и другой емкости) раска-
ленной иглой прожигают два отверстия:
одно в дне, а другое — сбоку, на высо-
те 2 см от дна.
Наполнив грушу водой и установив
ее вверх соском, показывают, что при
открытом отверстии в соске вода из
двух отверстий вытекает свободно.
Затем грушу наполняют водой и ук-
репляют так, как показано на рисун-
ке 5. Подняв ее возможно выше, выдер-
гивают из соска затычку. Груша падает,
все отверстия в ней открыты, но вода
из груши не выливается.
То, что вода не выливается из откры-
тых отверстий в падающей груше, и ил-
люстрирует явление невесомости.
8
A. H. Кошелев
(Московская об л., г. Пушкино)
ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ
РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ
Для изготовления двигателя необходимы (рис. 6) два шарико-
подшипника / с внутренним диаметром 10—15 мм, медная труба 2
длиной 200 мм под «тугую» посадку с шарикоподшипниками, мед-
ная труба 3 длиной 130 мм под «ту-
гую» посадку с наружными кольцами
шарикоподшипников. К наружной
трубе припаивают два выходящих
сопла 4 — изогнутые трубки длиной
60 мм и внутренним диаметром 3 мм,
а на боковой поверхности внутренней
трубки просверливают восемь отвер-
стий диаметром 3 мм. Для удержания
воды в кольцевой камере устанавли-
вают два сальника 5. На внешнюю
трубку укрепляют шкив 6 и две
крышки 7 и 8.
Прибор можно приводить в дви-
жение воздухом. Для этого его кре-
пят в лапке штатива вертикально и
вращают под действием сжатого воз-
духа из камеры волейбольного мяча.
Воздух в камеру нагнетается от на-
соса Комовского или Шинца. Ана-
логично прибор приводится во вра-
щение паром.
Для демонстрации реакции вы-
текающей струи жидкости прибор
соединяют с краном водопровода и манометром через тройник,
а под прибор для собирания воды ставят стеклянный колокол от
вакуумной тарелки. Для устойчивости колокола под него уста-
навливают деревянное кольцо с коническим внутренним отверстием
диаметром 80 мм и высотой 40 мм (можно подставить калориметр).
Через стеклянный колокол вакуумной тарелки учащиеся увидят
вращение прибора и взаимодействие струи воды и прибора, что не
удается показать насегнеровом колесе и при других демонстрациях.
Регулируя давление воды, поступающей в камеру двигателя,
можно получать различные скорости вращения прибора.
Этот прибор можно использовать для демонстрации реакции вы-
текающей струи жидкости, пара и воздуха, для дёмонстрации реак-
тивного двигателя, а также для иллюстрации закона Паскаля
(к соплам прикрепить стеклянные трубки).
9
М. И. Твардовский
(г. Гомель)
ДЕМОНСТРАЦИЯ РАЗЛОЖЕНИЯ СИЛ НА КЛИНЕ
В журнале «Физика в школе», № 1, за 1960 г. описана уста*
новка, предназначенная для демонстрации разложения сил на кли-
не. Учитывая некоторые методические недостатки и технические за-
труднения при изготовлении деталей этой установки, мы предла-
гаем для демонстрации разложения сил на клине новую установку
(рис. 7). Преимущество ее состоит в том, что для нее нужно изго-
товить дополнительно только клинья, градуированные секторы и
стрелки-указатели. Кроме того, эта установка позволяет без допол-
нительной перестройки продемонстрировать разложение сил на
клиньях с различными отношениями ширины обуха к длине щеки.
Установку собирают так. Два демонстрационных динамометра
закрепляют в штативах на одинаковой высоте. Штативы скрепляют
посредством стержня. На стержни динамометров надевают блоки,
входящие в комплект прибора. В канавки блоков вставляют один
из трех клиньев. При этом стержни динамометров с помощью гра-
дуированных секторов и стрелок устанавливают так, чтобы они
были перпендикулярны щекам клина. На крючок у нижней части
клина подвешивают грузы.
Клинья изготовляют из фанеры толщиной не более 4 мм. Раз-
меры клиньев могут быть произвольными, только соотношения меж-
ду шириной обуха и длиной щеки должны быть соответственно рав-
ны 1:1, 1:2, 1:4. Желательно подобрать такие размеры клинь-
ев, чтобы во время демонстрации не надо было бы менять расстоя-
ние между динамометрами.
Рис. 7
10
Градуированные секторы изготовляют из той же фанеры и при-
крепляют к неподвижной тыльной стороне динамометра.
Для установки стержней динамометров перпендикулярно ще-
кам необходимо их расположить к горизонту под углами, равными
для клина 1:1 — 30°, для клина 1:2 — 15°, для клина 1:4 —
7°,5.
Стрелки-указатели делают из жести, припаивают их к неболь-
шим стержням и укрепляют на штативах.
Л. М. Кузьмин
(г. Новосибирск)
САМОДЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ПО ФИЗИКЕ
ПРИБОРЫ ПО СТАТИКЕ
На рисунках 8, 10, 11 и 12 показан общий вид приборов по ста-
тике «а разложение сил.
Приборы действуют по одному принципу, поэтому расскажем
об одном из них (рис.’ 8). На деревянном штативе смонтирован шар-
нирный кронштейн АВС. Стержни АВ и АС сделаны из алюминие-
вых трубок и соединены между собой шарнирно. Рассмотрим стер-
жень АС. В точке С он соединен шарнирно с концом подвижной
стрелки СЕ, которая укреплена на оси в точке D (рис. 9). При на-
Рис. 8
Рис. 9
Рис. 10
Рис. 11
грузке отклонение стрелки тормозится пружиной F. Угол между
подвижной и неподвижной стрелками отсчитывается по шкале. Он
указывает величину силы, растягивающей стержень АС. Стержень
АВ соединен с концом верхней стрелки. При нагрузке стрелка так-
же отклоняется, но только в противоположную сторону. Это ука-
зывает на то, что стержень АС сжимается (работает на сжатие), а
стержень АВ растягивается.
Для обеспечения одинаковых условий нагрузки на обе стрелки
конец верхней стрелки изогнут так, что в нулевом положении (т. е.
без нагрузки, когда подвижная и неподвижная стрелки совпадают)
звено составляет прямой угол со стержнем АВ.
Рис. 12
12
Сравнивая показания отклонений верхней и нижней стрелок,
можно сделать вывод о величине и направлении сил, действующих
на стержни.
На рисунках 10 и 11 изображены другие варианты балочных си-
стем. На рисунке 12 показан прибор для определения нагрузок для
случая гибкой связи. Груз можно перемещать вдоль шнура и де-
монстрировать изменение составляющих сил в зависимости от уг-
лов а и 0.
МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Этот прибор (рис. 13) позволяет методом аналогии наглядно про-
демонстрировать процессы, происходящие в цепи электрического
тока. Основные детали: 1 — «источ-
ник тока»; с — звездочка, жестко
посаженная на ось рукоятки 2; сталь-
ные шарики-«электроны» заполняют
около половины всей цепи; 3 — ме-
таллическая пластинка, направляю-
щая движение шариков внутри «ис-
точника тока»; передняя стенка из
оргстекла; задняя стенка из тексто-
лита; деревянная пластинка в фор-
ме четверти круга, служащая для
ограничения движения шариков свер-
ху; abc — «внешняя электрическая
цепь»; b — звездочка — «потребитель
тока»; d — стойки для укрепления
«электрической цепи»; £ — монтаж-
ная платформа.
При вращении рукоятки 2 звездочка с перемещает шарики в
левый верхний угол, сообщая им запас потенциальной энергии.
Шарики под действием внешней силы движутся против сил земного
тяготения. Энергия вращения преобразуется в запас потенциаль-
ной энергии шариков.
Аналогия. Сторонние силы перемещают заряды внутри
источника тока, создавая запас электрической энергии. Заряды
внутри источника тока движутся против сил электрического поля.
За счет какого-либо вида энергии создается запас электрической
энергии.
Попадая во «внешнюю цепь», шарики вследствие наклона
желобка скатываются, расходуя запас потенциальной энергии.
Наинизшая точка «внешней цепи» — «отрицательный полюс» ис-
точника тока (точка с). В этой точке шарики полностью расходуют
свой запас потенциальной энергии. Во внешней цепи, где постав-
лен «потребитель’тока», наклон желоба резко увеличен. Отдавая
часть энергии, шарики вращают звездочку-потребитель.
13
Аналогия. Во внешней цепи расходуется запас электриче-
ской энергии, превращаясь в другой вид энергии. На участке с по-
требителем наблюдается более резкое падение напряжения. На
полюсах источника тока при замкнутой цепи — наибольшая раз-
ность потенциалов во внешней цепи.
На модели можно показать отличие между скоростью рас-
пространения электрического тока и скоростью движения электро-
нов. Наглядно демонстрируется смысл размыкания цепи. Поставив
на пути движения шариков волосяную щетку, можно продемон-
стрировать влияние сопротивления на электрический ток в цепи.
В. П, Лобань
(г, Полтава)
ДЕМОНСТРАЦИЯ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
ПРИ ИЗУЧЕНИИ МЕХАНИЧЕСКОГО УДАРА
Для проведения демонстрации и вычисления кинетической и по-
тенциальной энергии можно использовать предлагаемый нами при-
бор. Чтобы устранить трудность измерения скорости движущегося
тела перед ударом, в приборе используется падение тела с опреде-
ленной высоты. Скорость падающего тела в момент удара опреде-
ляем по высоте падения. Для оп-
ределения потенциальной энер-
гии деформации прибор обору-
дован фиксирующим устройст-
вом, которое фиксирует состоя-
ние тел в конце первой фазы
удара.
Прибор (рис. 14) состоит из
алюминиевой трубки /, жестко
насаженной на массивную под-
ставку 2. В трубку вставлена
стальная пружина 3, которую
мы принимаем за абсолютно уп-
ругое тело. Сверху на пружину
поставлен легкий алюминиевый
подвижный поршень 4. Направ-
ляющие выступы поршня могут
двигаться в параллельных про-
дольных вырезах трубки 1,
Фиксирующее устройство со-
стоит из стального полукольца 5,
которое свободно вращается вок-
руг оси 6 и может свободно сколь-
Рис. 14
14
зить по стальной зубчатой планке 7, закрепленной параллельно
трубке 1, при помощи обруча 8. Для отсчета силы упругости пружи-
ны по шкале F, нанесенной на трубке, служит тонкий дугообраз-
ный индикатор 9, жестко прикрепленный к поршню 4 при помощи
винта 10.
Падающим телом служит стальной цилиндр 11. Высота падения
Н равна расстоянию от верхней кромки трубки до поршня 4, когда
он находится в крайнем верхнем положении.
Общую массу поршня, пружины, подставки и стола, на котором
демонстрируется опыт, считаем несравненно большей массы падаю-
щего тела.
Для проведения опыта надо грузик 11 вставить в трубку 1 и
отпустить. Ударяя по поршню и пружине, грузик 11 сожмет пру-
жину на некоторую величину AL.
В нашем примере к концу первой фазы удара скорости обоих тел
будут равны нулю. К этому моменту кинетическая энергия падаю-
щего тела полностью превратится в потенциальную энергию упру-
гой деформации. Тела подобраны таким образом, что деформирует-
ся в основном неподвижное массивное тело, деформацией движуще-
гося тела пренебрегаем.
При превращении кинетической энергии в потенциальную ме-
рой уменьшения кинетической энергии и увеличения потенциаль-
ной энергии служит работа, которую совершает движущееся тело
против сил упругости неподвижного массивного тела.
При движении поршня 4 вниз полукольцо 5 свободно скользит
по трубке 1. В крайнем нижнем положении полукольцо 5 упирается
в зубец планки 7 и фиксирует фазу сжатия при ударе.
Непосредственно перед ударом падающее тело 11 имело кинети-
ческую энергию:
= (1)
где т — масса падающего тела, v — скорость тела перед ударом,
Н — высота, с которой тело свободно падает, g — ускорение
свободного падения.
К концу первой фазы удара кинетическая энергия ударяющего
тела в нашем опыте равна 0. За счет кинетической энергии выполне-
на работа по сжатию пружины:
Wk = A~Fcp.bL, (2)
где Fco есть средняя сила упругости пружины при сжатии ее на
и р I р
величину Д£. Эта сила равна Fcp — кд», так как величина де-
формации пропорциональна силе. Сила Fo, с которой тело 11 на-
чало действовать на пружину, равна 0, конечную силу FKoa опреде-
лим по шкале против индикатора 9, когда будет зафиксирована пер-
15
вая фаза удара. Шкалу F нужно предварительно проградуировать
в единицах силы подобно шкале динамометра.
Работа А по сжатию пружины служит также мерой увеличения
потенциальной энергии пружины и численно приблизительно рав-
на ей:
A = Fcp-&L — W„.
Сравнивая это выражение с выражением (2), получим:
или
fngH = Fcp.bL,
что и подтверждает закон сохранения энергии в механических
процессах.
Опыт с прибором показывает, что энергия упругой деформации,
полученной в результате удара, приблизительно равна кинетиче-
ской энергии ударяющего тела.
С. Ф. Кабанов
(г, Москва)
УСТАНОВКА ДЛЯ ОПЫТОВ ПО СЛОЖЕНИЮ
ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Изучение сложения гармонических колебаний встречает извест-
ные трудности из-за отсутствия демонстрационного оборудования
по данной теме.
Предлагаемая простая установка состоит из двух цилиндриче-
ских грузов массой по 1 кг, подвешиваемых на пружинах. Пру-
жины закрепляются на горизонтальном стержне, укрепленном на
штативе.
Точки подвеса грузов соединяются слегка натянутым тонким
резиновым жгутиком, предварительно пропущенным через неболь-
шую круглую пробку. На стержне штатива укрепляется бумажная
шкала с цветными делениями (рис. 15).
Масса грузов подбирается в соответствии с упругостью и
размерами пружин. При выборе пружин следует учитывать,
что они не должны приобретать остаточных деформаций при
выбранных амплитудах колебаний.
Для пуска установки достаточно оттянуть вниз (или поднять
вверх) нужный маятник и затем предоставить ему совершать сво-
бодные колебания.
Опыт 1. Показываются составляющие колебания пробки и
их амплитуды путем поочередного приведения в колебание каждо-
го маятника. Следует указать, что амплитуда составляющего коле-
бания равна половине амплитуды колебания соответствующего
маятника (рис. 16).
16
Рис. 17
Опыт 2. Маятники приводятся в колебательное движение с
одинаковыми начальными фазами (cpj — ф2 -= 0) и равными часто-
тами (Д = /2).
а) При равенстве амплитуд 0! = Л2) пробка повторяет движе-
ния каждого маятника, следовательно, для любого момента време-
ни ее смещение равно сумме смещений в составляющих движениях
(х — Xi + х2). Поскольку колебания маятников гармонические, то
и результирующее колебание тоже гармоническое.
б) При условии Л1 Л 2 путем подобных рассуждений учащие-
ся убеждаются, что х = х, + х2. Строится график результирующе-
го колебания (рис. 17).
О п ы т 3. Маятники приводятся в колебательное движение
с начальными условиями <р2 — <ра = л; Д = [г.
17
Рис. 18
a) Ai = Аг. В результате сложения двух колебаний пробка на-
ходится в покое.
б) При условии Ах А2 учащиеся приходят к заключению, что
х = хг—х2. ± Заключение подкрепляется построением графика
(рис. 18).
Опыт 4. Демонстрируется движение пробки при условиях:
/1 = /г! ?2-
Постановка этого опыта требует некоторых навыков в запуске
маятников со сдвигом фаз. Лучше всего оттянуть маятники книзу
и отпустить один за другим с некоторым интервалом времени. Пос-
ле наблюдения опыта строится график для случая <р, — <р2 =—
(рис. 19). 2
Опыт 5. Особый интерес представляет сложение колебаний
при условии /1 ¥= /2 и равенства начальных фаз <р4 — фг — 0. Для
простоты можно не накладывать ограничения на амплитуды.
Рис. 19
18
X
Рис. 20
Ниточкой поджимаются или связываются несколько витков
пружины одного из маятников, после чего наблюдается периоди-
ческое движение пробки, состоящее из последовательных усилений
и ослаблений колебаний.
Указывается, что наблюдаемое колебание не является гармони-
ческим, несмотря на периодичность. Строится график для случая
А : А = 1 : 4 (рис. 20). Из графика следует, что в течение некоторо-
го промежутка времени Д/ смещение в результирующем движении
близко к 0.
Г. И. Жерехов
(г. Уфа)
ДЕМОНСТРАЦИИ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
ВИБРОРАЗГРУЗЧИК
Для иллюстрации действия виброразгрузчика можно использо-
вать продолговатый ящик с фанерным дном. Фанеру лучше заме-
нить органическим стеклом, тогда можно будет показывать и тене-
вую проекцию опыта на потолок.
Ящик ставят вверх дном на большой лист бумаги. К дну ящика
(которое теперь служит скорее крышкой) прикрепляют болтиками
небольшой коллекторный электродвигатель (от швейной машины)
(рис. 21). Электродвигатель присоединяют к автотрансформатору.
На вал электродвигателя насаживают небольшой эксцентрик (де-
балансная масса около 20 г). На ящик насыпают песок.
Включив ток, наблюдают вибрацию ящика. Песок начинает
течь, как жидкость, вследствие того, что сцепление между частица-
19
Рис. 21
ми его сильно уменьшается. Он будет перетекать от тех мест, где
амплитуда колебаний больше, туда, где она меньше. В этом легко
убедиться, стоит только прикоснуться пальцами к какому-либо
месту дна ящика. Песок потечет к пальцу. В результате обнаружит-
ся, что песок течет к определенным местам (например, к краям или
к середине). В этих местах на дне ящика образуется куча песка.
Если около таких мест сделать выходы наружу (щели), то песок
высыпается на лист бумаги, положенный на стол, и скоро весь
ящик очистится от груза.
Это явление объясняется так же, как и известный опыт Хладни
с пылевыми фигурами (стоячие волны).
Эффект опыта сильно зависит от частоты колебаний и их ампли-
туды. Частоту колебаний можно подбирать с помощью автотран-
сформатора, меняя скорость вращения электродвигателя.
Если для опыта вместе с песком взять гальку, то можно наблю-
дать явление сортировки. Галька собирается в одну кучу, а песок —
в другую. Это явление объясняется различием массы (второй за-
кон Ньютона).
К сведению учащихся можно сообщить, что современные вибро-
разгрузчики позволяют освобождать вагон с грузом 60 Т за несколь-
ко минут.
ВИБРОПЛУГ
Рекомендуемая действующая модель виброплуга (рис. 22) со-
стоит из квадратной деревянной пластинки, к которой прикрепле-
ны снизу три лемеха, вырезанные из жести. На пластинке, сверху
устанавливается маленький электромоторчик, ось вращения ко-
торого вертикальна. На валу ротора электромоторчика закреп-
ляют эксцентрик (дебалансная масса). Пластинка, на которой ук-
реплены лемехи и моторчик, посредством- металлической полоски
соединяется с тележкой плуга. Тележка плуга представляет собой
дощечку с двумя колесами.
При демонстрации модель виброплуга с тележкой ставят на пе-
сок, насыпанный на лист бумаги. К тележке привязывают бечевку,
перекинутую через блок. К бечевке прикрепляют груз такого веса,
20
Рис. 22
чтобы он не вызывал движения модели виброплуга. Затем включа-
ют ток. Модель виброплуга начинает медленно двигаться.
Наблюдаемое явление объясняют тем, что при колебаниях ле-
меха сильно уменьшается коэффициент его трения о почву и коэф-
фициент трения частиц почвы друг о друга. Колеблющиеся частицы
почвы меньше сцепляются друг с другом, и почва приобретает свой-
ство текучести.
Следует сказать о преимуществах виброплуга: виброплуг пол-
ностью разрушает капилляры в почве, создает возможность более
глубокой вспашки при данной мощности трактора, при его исполь-
зовании отпадает также необходимость боронования, ввиду того,
что после вспашки получается мелкозернистая почва.
Литература. В. Арефьев, Вибротехника, «Техника — моло-
дежи», 1959, № 9; Изобретатели — труженики полей, «Техника — мо-
лодежи», 1957, № 10.
В. А. Буров
(Московская обл., Раменский р-н,
п. Кратово)
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР
Многие опыты по акустике в школе можно показать с помощью
простого звукового генератора, собранного на полупроводниковом
триоде типа ПЗ, П201, П202, П203 и др. Общий вид такого генера-
тора показан на рисунке 23, а его схема — на рисунке 24.
Генератор смонтирован на изолирующей панели размером 150 х
Х250лм<. К панели прикреплен металлический стержень, с помощью
которого прибор устанавливается на подставке.
21
Трансформатор, включенный в коллекторную цепь триода, имеет
следующие данные: катушка контура L2 содержит 300 витков, ка-
тушка обратной связи Li—250 витков, выходная катушка L3—1000
витков провода ПЭ-0,15. Сердечник трансформатора собран из
железа типа Ш-20. Толщина набора 20 мм.
В цепь обратной связи включены последовательно два сопротив-
ления /?! и /?2- Постоянное сопротивление Ri ограничивает величи-
ну отрицательного напряжения, подаваемого на базу триода.
С помощью переменного сопротивления R2 плавно изменяется ча-
стота звука генератора почти во всем диапазоне звуковых частот.
Генератор развивает достаточную звуковую мощность при пи-
тании от источника постоянного тока с напряжением около 4 в.
Источник тока подключается к винтовым зажимам 5 (минус) и
8 (плюс).
К выходным зажимам 6 и 7 включают трансляционный громко-
говоритель, а в некоторых опытах — электромагнитные телефоны.
С данным генератором можно показать следующие опыты по
акустике: колебание звучащих тел, зависимость высоты тона звука
от частоты колебаний, звукопроводность различных тел, невозмож-
ность распространения звука в вакууме, отражение, поглощение,
интерференцию звуковых волн, звуковой резонанс и др.
Кроме этого, данный генератор можно применять для демон-
страции некоторых опытов с полупроводниковыми приборами, на-
пример, для демонстрации преобразования неэлектрических вели-
Рис. 23
22
Рис. 25
чин (температуры, освещенности и др.) в электрические колебания.
В таких опытах к генератору подключают полупроводниковый дат-
чик температуры (термосопротивление) или датчик освещенности
(фотосопротивление). Датчики можно взять из набора полупровод-
никовых приборов, которые выпускаются для школ1.
Термосопротивление включают к зажимам 3 и 4, а фотосопротив-
ление—к зажимам 2 и 4, причем в последнем случае зажимы 2 и 3
закорачиваются (рис. 25). При изменении температуры термосопро-
тивления или освещенности фотосопротивления значительно из-
меняется частота звука в громкоговорителе.
Звуковой генератор с полупроводниковыми датчиками можно
применять также для модуляции высокочастотных электромагнит-
ных колебаний, например при демонстрации принципа радиотеле-
метрии. В этом случае выход звукового генератора соединяют с мо-
дуляционным входом школьного генератора УВЧ. Звуковой гене-
ратор питают от источника постоянного тока с напряжением 4 в,
а генератор УВЧ — от кенотронного выпрямителя.
Модулированные высокочастотные колебания принимают на де-
текторный приемник с громкоговорителем.
Незначительное изменение температуры термосопротивления
(его нагревают рукой) вызывает заметное изменение частоты звука
в приемнике, установленного от передатчика на расстоянии не-
скольких метров.
1 См.: В. А. Буро в, Комплект полупроводниковых приборов, «Физика
в школе», 1961, №6.
23
Наконец, данный прибор может работать и в качестве однокас-
кадного усилителя постоянного или переменного тока. Для превра-
щения генератора в усилитель достаточно разорвать цепь обратной
связи триода (разомкнуть зажимы 2 и 3) или увеличить сопротивле-
ние в цепи обратной связи с помощью переменного сопротивления
/?2* При этом генерация прекращается и триод переходит в режим
работы усилителя с положительной обратной связью. Усиливае-
мый сигнал подводят к зажимам 1 и 2.
И. К. Сумкин
(Оренбургская обл., Беляевский р-н,
Дубенская средняя школа)
ПРОСТАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ
АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Если в физическом кабинете нет аэродинамических весов, то
аэродинамическое сопротивление разных тел можно показать на
следующей простой установке (рис. 26). Она собирается из двух
штативов с зажимами, демонстрационного динамометра и аэроди-
намической
трубы. Для изготовления аэродинамической трубы
удобно использовать электро-
двигатель от «Прибора для оп-
ределения мощности электро-
двигателя». Кроме этого, у про-
волоки диаметром 4—5 мм, дли-
ной 680 мм загнуть концы
длиной 30 мм и 50 мм под пря-
мым углом во взаимно перпен-
дикулярных плоскостях. Длин-
шшшшш
Рнс. 26
Рис. 27
ный конец вставить во втулку длиной 45 мм, Можно использовать
катушку из-под ниток с втулкой из фольги, но лучше сделать
специальную втулку, в которой проволока легко вращается, и
закрепить шайбой и стопорным кольцом, надев последнее в вы-
точенную на конце канавку (рис. 27). Из мягкой проволоки или
жести сделать указатель положения тела, аэродинамическое сопро-
24
тивление которого нужно определить. Как собрать установку, вид-
но из рисунка 26. Для удобства наблюдения стрелка динамометра
устанавливается вертикально вниз и соответственно поворачивает-
ся шкала. Чтобы штативы были более устойчивы, на их основания
нужно положить грузы.
Опыты проводятся так. Тело, аэродинамическое сопротивление
которого определяется (тела можно вылепить из пластилина, но
лучше выточить их из дерева на токарном станке), надевается на
горизонтальный конец проволоки. Его положение отмечается ука-
зателем. Штатив с динамометром устанавливается так, чтобы приз-
ма только касалась проволоки. Затем включается электродвигатель
аэродинамической трубы. Встречая сопротивление, тело отклоняет-
ся влево. Для измерения аэродинамического сопротивления шта-
тив с динамометром подвигается вправо до тех пор, пока тело не
займет свое прежнее место. Стрелка динамометра показывает аэро-
динамическое сопротивление в условных единицах. Записав показа-
ния динамометра, отодвигают штатив с динамометром влево, затем
выключают двигатель аэродинамической трубы. Поднимая или
опуская динамометр на штативе, можно найти такое его положение,
при котором опыты дают хорошие результаты.
В. П. Лобанъ
(г. Полтава)
ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ОСОБЕННОСТИ
ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ ВОДЫ
С помощью предлагаемого прибора можно показать, что вода
занимает наименьший объем и имеет наибольшую плотность при
температуре 4°С. Основная идея демонстрации заключается в том,
что при смешении двух одинаковых масс и объемов воды при тем-
пературе /°1 = 0°С и t°2 = 8°С объем смеси будет меньше суммы
объемов составных частей, так как температура смеси станет рав-
ной 4° С и плотность воды увеличится.
Прибор (рис. 28) состоит из стеклянного сосуда /, разграничен-
ного внутри перегородкой 2 на два одинаковых объема. Перегород-
ка может вращаться вокруг вертикальной оси 3 при помощи руч-
ки 4, надетой на ось.
Сверху сосуд герметически закрыт крышкой 5, в которую встав-
лены два термометра 6 с прозрачными шкалами для измерения тем-
пературы воды в обеих частях объема сосуда. Кроме того, в крышке
есть два отверстия для заполнения водой обеих частей объема со-
суда. Одно отверстие завинчивается герметически пробкой 7, дру-
гое — пробкой 5, в которую вставлена узкая стеклянная трубка 9
для наблюдения изменения объема воды в сосуде
25
Для проведения демонстрации приготовляем воду в отдельных
двух сосудах при температурах в одном 0°С и в другом 8°С. Отвин-
чиваем пробки 7 и 8, устанавливаем перегородку 2 по линии 10,
берем один сосуд с водой при 0°С в одну руку и второй сосуд с во-
дой при 8°С — в другую. Наполняем одновременно через отверстия
в крышке обе части объема прибора, следя за тем, чтобы уровни в
обеих частях прибора поднимались вместе, т. е. чтобы не создава-
лась разность уровней по обе стороны перегородки.
Это исключит возможность проникновения воды из одной части
прибора в другую часть, которая наполняется водой при другой
Рис. 28
температуре. Перегородка имеет малую
теплопроводность, поэтому температура
через перегородку за время опыта прак-
тически не выравнивается.
Когда наполним обе части объема сосу-
да доверху, завинчиваем пробку 8, в кото-
рую вставлена трубка 9. После этого за-
винчиваем пробку 7, которая выжмет часть
воды из сосуда в узкую трубку 9.
Уровень воды в трубке несколько под-
нимется и станет доступным для наблюде-
ния. Термометры покажут температуру
0°С и 8°С. Поставим приготовленный таким
способом прибор против проекционного ап-
парата и спроецируем показания термомет-
ров и уровень воды в трубке 9 на экран.
Вращая перегородку 2 при помощи ручки 4,
тщательно смешиваем воду в обеих частях
сосуда. Температура всей воды в сосуде вы-
равняется и станет равной 4°С. Масса воды в сосуде не изменится.
Оба термометра покажут 4°С, уровень воды в трубке 9 понизится.
Понижение уровня воды произойдет только за счет изменения
объема воды, так как общий объем сосуда при опыте не изменился.
Считаем, что во время опыта не было притока теплоты извне в
сосуд.
При таком же опыте с водой в другом интервале температур,
выше 4°С, или с другими жидкостями, не имеющими особенности
теплового расширения, присущей воде, понижения уровня в труб-
ке 9 при смешивании жидкости не будет. Эффект происходит толь-
ко благодаря особенности теплового расширения воды.
Прибор имеет простое устройство и не требует дефицитных ма-
териалов для изготовления: сосуд стеклянный, цилиндрический,
крышка и перегородки из плексигласа, хорошо поддающегося об-
работке. Для прибора можно приспособить любые термометры,
имеющие шкалу от 0 до 10°С. Прозрачную шкалу к термометрам
легко изготовить из целлофана и поставить ее вместо обычной не-
прозрачной.
26
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
И. М. Раевский
(г. Ставрополь)
ШКОЛЬНЫЙ ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМЕТР
Предлагаемый демонстрационный электрометр обладает чувстви-
тельностью порядка 0,6 — , т. е. превышает чувствительность
дел
выпускаемого промышленностью электрометра СГ-1, кроме этого,
прибор имеет небольшую стоимость (порядка 3—4 руб.).
В электрометре в качестве чувствительного элемента (рис. 29)
использована радиолампа типа 0,6 П1Б, включенная как инверти-
рованный триод Jli. В этом включении управляющая сетка лампы
1 используется в качестве анода, а экранная сетка 2 в качестве сиг-
нальной, т. е. между ней и катодом прикладывается исследуемое
напряжение. Анод лампы 3 имеет небольшое постоянное отрицатель-
ное напряжение. При подаче на экранную сетку отрицательного
Рис. 29
27
потенциала под влиянием образующегося поля изменяется ток сет-
ки /, который усиливается парафазным усилителем на полупровод-
никовых триодах Т\ и Т2 типа П-13. Гальванометр с чувствитель-
ностью по току порядка 2 • 10-4 — служит для отсчета измеряе-
дел
мого напряжения. Он включается между коллекторами триодов
усилителя.
Необходимость использования инверсного включения лампы
вызвана тем, что в этом случае собственный ток утечки экранной
сетки при наличии на ней отрицательного потенциала чрезвычай-
но мал. Он примерно на порядок меньше, чем утечки по поверхно-
сти использованных в приборе изоляторов.
В результате принятых мер по повышению поверхностного со-
противления стекла на выводах лампы, а также использование
высококачественных изоляторов (оргстекло, янтарь) токи утечки
значительно уменьшаются и саморазряд прибора составляет 1/10
часть шкалы за 5—6 мин, что вполне допустимо для проведения
всех типов демонстраций.
Полученная чувствительность прибора составляет около 6 в
на всю шкалу (0,6 — | и при желании может быть увеличена до
дел)
значения 0,2—0,3 изменением сопротивления Т?4.
Гальванометр устанавливается на нуль при отсутствии напряже-
ния на входе (измерительный электрод соединен с корпусом) пу-
тем балансировки парафазного усилителя, а это достигается регу-
лировкой тока базы триода Т2 сопротивлением R2. Если регулиров-
ка ₽2 не позволяет установить гальванометр на нуль, то необходи-
мо изменить соотношение плеч Ri и R3 или заменить триод Т2.
Электрометр собран на Т-образном шасси, выполненном из ге-
тинакса (рис. 30). Вертикальная панель соединена с горизонталь-
28
120ом
ной угольниками из алюминия. Расположение деталей показано
на рисунке 31.
В приборе можно использовать сопротивления типа МЛТ и ВС
мощностью 0,25—0,5 вт. Лампу Лг необходимо перед установкой
обработать с целью уменьшения утечек по поверхности стекла меж-
ду электродами. Для этого ее промывают в горячей дистиллирован-
ной воде и после просушки помещают ножкой (содержащей выводы
электродов) в расплавленный парафин. Для лучшей изоляции на
вывод экранной сетки перед покрытием парафином надевают кусо-
чек стеклянной трубки с внутренним диаметром около 1,5 мм и
внешним 2,5—3 мм. Вся схема помещена внутрь стального корпу-
са размером 90 х 47 X 74 мм, экранирующего ее от внешних по-
мех (рис. 32).
В верхней части корпуса (рис. 33) помещается металлическая
трубка 1, по оси которой проходит контактный стержень 2, укреп-
ленный на изоляторе 3. Верхушка стержня имеет резьбу для креп-
ления различных приспособлений при проведении опытов. Для
увеличения емкости прибора (что необходимо для уменьшения влия-
ния утечек при использовании некачественных изоляторов) на
стержень напаивается отрезок трубки диаметром 15 мм и длиной
25 мм.
Одна из основных деталей прибора — проходной изолятор 3
из оргстекла. Лучшие результаты дает изолятор из янтаря или
полистирола. Для уменьшения влияния влаги прибор должен быть
герметичен, для чего между корпусом и передней панелью, кото-
рая крепится к нему четырьмя болтами с резьбой М-3, имеется ре-
зиновая прокладка.
29
При вдвигании шасси прибора в корпус отогнутый вверх вывод
сигнального электрода 4 экранной сетки соединяет его с контакт-
ным стержнем.
На передней панели прибора установлены: сопротивление /?2,
клеммы для подключения источника питания Б, гальванометра Г.
Прибор питается от батареи щелочных аккумуляторов. Использо-
вание сухих элементов малой емкости (КБС и др.) не желательно,
так как это приводит к большому дрейфу нуля.
В комплект прибора для проведения демонстраций входят сле-
дующие детали:
палочка (или пластинка) из органического стекла размером
30 X 20 X 3 мм. При натирании бумагой она электризуется поло-
жительно;
пластинка из тефлона размером 25 X 15 х 4 мм. При натира-
нии бумагой она электризуется отрицательно;
металлическая сетка прямоугольной формы, напаянная на рам-
ку;
дисковый электрод с металлическим стержнем, который можно
навинчивать на нарезанную часть контактного стержня электро-
метра;
Рис. 33
30
медный диск с припаянной в центре гайкой для крепления на
контактном стержне электрометра (рис. 34);
шунты, изготовленные из черной оберточной фотобумаги. Они
предназначены для превращения электрометра в чувствительный
гальванометр. На концах бумажной ленты шириной 3—5 мм и
длиной 6—8 см укрепляются крючки из медной фольги, которые
служат для подключения к выводам электрометра;
конденсатор емкостью 390 пф на 12 кв типа ПОВ. Предназначен
для увеличения собственной емкос-
ти прибора при некоторых опытах;
изолирующие удлинители (3 шт.)
предназначены для изоляции за-
ряженных объектов и представля-
ют собой стержни из полистирола.
Методика работы с прибором.
Ниже описываются опыты с элек-
трометром, постановка* которых
имеет некоторые особенности.
Зарядка электрометра. Так
как электрометр работает нор-
мально только при отрицательном потенциале на управляющем
электроде, то его можно заряжать тефлоновой палочкой. В этом
случае зарядка производится путем касания натертой палочкой
контактного стержня. Но этот способ не совсем удобен, так как
палочка сообщает очень высокий потенциал.
Удобнее заряжать путем индукции. Для этого к прибору под-
носят на расстоянии нескольких десятков сантиметров наэлектри-
зованную пластинку из органического стекла.
При этом на управляющем электроде образуются положитель-
ные заряды, которые компенсируются электронами, испускаемыми
катодом. Если теперь убрать пластинку, то электрометр будет заря-
жен.
В качестве третьего варианта можно использовать зарядку от
обычных батарей или гальванических элементов с напряжением
5—6 в.
Два вида электричества. К заряженному электрометру прибли-
жают натертую палочку из органического стекла и наблюдают за
уменьшением показаний. Если приближать наэлектризованную па-
лочку из тефлона, то отклонение стрелки увеличивается. При про-
ведении этого опыта устанавливают на контактном стержне электро-
метра дисковый электрод.
Демонстрация эквипотенциальных линий пламенным зондом.
Для проведения опыта необходимо изготовить пламенный зонд.
Это обычная свеча, установленная на изоляторе. На свечу надето
крепежное кольцо, к которому подводится провод от электрометра.
К этому же контакту прикрепляется проводник, вводимый в пламя
свечи.
31
Поле, подлежащее изучению, создается заряженным шаром,
взятым из набора по электростатике. Шар изолируется от штатива
полистироловой вставкой. Для зарядки шара используется теф-
лоновый стержень, натираемый материей. Перемещая зонд на рас-
стоянии 20—30 см от шара и отмечая точки, в которых электрометр
дает одинаковые показания, строят картину эквипотенциальных
линий. При проведении опыта необходимо обращать особое внима-
ние на качество изоляторов зонда и шара. Использование только
стеклянных штативов без изолирующих вставок не дает возможно-
сти провести опыт вследствие очень больших утечек.
Электростатическое экранирование. На электрометре устанав-
ливают дисковый электрод. Электрометр зажимают горизонтально
в демонстрационный штатив. На расстоянии 20—30 см помещают
шар, заряженный отрицательно.
Если вводить между шаром и электрометром металлический
лист, то можно наблюдать уменьшение показаний электрометра
до нуля. Введение диэлектрика (оргстекло) не приводит к измене-
нию показаний. Перед опытом с листа оргстекла необходимо снять
заряды, которые могли возникнуть при случайных соприкоснове-
ниях его с посторонними предметами.
Распределение потенциала вдоль проводника. Опыт демонстри-
руется в двух вариантах.
I. Один из кондукторов электрофорной машины (положитель-
ный) заземляют, а отрицательный черной ниткой, которая служит
проводником, соединяют с металлическим штативом. Длина нити
1,5—2 м. К контактному стержню подключают проводник, другой
конец которого укрепляют на изолирующей ручке. Касаясь провод-
ником на ручке в различных точках нити, наблюдают изменение
потенциала.
И. К проводнику с большим удельным сопротивлением (них-
ром d = 0,1 мм и длиной 1—2 м) подключают батарею с э. д. с.
6—8 в, положительный полюс которой заземлен. В качестве инди-
катора тока в цепь включается последовательно или амперметр
или лампа накаливания. Перемещением проводника, соединенного
с контактным стержнем электрометра, демонстрируют изменение
потенциала в проводнике.
Демонстрация ионизирующего действия пламени. На электро-
метре устанавливают диск, и электрометр укрепляют в демонстра-
ционном штативе горизонтально. На расстоянии 1,5—2 см от дис-
ка помещают другую пластинку, образующую вторую обкладку
конденсатора. К электрометру подключается один из шунтов, т. е.
этим самым электрометр превращается в чувствительный гальва-
нометр.
Одна из клемм, укрепленных на корпусе, соединяется с плюсом
батареи напряжением 100—200 в. Минус батареи соединяется со
второй обкладкой конденсатора, укрепленной на штативе на изоля-
торе (рис. 35).
32
Рис. 36
Снизу к конденсатору на расстоянии 5—10 см подносится иони-
затор — пламя горящей спиртовки. При уменьшении расстояния
от пламени до конденсатора, т. е. при увеличении степени ионизации
газа, ток в цепи возрастает. Если для опыта использовать источник
регулируемого напряжения (потенциометр), то легко можно про-
демонстрировать ток насыщения.
Постановку этого опыта можно несколько изменить. В этом слу-
чае в качестве второй пластины используется металлическая сетка.
Ионизатор (пламя) подводится к сетке сбоку. Затем, создав струю
воздуха, отклоняющую образующиеся в пламени ионы в сторону
сетки, наблюдают с помощью электрометра ток. Этот ток создан
движением ионов, внесенных потоком воздуха в конденсатор.
Демонстрация фотоэффекта. Электрометр дает возможность
показать явление фотоэффекта по схе-
ме установки, аналогичной опыту Сто-
летова.
На электрометре устанавливают мед-
ную сетку /, через которую освещают
цинковую пластину 2, помещенную на
расстоянии 1—2 см от сетки. К электро-
метру подключают шунт. Плюс батареи
на 100—200 в подключают к корпусу
электрохметра, а минус к цинковой пла-
стинке (рис. 36).
Демонстрация зависимости емкости
от площади перекрытия пластин. Опыт
проводится с обычным блоком конден-
саторов переменной емкости, входящим
2 Заказ 322
33
в набор радиодеталей. Для уменьшения влияния утечек начальную
емкость электрометра увеличивают, подключив параллельно при-
бору конденсатор емкостью 390 пф, входящий в комплектацию
электрометра.
Заряжать электрометр удобнее в этом опыте от батареи, так как
получающаяся большая емкость системы затрудняет условия заря-
да от натираемой палочки (рис. 37).
А. М. Еркин, С. Т. Арутюнов
(г. Барнаул)
НЕСКОЛЬКО ОПЫТОВ С ИОННЫМИ ПРИБОРАМИ
Ионные (газоразрядные) лампы с холодным катодом применяют-
ся во многих областях современной техники в качестве источников
света, стабилизаторов напряжения, выпрямителей переменного
тока, усилителей электрических сигналов, светочувствительных и
логических элементов, гене-
раторов электрических коле-
баний, регистраторов косми-
ческих и радиоактивных из-
лучений и т. д. Неоновые
лампы, разрядники, стабилит-
роны, кенотроны, тиратроны,
фотоэлементы, счетные труб-
ки, декатроны, строботроны—
вот далеко не полный пере-
чень ламп с холодным като-
дом, выпускаемых промыш-
ленностью.
Хотя размеры ионных приборов, количество электродов в них,
форма их электродов, наполняющие их газы различны, однако фи-
зические процессы, протекающие в них, сходны. Ниже описывается
ряд опытов, иллюстрирующих эти процессы.
Принципиальная схема установки для проведения опытов изоб-
ражена на рисунке 38: — лабораторный потенциометр, /?2 —
переменное сопротивление до 2 Мом, 7?3 = 200 ком, V— демонстра-
ционный вольтметр, G — зеркальный гальванометр с пределом до
1 мка, /?4 — шунт, понижающий чувствительность гальванометра
в 100 раз, и ключ для быстрого подключения шунта. В качестве
ионного прибора используется наиболее универсальная лампа с хо-
лодным катодом — тиратрон МТХ-90 (рис. 39), наполненный неоном
при давлении 16—20 мм рт. ст.
Плавно увеличивая напряжение V, снимаемое с потенциометра,
и фиксируя гальванометром ток /, можно получить зависимость
(рис. 40), характерную для ионных приборов. При этом демонстри-
34
руется роль внешних ионизаторов, вызывающих несамостоятель-
ный разряд ОАВС, фиксируются ионизация молекул ударом ВС
и явление вторичной электронной эмиссии из катода, наблюдается
переход несамостоятельного разряда в самостоятельный тлеющий
разряд DEF, сопровождающийся скачком тока CD.
Опыты проводятся в такой последовательности:
Опыт 1. Плавно увеличиваем напряжение от 0 до 50—70 в
и наблюдаем в цепи очень малый ток. Объясняем, что электропро-
водность газового промежутка обусловлена наличием в газе как по-
ложительных и отрицательных ионов, так и свободных электронов.
Рис. 39. Разрез лампы
МТХ-90 (два варианта):
/ — катод; 2 — анод; 3 —
сетка.
Ионы и электроны в газе образуются в основном под действием
внешних ионизаторов (радиоактивного и космического облуче-
ния), а также вследствие ряда элементарных процессов на по-
верхности электродов. Так как в этом случае количество ионов
и электронов в разрядном промежутке очень мало, то и электро-
проводность лампы мала.
Опыт 2. Далее демонстрируем, что различными внешними
воздействиями количество электронов и ионов в разрядном проме-
жутке можно изменять.
Например, при напряжении 50—70 в мы подносим к боковой
поверхности лампы МТХ-90 зажженную спичку (или спиртовку) и
незначительно нагреваем тиратрон. Замечаем, что ток в цепи уве-
личивается. Убираем спичку, и показание гальванометра начинает
постепенно уменьшаться.
Учащиеся сразу догадываются, что при нагревании тиратрона
температура катода, расположенного вблизи стенок колбы лампы,
2* 35
повышается, и в результате термоэлектронной эмиссии число элек-
тронов в разрядном промежутке увеличивается. Это и является при-
чиной увеличения электропроводности газа в лампе.
Так как внутренняя поверхность цилиндрического катода
МТХ-90 покрыта слоем цезия, имеющего очень малую работу выхо-
да электронов, то для нагревания катода вполне достаточно одной
спички.
Обращаем внимание учащихся на практическую полезность де-
монстрируемого явления. Говорим, что существуют газонаполнен-
ные лампы, в которых начальная электропроводность газа создает-
ся путег^ подогрева катода специальной нитью накала, расположен-
ной в лампе и питаемой током. К таким приборам относятся, на-
пример, тиратроны с горячим катодом.
Опыт 3. Направляем на торец тиратрона, а следовательно,
и на слой цезия, нанесенного на внутреннюю поверхность катода,
мощный световой поток (например, свет от проекционной лампы
или солнечные лучи) и демонстрируем увеличение электропровод-
ности газа. Сообщаем учащимся, что электропроводность газа в
этом случае увеличивается за счет действия света, выбивающего
электроны из цезия. Говорим также, что демонстрируемое явление
используется на практике в так называемых газонаполненных фо-
тоэлементах.
О п ы т 4. В этом опыте демонстрируем, что и электрическое поле
в разрядном промежутке тоже влияет на электропроводность газа.
С этой целью напряжение, подаваемое на лампу, плавно увеличи-
ваем еще больше и замечаем, что с некоторого напряжения наблю-
дается резкое увеличение тока ВС. (До напряжения зажигания
разряда в этом опыте не доходим.)
Причиной заметного увеличения электропроводности газа
является лавинообразная ионизация нейтральных молекул
ударом электронов, двигающихся к аноду. В этом случае проис-
ходит так называемое газовое усиление. Это явление использу-
ется, например, в газонаполненных фотоэлементах и счетных
трубках.
О п ы т 5. Демонстрируем, что при определенном напряжении
в цепи наблюдается скачок тока («зайчик» уходит за пределы шка-
лы), и при этом происходит зажигание разряда в лампе. Быстро
уменьшаем напряжение и, повторяя опыт, демонстрируем, что на-
пряжение зажигания разряда в лампе постоянно.
Объясняем, что при зажигании разряда «вступают в работу»
положительные ионы. Эти ионы, двигаясь к катоду, под действием
электрического поля приобретают такую кинетическую энергию,
которой достаточно для выбивания электронов из бомбардируемого
ими катода. В этот момент начинается вторичная электронная эмис-
сия из катода.
Вторичные электроны, выбитые из катода, направляются к ано-
ду и на своем пути образуют как лавину электронов, так и лавину
36
положительных ионов, бомбардирующих катод. В результате коли-
чество ионов и электронов в разрядном промежутке становится ог-
ромным, газ переходит в состояние плазмы, и в цепи наблюдается
скачок тока.
О п ы т 6. Демонстрируем, что величина тока в цепи после за-
жигания ограничивается сопротивлением цепи. Для этого шунти-
рованием гальванометра возвращаем световой «зайчик» на шкалу и,
изменяя величину сопротивления R2, показываем соответствующие
изменения тока.
Подчеркиваем необходимость в цепи газоразрядной лампы ог-
раничительных сопротивлений. В противном случае при зажига-
нии разряда в цепи возникнет короткое замыкание.
Говорим, что величина тока самостоятельного разряда в различ-
ных ионных приборах допускается от нескольких миллиампер до
нескольких сот ампер, а в некоторых приборах по техническим
условиям зажигание разряда недопустимо. Свечение газа, сопро-
вождающее разряд, широко используется как в газосветных
приборах постоянного горения, так и для получения ярких свето-
вых вспышек.
Опыт 7. После зажигания разряда продолжаем плавно увели-
чивать напряжение и наблюдаем плавное возрастание тока в
цепи (DE). При уменьшении напряжения наблюдаем уменьшение
тока (EDF).
Демонстрируем, что напряжение гашения разряда UT, так же
как и напряжение (/заж, постоянно и что первое несколько меньше
второго.
Описанные опыты позволяют вскрыть механизм электропровод-
ности газов, наполняющих ионный прибор, а также ознакомить
учащихся с основными параметрами газоразрядных приборов и
некоторыми примерами практического применения газового разря-
да в технике.
Ю. И. Коренев
(г. Борисоглебск)
ДЕМОНСТРАЦИИ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ
ПРИБОРАМИ
Демонстрация применения германиевых диодов в сигнализиру-
ющем устройстве. Схема устройства изображена на рисунке 41: Л\
нЛ2— лампочки для карманного фонаря (Л]— красная, Л2—
зеленая); Dit D2. D3 — германиевые диоды типа Д7; переклю-
чатель /7t и тумблер П2 типа ТВГ.
Установка представляет собой так называемое запирающее уст-
ройство, состоящее из диодов и D2, лампочек «71 и Л2 и пе-
37
реключателя полярности Z7b а также из однополупериодного вы-
прямителя на германиевом диоде D3 типа Д7 (Д7А — Д7Ж). Уста-
новка питается от сети переменного тока через понижающий тран-
сформатор. С помощью переключателя П2 можно замыкать выпря-
мительный диод D3i и тогда запирающее устройство питается
переменным током.
При питании запирающего устройства переменным током (пе-
реключатель П2 замкнут) горят обе лампочки: красная и зеленая.
При питании запирающего устройства постоянным током будет
гореть либо зеленая, либо красная лампочка в зависимости от
направления выпрямленного тока, которое можно изменять с по-
мощью переключателя ГЦ.
Такая установка может применяться для передачи трех сигна-
лов (красный, зеленый, зеленый и красный одновременно) по двум
проводам.
Демонстрация бесконтактного реле с транзистором. Схема
установки приведена на рисунке 42: транзистор типа П201—П203,
потенциометр сопротивлением 100 ком, лампочка от карманного
фонаря, выключатель, батарея для карманного фонаря.
При разомкнутом выключателе сопротивление смещения на
базу транзистора велико и ток коллектора ничтожно мал. Лампоч-
ка не горит. При замыкании части сопротивления выключателем
ток в цепи коллектора резко возрастает, и лампочка загорается.
При этом ток в цепи выключателя («управляющая цепь») не превы-
шает 1 ма, в то время как ток через лампочку («управляемая цепь»)
имеет величину порядка 300 ма.
С помощью потенциометра по яркости горения лампочки уста-
навливают рабочий ток коллектора.
38
В. С. Булычев
(г. Москва)
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ
ФОТОСОПРОТИВЛЕНИЯМИ НА ИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧАХ
Многие автоматические устройства в качестве основного эле-
мента имеют полупроводниковое фотосопротивление, представляю-
щее собой чувствительный индикатор, реагирующий на изменение
лучистого потока. Промышленность выпускает большой ассорти-
мент сернистосвинцовых фотосопротивлений, разработанных
Б. Т. Коломийцем. Наибольшую популярность приобрели ФС-А1,
которые имеют максимум чувствительности в инфракрасной обла-
сти спектра.
Одно из преимуществ фотосопротивлений состоит в том, что они
для своей работы не требуют вакуума, в связи с этим фотосопротив-
ления имеют весьма малые габариты.
Фотосопротивления снабжены штырями для включения их в
радиоламповую панель. Рабочая светочувствительная площадь
датчика составляет всего лишь 0,25 см2. Максимальное рабочее
напряжение 15 в. Темновое сопротивление лежит в пределах 104—
10s ом. Удельная чувствительность порядка 500 мка[лм-в. От-
носительное изменение сопротивления составляет до 20%.
Схема с применением полупроводниковых фотосопротивлёний
(рис. 43) позволяет демонстрировать свойства полупроводников
при инфракрасном облучении, а также и практическое применение
полупроводников в технике и в быту. Схема несложна и ее могут
смонтировать сами учащиеся.
Ток от источника постоянного напряжения 10—20 в через вы-
ключатель проходит по двум обмоткам поляризованного реле РП-5
в противоположных направлениях. Последовательно с одной из
39
обмоток включено фотосопротивление /?! (ФС-Л1), а с другой
сопротивления /?2 и R3. Если токи в обеих обмотках равны, то
магнитные потоки реле будут взаимно скомпенсированы, и реле зай-
мет нейтральное положение. В зависимости от того, в какой ветви
ток будет преобладать, будет замыкаться правый или левый кон-
такты реле.
Регулируя сопротивление /?3, можно поставить реле в нейтраль-
ное положение или задать определенный уровень облучения, при
котором реле должно сработать.
При попадании на фотосопротивление инфракрасного излучения
сопротивление его резко падает, ток через эту ветвь возрастает, и
реле срабатывает, включая своими контактами соответствующую
сигнализацию или другую аппаратуру.
Фотодатчик реагирует на слабо нагретые тела, но не реагирует
на видимую область спектра. Убедиться в этом очень легко, подви-
гая к датчику нагретый паяльник, реле при этом срабатывает.
В качестве облучателя для различных опытов можно взять лю-
бую лампу (хорошие результаты получаются с автомобильными лам-
пами), поместив ее в футляр, прикрытый тонким слоем эбонита
(0,1—0,4 мм) или стеклом марблитом черного цвета, которые про-
пускают инфракрасные лучи, но совершенно непрозрачны для ви-
димых лучей света.
Следует напомнить, что инфракрасные лучи также подчиняются
законам оптики, т. е. могут фокусироваться и отражаться.
В. А. Буров
(Московская обл., Раменский р-н,
п. Кратово)
ШКОЛЬНЫЕ ИНДИКАТОРЫ НАПРЯЖЕННОСТИ
И ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО поля
В статье рассматриваются два различных прибора, предназна-
ченные для относительных измерений величин индукции и напря
женности магнитного поля. Приборы могут быть изготовлены в
школе и применены для демонстрации различных опытов по элек-
тромагнетизму.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ИНДИКАТОР
Прибор состоит из трех частей (рис. 44): датчика э. д. с. Хол-
ла /, усилителя постоянного тока 2, колодки с винтовыми зажимами
3 для включения источников питания и демонстрационного галь-
ванометра.
Датчикэ. д. с. Холла (рис. 45) представляет собой тонкую пла-
стинку, выпиленную с помощью мелкозернистой наждачной бу-
40
маги из монокристаллического германия с электронной проводи-
мостью. Размеры пластинки 9 X 3 X 0,5 мм. К противоположным
сторонам пластинки припаяны чистым оловом медные электроды.
Выходные электроды расположены точно на эквипотенциальной
линии. Это обеспечивает отсутствие на них начального напряже-
ния.
3
Рис. 44
Входное сопротивление датчика равно 155 ом\ выходное сопро-
тивление— 35 ом. Допустимая мощность, рассеиваемая на датчи-
ке в воздухе при температуре 20°С, составляет 0,1—0,15 вт.
При внесении датчика в поперечное магнитное поле на его вы-
ходных электродах появляется напряжение, величина которого
прямо пропорциональна напряженности магнитного поля и току,
протекающему через датчик. Это напряжение подается на вход
усилителя постоянного тока, соб-
ранного на двух полупроводни-
ковых триодах типа П13Б по па-
раллельно-балансной схеме с об-
щим эмиттером (рис. 46).
Одновременно с усиливаемым сиг-
налом на вход усилителя подает-
ся небольшое по величине посто-
янное напряжение, которое подво-
дится к базам триодов через пос-
тоянные сопротивления R{ и /?2-
Это напряжение обеспечивает ли-
нейное усиление входного сигнала.
Усиленный ток измеряется демонстрационным гальванометром,
включенным на выход усилителя по мостовой схеме. Плечами мос-
та служат переменное сопротивление R3 и внутренние сопротивле-
ния обоих триодов. Начальная установка нуля гальванометра про-
изводится с помощью переменного сопротивления 7?3.
41
Р,-47к
Усилитель и датчик э. д. с. Холла смонтированы на изолирую-
щей панели размером 220 X 30 X 2 мм, причем датчик находится
на одном конце монтажной панели, а усилитель — на другом.
Датчик закрыт изолирующей пластинкой, а усилитель—алю-
миниевым цилиндрическим корпусом, который одновременно слу-
жит и ручкой индикатора. В стенке корпуса сделано отверстие для
ручки переменного сопротивления R3, а в торце — отверстие для
проводов, идущих к колодке с винтовыми зажимами.
Датчик и усилитель питаются от двух отдельных источников
постоянного тока с напряжением около 4 в. Источник для питания
Датчика включается к зажимам 1 и 2; источник для питания усили-
теля — к зажимам 3 и 4; демонстрационный гальванометр — к за-
жимам 5 и 6.
ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ИНДИКАТОР
Прибор представляет собой малогабаритный трансформатор с
тремя обмотками (рис. 47). Первичные обмотки питания сец и w2
намотаны на двух отдельных каркасах, взятых от электромагнит-
42
ных телефонов, они содержат каждая’по 100 витков провода ПЭ-0,15
и соединены друг с другом последовательно и встречно. Выходная
обмотка о»з намотана сверху обмоток питания сразу на обоих кар-
касах, т. е. охватывает обе ветви сердечника трансформатора, и со-
держит 600 витков провода ПЭ-0,06. Сердечник трансформатора
имеет сечение 9 х 1,5 мм2 и выполнен из пермалоевой ленты
шириной 9 мм и толщиной 0,1 мм. Последний виток пермалоевой
ленты образует вытянутую петлю п длиной 55 мм, внутрь которой
вставлены два деревянных клина g (для
жесткости конструкции). Петля сделана
для увеличения чувствительности прибора.
Трансформатор укреплен на конце де-
ревянной рейки длиной 30 см, которая
служит ручкой прибора (рис. 48). Выводы
обмоток трансформатора припаяны к гиб-
ким проводам длиной около метра. Прово-
да закреплены на* деревянной рейке и за-
канчиваются наконечниками для винтовых
зажимов.
Прибор питается от звукового генера-
тора типа ЗГ-1 на частоте 1000 гц. Гене-
ратор подключается к зажимам 1 и 2.
Величина магнитной индукции отсчи-
тывается (в условных единицах) по шкале
демонстрационного гальванометра, кото-
рый подключается к зажимам 3 и 4.
Принцип действия индикатора основан
Рис. 48
на явлениях периодического изменения
магнитной проницаемости сердечника трансформатора под дейст-
вием проходящего переменного тока. Это изменение происходит
вследствие нелинейности кривой намагничивания. Рассмотрим это
явление подробнее.
Переменный ток, протекающий по первичным обмоткам транс-
форматора, создает в сердечнике два одинаковых по величине, но
противоположных по направлению магнитных потока, так как об-
мотки питания соединены между собой последовательно и встреч-
но. В результате этого при отсутствии внешнего магнитного поля
в выходной обмотке, охватывающей оба сердечника, э.д.с. индукции
равна нулю.
При этом магнитная проницаемость сердечника периодически
изменяется с удвоенной частотой по сравнению с частотой источника
питания. Это вызвано тем, что при максимальном значении индук-
ции в сердечнике его магнитная проницаемость имеет минимальное
значение независимо от знака индукции, а при прохождении индук-
ции через нуль — достигает максимума.
При внесении индикатора в постоянное магнитное поле в его
сердечнике появляется дополнительный магнитный поток, изме-
43
няющийся с такой же частотой, как и магнитная проницаемость
сердечника. В результате этого изменения в выходной обмотке
трансформатора индуцируется переменная э. д. с. удвоенной час-
тоты, величина которой в некоторых пределах прямо пропор-
циональна напряженности внешнего магнитного поля.
Внешнее магнитное поле оказывает влияние также и на величи-
ну индуктивностей первичных обмоток и, следовательно, на величину
тока, протекающего через них. Все это приводит к тому, что в вы-
ходной обмотке трансформатора изменяется не только напряжение
удвоенной частоты, но, как правило, достигается усиление мощ-
ности.
Ферромагнитный индикатор реагирует только на составляющую
индукции внешнего поля, которая направлена вдоль оси сердеч-
ника, и совершенно не чувствителен к составляющей магнитной ин-
дукции, направленной перпендикулярно продольной оси сердеч-
ника. Это позволяет определять направление индукции магнит-
ного поля в пространстве.
При повороте индикатора в магнитном поле на 180° фаза выход-
ного напряжения изменяется на обратную.
Чувствительность индикатора настолько высока, что всякое
изменение его положения в магнитном поле Земли приводит к об-
разованию в выходной обмотке переменного тока, который откло-
няет стрелку демонстрационного гальванометра на два деления шка-
лы. Чувствительность к магнитному полю можно значительно по-
высить, если увеличить число витков выходной обмотки или при-
менить полупроводниковый усилитель, собранный по схеме рисун-
ка 46.
Предлагаемые индикаторы обладают очень важными достоинства
ми, среди которых следует отметить следующие:
1) прямой отсчет напряженности и индукции магнитного
поля (в условных единицах) по демонстрационному гальва-
нометру;
2) отсутствие движущихся частей в магнитном поле;
3) линейная шкала. Заметные отклонения от линейности шкалы
наблюдаются лишь в области больших полей;
4) малые размеры датчиков, особенно полупроводникового,
что позволяет измерять топографию магнитного поля, а также маг-
нитную индукцию в малых объемах и тонких зазорах (электромаг-
нитов, измерительных приборов и т. п.);
5) простота электрической измерительной схемы;
6) возможность непрерывного измерения постоянных и перемен-
ных полей, меняющихся по любому закону;
7) возможность в широких пределах изменять чувствительность
индикаторов простой регулировкой величины питающего их тока;
8) практически неограниченный срок службы.
Рассмотренные приборы позволяют демонстрировать следующие
опыты по электромагнетизму: магнитное поле линейного провод-
44
ника с током; зависимость индукции магнитного поля от величины
тока, формы проводника, от расстояния до проводника и от маг-
нитных свойств среды, в которой создано магнитное поле; магнит-
ное поле катушки с током; зависимость напряженности магнитного
поля от величины тока и числа витков катушки, приходящихся на
единицу длины; снятие кривой намагничивания ферромагнетика;
магнитное поле тока, протекающего в электролите; намагничива-
ние стали в магнитном поле; зависимость магнитной индукции
электромагнита от формы сердечника; магнитное поле постоянного
линейного магнита; шунтирование подковообразного магнита; эк-
ранирующее действие стали; размагничивание ферромагнетика в пе-
ременном магнитном поле; принцип действия магнитного дефектоско-
па; магнитное поле Земли; намагничивание стального стержня в
магнитном поле Земли; преобразование постоянного тока в пере-
менный и обратно; принцип измерения большой величины силы то-
ка (постоянного и переменного) и др.
5. П. Хрусталев
(г, Красноярск,)
ДВА ПРИБОРА ПО АВТОМАТИКЕ
Прибор для демонстрации автоматической сигнализации при
возникновении пожара. Прибор представляет собой электромаг-
нитное реле 1 (телефонное реле), смонтированное на вертикальной
панели из многослойной фанеры (рис. 49). На этой же панели смон-
тирована исполнитель-
ная цепь: батарея 2 и
лампочка 3 от карман-
ного фонаря; 4 — полу-
проводниковый диод ти-
па Д7А — Д7Д или
ДЩ-24—ДГЦ-27. Мож-
но обойтись и без диода,
но тогда прибор необхо-
димо питать постоянным
током, что менее удобно.
В сигнализирующую
(управляющую) цепь
включен выносной би-
металлический датчик 5.
Датчик изготовлен из
стартера люминесцент-
ной лампы дневного све-
та. Баллон стартера ос-
торожно разбивается, а
45
к выводам от электродов припаиваются провода. Так как элект-
роды стартера изготовлены из тонких биметаллических пласти-
нок, то данный датчик оказывается довольно чувствительным.
При нагревании датчика пламенем спички или горящей бу-
маги электроды замыкаются, реле срабатывает и включает лампочку,
сигнализирующую о возникшем пожаре.
Для того чтобы провода около датчика не обгорали, их нуж-
но изолировать друг от друга керамическими бусами, взятыми, на-
пример, со спирали от электроутюга.
Время от времени электроды датчика
нужно осторожно очищать от копоти
наждачной бумагой.
Питается прибор переменным током
от городской сети.
Рис. 51
Рис. 50
Тележка, управляемая лучом света. С помощью предлагаемой
модели можно демонстрировать принципы телеуправления. Тележка
(рис. 50) начинает двигаться, если ее переднюю панель осветить
пучком света. Если источник света отнести в сторону, то тележка
сделает разворот в сторону источника света и вновь начнет движе-
ние к нему.
Принцип действия тележки довольно прост. Если свет от источ-
ника света S (лампа, карманный фонарь) попадает на фотосопротив-
ление ФСЬ то фотореле ФР1 включает электродвигатель Дь и
тележка поворачивается влево до тех пор, пока свет не попадет на
фотосопротивление ФС2 (рис. 51). При этом фотореле ФР2 вклю-
чит двигатель Д2 и тележка начнет движение по прямой к источнику
света. Если теперь отнести источник света в сторону, например впра-
во, то на фотосопротивление ФС1 свет падать не будет, и двигатель
Д1 выключится. Тележка будет разворачиваться вправо на источ-
ник света до тех пор, пока свет не будет падать на оба сопротивле-
ния и двигатель Д1 не включится.
46
Оба фотореле собраны на текстолитовой плате размером 150 X
х 150 мм.
Каждое реле собирается по схеме рисунка 52 : 1 — обмотка ре-
ле электромагнитного типа РКН; 2 — нормально открытые кон-
такты реле; 3 — полупроводниковый диод типа Д7Д; 4 — кон-
денсатор 0,1 мкф; — гнезда для включения фотосопротивления
типа ФСК-1; Г2 — гнезда для включения двигателя; Г3 — гнез-
да для подвода напряжения от сети (220 в).
Электродвигатели можно поставить любые, но для того, чтобы
не монтировать редуктор, удобнее всего взять двигатели типа СД-2,
делающие 2 оборота в минуту. На оси двига-
телей с помощью переходных втулок наса-
живаются текстолитовые или деревянные (из
многослойной фанеры) колеса. Диаметр ко-
лес 85—90 мм. По ободу колес сделан паз,
в который уложен резиновый тросик — шина.
Для того чтобы тележка могла легко де-
лать повороты при одном включенном двига-
теле, заднее маленькое колесо нужно укре-
пить на поворотном кронштейне. Можно и
просто поставить легко поворачивающийся
изогнутый гвоздь-крюк.
Электродвигатели и плата с фотореле ук-
репляются на основании из многослойной
фанеры. Примерные размеры основания 180 X
X 300 мм. К переднему торцу основания
привинчивается шурупами или укрепляется на уголках передняя
текстолитовая панель с гнездами для фотосопротивлений. Йз тек-
столита же изготовлена прикрепленная посредине разделяющая
перегородка. Ее назначение — перекрывать поток света на одно
из фотосопротивлений, если источник света находится сбоку от
тележки.
Г. Р. Глущенко
(г. Славянск-на-Кубани)
ШАГОВОЕ РЕЛЕ
Предлагаемая конструкция шагового реле представляет собой
устройство, с помощью которого можно управлять механизмами
по радио (радиотелеуправление), управлять механизмами с по-
мощью перфоленты или магнитной ленты (магнитофона). Кроме то-
го, с помощью шагового реле можно демонстрировать различные при-
менения электромагнитных реле, самоблокировку реле, работу
цепи задержки с применением реле задержки.
47
Рис. 53
Принципиальная схема демонстрационного шагового реле дана
на рисунке 53. Щетка реле Щ, перемещаясь по контактам 0—11,
замыкает последовательно цепи питания ламп Л{ —и цепи пи-
тания управляющих обмоток электромагнитных реле Рi — Р5,
через контакты Кл{— которых к шаговому реле подключаются
сравнительно мощные исполнительные механизмы. Исполнитель-
ные механизмы, подключенные к клеммам Кл{— Кл3, будут вклю-
ченными только до тех пор, пока щетка шагового реле будет стоять
на 6, 7 или 8 контактах. Реле Р4 имеет две пары нормально от-
крытых контактов. Через одну из этих пар замыкается электри-
ческая цепь механизма, подключенного к клеммам Кл±, а вторая
пара служит для самоблокировки реле Р4. Таким образом, меха-
низм, подключенный к клеммам Кл±, как видно из схемы, будет ос-
таваться включенным и тогда, когда щетка шагового реле уйдет
с контакта 9, Так как цепь тока самоблокировки реле Р4 прохо-
дит через нормально закрытые контакты реле подача тока в об-
мотку реле Ръ (через контакт И шагового реле) приводит к дебло-
кировке реле Р4 и выключению подключенного к клеммам Кл4
исполнительного механизма.
Реле Р7 — входное, через клеммы Кл6 на него подаются управ-
ляющие импульсы — командные сигналы. У реле Р1 есть две пары
нормально открытых контактов. Через одну пару этих контактов
при подаче командного импульса на реле Р7 включается ток в об-
48
мотку соленоида S, сердечник которого С, втягиваясь, через хра-
повой механизм (рис. 54, а) перемещает щетки шагового реле.
Вторая пара контактов реле Р7 включает ток в реле задержки,
состоящее из электромагнитного реле Рв с парой нормально замк-
нутых контактов и конденсатора большой емкости, подключенного
параллельно обмоткам этого реле.
Реле задержки позволяет щетке проходить контакты 0—11
без включения присоединенных к этим контактам механизмов. В
момент подачи командного сигнала на клеммы Кле входного реле
Р7 включается ток в катушку соленоида S и одновременно под
напряжение включается обмотка реле Рв, исполнительные кон-
такты которого немедленно размыкаются. В это же время заряжает-
Рис. 54
49
ся конденсатор. Так как исполнительная цепь (питающая электро-
лампы Jli — Jit и обмотки реле Р4 — РБ), как видно из схемы,
проходит через исполнительные контакты реле Рв, то она останет-
ся разомкнутой до тех пор, пока по обмотке реле Рв будет идти
ток. После выключения командного сигнала ток через обмотку реле
Р9 будет еще некоторое время поддерживаться разрядом конден-
сатора. Следовательно, во время разряда конденсатора можно по-
дать через реле Р7 на соленоид S следующий командный импульс
и подвинуть щетку Щ шагового реле на следующий контакт. Но
новый импульс приведет и к новой подзарядке конденсатора, а это
даст возможность перейти на третий контакт и т. д. И только тогда,
когда щетка шагового реле задержится на данной контактной пласти-
не на время, большее, чем то, которое требуется для разряда кон-
денсатора, исполнительная цепь, соединенная с данной пластиной,
сможет замкнуться через соединившиеся контакты обесточенного
реле Рв. Время задержки будет зависеть от емкости конденсатора
и сопротивления обмотки реле Р6. При емкости конденсатора в
50—100 мф и сопротивлении обмотки реле в несколько сот ом время
задержки составляет несколько секунд.
Чтобы конденсатор не мог разряжаться через малоомную об-
мотку соленоида, контакты реле Р7, подающие ток к реле задержки,
должны размыкаться несколько раньше контактов этого реле, пи-
тающих цепь соленоида. Выключатель позволяет закоротить испол-
нительные контакты реле Рв и показать работу шагового реле как
бы при отсутствии реле задержки.
К клеммам Кл6 подключается источник постоянного тока на
10—12 в. При использовании в качестве источника тока выпрями-
теля клеммы Кл5 следует зашунтировать конденсатором на 30—
50 мф.
Контакты шагового реле 0, 5 и 10 не имеют нагрузок и служат
для «передышек» — остановок щетки Щ при обдумывании очеред-
ных включений.
Лампа КЛ контрольная.
Почти все детали шагового реле самодельные. Главная его часть—
шаговый искатель — изготовляется на базе механизма переменного
радиосопротивления. Радиосопротивление желательно взять круп-
ных размеров (например, старых выпусков). Крышка радиосопро-
тивления удаляется, а расположенные в корпусе стопоры, ограни-
чивающие круговое движение оси, спиливаются. Боковые лепестки
для пайки проводников можно также удалить — они не потре-
буются, как не потребуется и угольный токопроводящий слой.
С помощью имеющегося на корпусе сопротивления винтового крепле-
ния оно привинчивается обычным способом в центре изолирующей
прямоугольной пластины (эбонит, оргстекло, фанера) размером
120 X140 мм (рис. 54, б). Контактные пластины вырезаются из белой
жести по форме рисунка 54, б. Размеры пластины 12 х 15 мм. Отог-
нутые язычки контактных пластин заводятся в отверстия 00, прос-
50
верленные в изолирующей пластине, и с обратной стороны загибают-
ся. Важно, чтобы контактные пластины плотно прилегали к основе.
Загнутые язычки можно использовать для пайки проводов, которые
будут идти к лампам Лi — Л4 и обмоткам реле Р{ — Рь.
Пружинящий контакт — щетку радиосопротивления надо акку-
ратно отпаять, рычаг, на котором она была укреплена, удлинить
какой-либо пружинящей пластиной (у. п., рис. 54, б) и на конец
этой пластинки вновь припаять снятую щетку Щ.
Удлиненный рычаг и его пружинящие свойства должны при
круговом движении оси получившегося шагового искателя обеспе-
чивать поочередное надежное электрическое соединение щетки со
всеми контактами.
Скачкообразное перемещение щетки шагового искателя по кон-
тактным пластинам обеспечивается двенадцатизубным храповиком 1,
который можно изготовить из часового колеса крупных размеров,
число зубьев которого кратно 12 (рис. 54, а). Храповик наглухо
насаживается на хвостовик оси шагового искателя (со стороны, об-
ратной контактам). Грузик 2 обеспечивает зацепление собачки 3
за зуб храповика и вместе с тем не мешает сколько-нибудь заметно
пружине 4 поднимать рычаг вверх. Исполнительная цепь замыкает-
ся через центральный контакт радиосопротивления ц. к., щетку
и ту из контактных пластин, на которой в данный момент остано-
вилась щетка.
Соленоидную систему лучше всего собрать на базе Ш-образ-
ного сердечника трансформатора (например, Ш-12, толщина па-
кета 10 — 12 мм). Каркас катушки S жесткий, немагнитный
(рис. 54, а). Средний стержень получившегося сердечника С должен
свободно входить в отверстие катушки соленоида. Катушка соленоида
с подложенными под нее и тоже собранными в плотный пакет пере-
мычками П прочно крепится к подставке. Для уменьшения стука
при работе на дно катушки кладется кусочек толстой мягкой рези-
ны или губки. Катушка S имеет несколько сот витков провода
ПЭЛ-0,2. Конструкция реле с соленоидом, не нарушая представ-
ления о принципах работы шагового реле, делает его более надеж-
ным при работе в классных условиях, а главное реле в этом случае
несравненно нагляднее.
Все электромагнитные реле — Р7 самодельные, они изго-
товляются по типу реле, изображенных на рисунке 54, в, г. Реле
Рв содержит 14 000 витков провода ПЭЛ-0,1, его сопротивление
1300 ом. Остальные реле содержат по 7000 витков провода ПЭЛ-0,16,
их сопротивления st; 250 ом. Так как чувствительность реле Pi —
— Рй не играет существенной роли при работе шагового реле, точ-
ность их изготовления может быть и невысокой. Реле Рв и Р7
требуют более тщательного изготовления.
Контактные пары для электромагнитных реле подбирались
из контактных наборов старых индукционных телефонных
аппаратов.
51
Все механизмы шагового реле, за исключением храповика, уста-
новлены на лицевой стороне вертикальной панели размером 350 х
X 200 мм. Панель вырезана из 8-миллиметровой фанеры.
Демонстрация телеуправления механизмами с помощью описан-
ного выше шагового реле проводится в такой последовательности:
1. К клеммам Кл5 шагового реле подключается аккумулятор
или выпрямитель на 10—12 в. К входному реле Р- через клеммы
Клв на длинном (8—10 м) двойном изолированном проводе при-
соединяется ключ К. Цепь ключа содержит второй аккумулятор
на 6—8 в (рис. 55, а).
В качестве нагрузок для контактных пластин 1—4 в нашем реле
использованы лампочки на 12 в. Они питаются током от того же ис-
точника, что и остальные механизмы реле. Клеммы реле КлА подклю-
чались параллельно кнопке «пуск» демонстрационного магнитного
пускателя, включавшего двигатель, предназначенный для опуска-
ния и поднятия штор затемнения физкабинета. Фазы трехфазного
двигателя были подключены так, что двигатель работал на «опус-
кание». Клеммы Кл2 включались параллельно кнопке «пуск» второ-
го демонстрационного магнитного пускателя, подключенного к то-
му же двигателю, но при срабатывании пускателя двигатель рабо-
тал на «поднятие». Самоблокировка магнитных пускателей остава-
лась выключенной, и таким образом опускание или поднятие штор
длилось только до тех пор, пока щетка реле оставалась на контакт-
ной пластине 6 или 7 (на окнах, кроме того, есть концевые выклю-
чатели, не допускающие перехода штор через определенные гра-
ницы).
Через клеммы Кл3 был подключен вентилятор, получавший
питание от сети, а через Кл^ подключалось освещение класса, ко-
торое, как описывалось выше, включалось при остановке щетки
шагового реле на контакте 9 и оставалось включенным до тех пор,
пока щетка не останавливалась на 11 контакте.
2. Нажимая на ключ К (рис. 55, а), демонстрируем работу ша-
Рис. 55а
52
б
Рис. 556
гового реле при замкнутом и разомкнутом выключателе Вык.
Обращаем внимание учащихся на то обстоятельство, что реле
Pt — Р& срабатывают не мгновенно, а если бы щетка шагового
реле успевала переходить с контакта на контакт за время, меньшее
времени срабатывания этих реле, необходимости в реле задержки
не было бы.
Передаем ключ (он на длинном проводе) в руки учащихся,
предлагая им самим произвести необходимые включения: вклю-
чить лампу Ль Л3, закрыть шторы, включить свет в классе и т. д.
Так как положение щетки шагового реле хорошо видно с любого
ученического места, подобные включения не затрудняют учащихся.
Для облегчения этих операций на классной доске можно в виде
таблицы написать номера контакт-
ных пластин реле, а против них —
наименование связанных с ними ме-
ханизмов.
3. Закрываем от учащихся шаго-
вое реле каким-либо непрозрачным
экраном и вновь предлагаем кому-
либо из учащихся произвести те или
иные включения. Это, конечно, впол-
не возможно, но всякий раз надо дер-
жать в памяти, каким было последнее
включение. Напрашивается вывод,
что следует установить какое-то «за-
поминающее» устройство, которое поз-
воляло бы, не видя положения щет-
ки шагового искателя (что на прак-
тике в большинстве случаев и имеет место), знать это положение.
Заменяем в предыдущем опыте ключ К специальным командо-
аппаратом К. А. (рис. 55, б). Устройство командоаппарата по-
нятно из рисунка: двенадцатизубный храповик, проворачиваемый
рукояткой, расположенной на обратной стороне пластины, замы-
кает контакты К, нажимая на них своими зубьями. Согласовав
положение щетки шагового искателя с положением стрелки коман-
доаппарата, предлагаем учащимся вновь включить заданный ме-
ханизм. До тех пор пока положение щетки реле и стрелки коман-
доаппарата остаются согласованными, управление механизмами
будет намного проще, чем в предыдущем случае. А если записать
команды прямо на пластине командоаппарата (вместо цифр 0—11),
управление упростится еще больше. Случается, правда, что резкие
или очень нерешительные включения иногда приводят к рассогла-
сованию системы, но с этим можно мириться, тем более что из этого
можно извлечь некоторую методическую пользу: возникает повод
указать на роль надежности в работе телемеханических систем,
а также на необходимость иметь, кроме канала управления, канал
обратной связи. Не лишне обратить внимание учащихся на то, что
53
командоаппарат и шаговый искатель образуют в данном случае
следящую систему.
4. Чтобы эта телемеханическая система управления стала радио-
телемеханической, достаточно в предыдущей схеме вместо проволоч-
ного канала связи между командоаппаратом и шаговым реле уста-
новить радиоканал. Радиоканал создается с помощью приборов из
демонстрационного набора к теме «Электромагнитные колебания и
волны». Командоаппарат К. А. включается в цепь сетки или ано-
Рис. 56
да генератора УВЧ (рис. 56), в последнем случае контакты коман-
доаппарата следует зашунтировать сопротивлением R на 3—5 ком
(5 вт) во избежание пробоя конденсаторов выпрямителя. На ге-
нераторе устанавливается передающая антенна. Поляризованное
реле (из того же набора) с приемной антенной и детектором своими
исполнительными контактами включается через источник тока к
клеммам /Слв шагового реле Ш. Р. Длинный провод, позволяющий
передать командоаппарат в руки учащихся, ставится между генера-
тором УВЧ и командоаппаратом. Весь процесс управления испол-
нительными механизмами остается таким же, как и в опытах 2 и 3.
Понятно, что перед этой демонстрацией к генератору УВЧ нужно
подключить соответствующее питание и отрегулировать его.
5. Для демонстрации программного управления механизмами
с помощью команд, нанесенных на перфоленту, надо собрать неслож-
ный механизм для протягивания ленты. В качестве ленты луч-
ше всего использовать бумажную подложку от широкой ролевой
фотопленки (к фотоаппарату «Москва»). Три катушки, на которых
наматывается эта пленка, устанавливаются с помощью небольших
кронштейнов на вертикальной стойке так, как показано на левой час-
ти рисунка 57. Катушка О2 через редуктор приводится во вращение
электродвигателем, в крайнем случае ее можно вращать и вручную,
приделав к ней рукоятку. Средняя катушка служит контактным
барабаном 1. Вначале на эту катушку для утолщения плотно на-
матывается полная полоска подложки, поверх нее наматывается
54
один-два слоя медной или латунной фольги, конец которой припаи-
вается к слою, лежащему под ним. Боковые кромки фольги припаи-
ваются к бортикам катушки. Контактный барабан можно заменить
полусогнутым куском белой жести, только в этом случае придется
посильнее прижать щетки.
Принцип действия установки понятен из рисунка 57. Через на-
несенные в ленте отверстия щетка замыкает управляющую цепь ша-
гового реле Ш. Р. через контактный барабан 1 и скользящую щет-
ку 2, заставляя шаговое реле срабатывать и перемещать щетку
шагового искателя. Скорость протягивания ленты 1—2 — .
сек
Важным достоинством данной демонстрации является возмож-
ность наносить программу работы реле на ленту на глазах учащих-
ся. В качестве пробойника можно использовать канцелярский
дырокол. Если щетку сделать перемещающейся в направлении,
перпендикулярном рисунку то на одну бумажную полоску можно
будет наносить не одну программу, а четыре-пять (имеется в виду
подложка от 60-миллиметровой фотопленки).
6. Очень интересна демонстрация управления механизмами с
помощью магнитной ленты. Схема этой демонстрации показана
на рисунке ’ 58. У магнитофона бывает выход для дополнительного
громкоговорителя или для контроля записи и воспроизведения.
К этому выходу, а при его отсутствии к концам вторичной обмотки
выходного трансформатора подключается поляризованное реле
Р. П. от радионабора. Исполнительные клеммы реле через источ-
ник тока подключаются к входу шагового реле. Если к магнитофо-
ну подключить микрофон, то при полностью включенной громкости
даже не очень сильный звук перед микрофоном приводит к срабаты-
ванию шагового реле. Лучше, однако, подавать командные сигналы
свистком. Эти сигналы можно записать на магнитную ленту, пере-
мотав которую, можно продемонстрировать «запоминание» их: при
55
Рис. 58
новом прокручивании ленты сигналы, записанные на ней, застав-
ляют срабатывать шаговое реле.
Демонстрация удается довольно легко, следует только учиты-
вать, что шум и стук работающих механизмов, голоса учащихся
могут также оказаться «сигналами», которые будут заставлять сра-
батывать реле. Поэтому при записи команд на ленту ручку «гром-
кость» надо вводить только на время подачи команды, после чего
немедленно выводить ее до нуля. В наших опытах использовался маг-
нитофон «Днепр-9». Детектором в поляризованном реле служил
диод Д7Б.
Ю. С. Устинов
(г. Пермь)
НЕСКОЛЬКО ПРОСТЫХ СХЕМ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Усилитель имеет два каскада усиления с гальванической связью
(рис. 59). В первом каскаде усилителя применяется любой мало-
мощный транзистор, например, типа П13, П14, П15. База первого
транзистора соединена с положительным полюсом источника тока
через потенциометр ас эммитсром соединено сопротивление р —
— п перехода второго транзистора, так что создается положитель-
ное смещение на базе первого транзистора, и оба оказываются закры-
тыми. При подаче отрицательного тока смещения на базу первого
транзистора оба транзистора открываются. В коллекторе второго
транзистора включена катушка электромагнитного реле (типа
РПН, РКН). Для определения возможности применения реле для
данной схемы необходимо присоединить его к источнику тока на-
пряжением 8—9 в. Если реле срабатывает и ток катушки не пре-
56
вышает 15 ма, то можно применить транзисторы П13—П15. Если
ток катушки прёвышает 15 ма, то необходимо применить транзис-
торы П201—П203. Сопротивление катушек реле должно быть 100—
500 ом.
Усилитель имеет два входа. Первый вход используется для вы-
сокоомных параметрических датчиков — фотоэлемент, фотосопро-
тивление, термосопротивление. Второй — для генераторных датчи-
ков — селеновый фотоэлемент и др.
Общий коэффициент усиления по току k = 0i02, где 0tH02—
коэффициенты усиления применяемых транзисторов. Используя
в схеме транзисторы даже с малыми 0, можно получить большие
коэффициенты усиления реле. Если, например, ток срабатывания
реле /ср = 10 ма n0t — 02 — 20, то реле сработает при входном
токе усилителя:
/вх = /ее. = 12^ = 0,025 ма.
31 3.2 400
Использование усилителя для фотореле. Для сборки фотореле
достаточно к входу 1 подключить фотосопротивление ФСК-1. При
отсутствии фотосопротивления можно на вход включить транзистор
типа П13 со срезанным колпачком. Эмиттер «фототранзистора»
в этом случае соединить с базой первого транзистора. С помощью
переменного сопротивления можно в больших пределах изме-
нять чувствительность усилителя фотореле.
Термореле и терморегулятор. Включив к входу / термосопро-
тивление типа ММТ (/? — 50—200 ком), легко продемонстрировать
термореле. Использовав нормально замкнутые контакты реле для
управления лампой и поместив термосопротивление над ней, можно
наблюдать периодическое включение и выключение лампы, показы-
вающее, что температура термосопротивления и окружающего про-
странства изменяется от 7\ до Т2 в небольших пределах. С помощью
Rt можно отрегулировать необходимое значение, которое будет
автоматически поддерживаться терморегулятором (не более 120° С).
57
Рис. 60
Усилитель реле при этом не должен нагреваться. Вместо термосоп-
ротивления можно применять транзистор.
Реле времени. В схеме реле времени (рис. 60) также исполь-
зуется усилитель, на вход которого подключается цепочка RC. Кон-
денсатор С электролитический (500 мкф, 12—30 в).
При кратковременном замыкании кнопки КН конденсатор
заряжается до напряжения источника питания, реле Р своими
контактами влючает лампу. Конденсатор разряжается через вход-
ную цепь усилителя — сопротивления /?2 и R$. Ток разряда кон-
денсатора открывает транзисторы. При снижении напряжения на
конденсаторе, а значит, и тока через входную цепь усилителя тран-
зисторы закрываются, реле выключает лампу — выдержка закан-
чивается.
Время выдержки можно подсчитать по формуле:
Т = R,XC In t
^ОТП Рвх
где RBX— общее наибольшее входное сопротивление усилителя.
Приведенные по схеме величины обеспечивают выдержку времени
до 1 мин.
Применяя мощный транзистор во втором каскаде усилителя,
можно демонстрировать безконтактное реле, включив вместо обмот-
ки электромагнитного реле лампочку 6 в, 0,28 а. Подключив на
вход / усилителя сопротивление 100—200 ком, создающее неболь-
шой ток смещения на базы транзисторов, усилитель можно использо-
вать для усиления сигналов звуковой частоты, например от детек-
торного приемника. В цепь коллектора второго транзистора нуж-
но включить трансляционный громкоговоритель.
БЕЗКОНТАКТНОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
(МУЛЬТИВИБРАТОР)
Для демонстрации безконтактного переключающего устройства
удобен мультивибратор, собранный на мощных транзисторах типа
П201 (П203), схема которого представлена на рисунке 61.
58
Рис. 61
В качестве коллекторных нагрузок используются лампочки б в,
0,28 а. При указанных величинах деталей период колебаний муль-
тивибратора составляет 1,5—2 сек. Для симметричного мультивиб-
ратора необходимо подобрать транзисторы с одинаковыми коэффи-
циентами усиления р. Мультивибратор собирается на изоляцион-
ной панели, где монтаж можно выполнить наглядным, располагая
детали подобно принципиальной схеме. Источник питания — две
батареи КБС-Л-0,5, соединенные последовательно.
СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА УГЛА ПОВОРОТА
В автоматических устройствах часто используются следующие
системы линейного перемещения- или угла поворота. Широко приме-
няемые сельсины используются чаще как индикаторы угла поворота
или перемещения (индикаторный режим). Предлагаемая схема (рис.
62) устройства с усилением мощности предельно проста, хорошо
моделирует принцип следящей системы. В диагональ моста постоян-
ного тока, образованного двумя потенциометрами /?! и Т?2, включе-
ны катушки чувствительных поляризованных реле P/7t и РП2.
59
Рис. 63
При повороте одного из потенциометров, например происхо-
дит разбаланс моста, что приводит к срабатыванию одного из реле.
Контакты этого реле включают двигатель, который через механи-
ческую передачу поворачивает исполнительный механизм и одно-
временно потенциометр 7?! до баланса моста. При балансе моста
реле отключает двигатель. Таким образом, за углом поворота по-
тенциометра /?2 будет «следить» исполнительный механизм (объект
управления).
На рисунке 63 показано примерное расположение деталей мо-
дели следящей системы. Потенциометры Ri и Т?2 типа СП-0,51 ком
крепятся на доске на скобах. На оси сопротивления R{ устанавли-
вается шкив — удобно для этой цели использовать диск шкаль-
ного устройства радиоприемника. Под диском устанавливается
электродвигатель (микродвигатель от игрушек), шкив которого сое-
диняется тонкой резинкой со шкивом потенциометра. Двигатель
Рис. 64
60
должен иметь постоянные магниты возбуждения. Поляризованные
реле РП-4 или РП-7 (РП-5). Контакты реле нужно отрегулировать
на одностороннее срабатывание. Каждое реле должно срабатывать
только при одном из направлений тока разбаланса моста (противо-
положных). В случае неправильного срабатывания реле необхо-
димо переключить концы катушки одного из реле.
Работа следящей системы может быть улучшена применением
транзисторных усилителей, входные цепи которых следует вклю-
чить в диагональ моста. В этом случае можно применить неполяри-
зованные (нормальные) реле.
На рисунке 64 дана схема следящей системы с однокаскадными
усилителями. Выбирать электромагнитные реле и транзисторы уси-
лителей нужно согласно описанию универсального усилителя. Ис-
точниками питания следящей системы служат батареи карманного
фонаря.
Предлагаемые в статье схемы моделей автоматических устройств
можно использовать на уроках физики, а также во внеклассной
работе (в кружках автоматики, радиотехники). Изготовить приборы
по приведенным схемам смогут учащиеся старших классов. Эти при-
боры не требуют сложной настройки и регулировки.
С. X. Моключенко
(Коми АССР, г. Ухта, п. Водный)
ПРОСТОЙ АСИНХРОННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Модель асинхронного двигателя можно изготовить следующим
образом (рис. 65). Отрезок шестидюймовой трубы шириной 7 см
служит станиной двигателя. На его поверхности просверливается
шесть отверстий, сквозь которые пропускаются болты для крепле-
Рис. 65
61
Рис. 66
ния полюсных наконечников (башмаков), взятых от автомобиль-
ного стартера (болты взять оттуда же). Обмотка статора состоит из
шести катушек, которые наматываются проводом ПЭЛ-0,25, по 1000
витков каждая. Катушки должны быть таких размеров, чтобы они
свободно надевались на башмаки. Концы обмоток выводятся на
клеммный щиток, который крепится к станине. Клеммы на щитке
располагаются так, как это делается у настоящих двигателей. Это
обеспечивает простоту переключения обмоток статора двигателя со
звезды на треугольник.
Роторы двигателя имеют общеизвестные конструкции (рис. 66).
Размеры их таковы, что свободно входят в статор. Устанавливаются
роторы в скобе, изготовленной из трехмиллиметровой стали, и при-
крепленной двумя-тремя болтами к станине. Для предупреждения
осевого смещения роторов на их оси напаивается по две шайбы.
Один из роторов имеет внутри вентиляторные лопасти. Двигатель
с таким ротором можно использовать в качестве вентилятора в не-
которых опытах.
Ротор-рамка состоит из 200 витков провода любой марки
00,35—0,4 мм.
Двигатель включается в сеть (напряжение 220—380 в) через
ламповый реостат. При включении звездой берутся лампы мощностью
150—200 emt при включении треугольником — мощностью 40—
60 вт. Двигатель может работать 8—10 мин без значительного
нагревания обмоток статора.
Г. Р. Глущенко
(г. Славянск-на-К у бани)
НАБОР К ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЕ
Набор к трехэлектродной лампе представляет собой комплект
специальных панелей и некоторых других деталей. В него входят:
выпрямитель (рис. 67); панель с электронной лампой — ламповая
панельЛП (рис. 68); панель с сеточным потенциометром Л1 (рис. 69);
62
Рис. 67
Рис. 71
63
Рис. 79
64
панель для подключения звукоснимателя (детекторного приемника,
звукового генератора) и осциллографа Л2 (рис. 70); каскад пред-
варительного усиления — панель ЛЗ (рис. 71); панель с фотореле
Л4 (рис. 72); панель с реле времени Л5 (рис. 73); панель анод-
ная нагрузка — сопротивление П1 (рис. 74); панель анодная наг-
рузка — выходной трансформатор П2 (рис. 75); панель анодная
нагрузка — электромагнитное реле ПЗ (рис. 76); счетчик сигналов
панель П4 (рис. 77); панель —сигнальные лампы П5 (рис. 78); па-
нель— сигнальная лампа реле времени /76 (рис. 79); осветитель
фотоэлемента; соединительные проводники; ящик для хранения
панелей и других деталей.
Выпрямитель на специальной белой передней планке имеет
зажимы Кл « — », «— 6,3», «+ 250», на которые при монтаже
установок насаживается четырьмя вилками «— », «~ 6,3» и
«4-250» ламповая панель ЛП. Вилки прочно прикреплены
к панели ЛП и достаточно жестки, чтобы удерживать в вер-
тикальном положении на выпрямителе любую комбинацию пане-
лей. На передней планке выпрямителя выведены также зажимы
« + 30 —».
На ламповой панели ЛП слева есть три зажима Кли Кл2
и Кл3, за которые крючками 1, 2, 3 могут навешиваться левые
панели Л1—Л5. Справа на ЛП расположены зажимы Кл3 и 7(лй,
на которые крючками 5 и 6 навешиваются правые панели П1, П2,
ПЗ. Панель ПЗ справа имеет зажимы Кл., Кл3 и Кл9, на ко-
торые могут быть навешены правые панели П4, П5, П6 крючками
7, 8, и 9.
Часть контактов между элементами панелей соединяется гибкими
удлинительными проводниками. На схемах эти проводники изобра-
жены волнистыми стрелками, цифры или знаки около них указы-
вают, к каким точкам схемы они при работе будут присоединяться.
Гибкие удлинительные проводники оконцованы вилкообразными
наконечниками.
Часть панелей имеет гнезда Гн, об их назначении будет ска-
зано ниже.
Все панели монтируются на дощечках из восьмимиллиметро-
вой фанеры размером 130 X 180 мм. Лицевая сторона панелей
оклеивается белой плотной бумагой, на которой линии монтажа и
некоторые детали рисуются соответствующими условными знаками.
С помощью этого набора можно показывать следующие демон-
страции:
1. Роль сетки в лампе (сеточная характеристика). Для этого
соединяются между собой панели Лх, ЛП и /7/; ЛП насаживается
вилками на зажимы выпрямителя, Hi гибкими удлинительными про-
водниками соединяется с зажимами «4- 30 —» выпрямителя, к гнез-
дам ГHi подсоединяется миллиамперметр, им может служить де-
монстрационный амперметр, зашунтированный (шунт подбирается
опытным путем) так, чтобы при шкале «10а» отклонение стрелки на
3 Заказ 322
65
одно деление соответствовало 1 ма. К гнездам ГWj подключается
вольтметр с нулем посредине на ± 10 в (можно использовать де-
монстрационный гальванометр старых выпусков).
Подсоединять приборы как к гнездам и Гн3, таки к другим
нужно специальными проводниками, оконцованными на одной сторо-
не штеккером (он вставляется в гнездо), а на другой — вилкообраз-
ным наконечником—этой стороной провод подключается к прибору.
Можно для соединения гнезд с приборами пользоваться и обычными
штепсельными вилками с проводниками. В этом случае одну из но-
жек вилки и провод, идущий от нее, следует отметить.
Изменяя потенциометром потенциал сетки, можно наблюдать
изменение анодного, тока лампы.
2. Если в цепь сеточного потенциометра включить миллиампер-
метр на 10—12 ма, а к гнездам Гн2 подключить вольтметр на 250—
300 в, то получим установку, с помощью которой можно продемон-
стрировать работу лампы в качестве усилителя мощности. Неко-
торый прирост мощности в цепи сетки вызывает в цепи анода во много
раз большее возрастание мощности. При снятии показаний миллиам-
перметра цепи сетки вольтметр из этой цепи желательно отклю-
чить.
3. Движением ползунка сеточного потенциометра вверх-вниз
создаем на сетке колебания напряжения, например, от — 5 до + 5 в,
напряжение на анодном сопротивлении при этом изменяется от 20
до 190 в—этим демонстрируем работу лампы в роли усилителя
колебаний напряжения.
В опытах 2 и 3 анодный вольтметр должен быть с внутренним
сопротивлением в несколько десятков килоом.
4. Если в предыдущем опыте заменить панель П1 на ПЗ, полу-
чим электронное реле. К зажимам Кл7, Кл9 и Кл9 можно подключить,
например, панель П5 или любую другую нагрузку, ток которой
не превышает допустимого для электромагнитного реле панели ПЗ.
5. Использование триода в качестве усилителя электромаг-
нитных колебаний демонстрируется на установке Л2, ЛП и П2.
В этом случае к гнездам можно подключить звукосниматель,
детекторный приемник из школьного набора по радиотехнике или
выход звукового генератора. К зажимам К,л19— Клп присоединяет-
ся громкоговоритель из набора по радиотехнике.
При наличии электронного осциллографа его вначале подклю-
чают к гнездам Гм5, а затем к гнездам Гн9, демонстрируя увеличе-
ние амплитуды колебаний. Если есть электронный переключатель
к осциллографу, то к гнездам Гн9 и Гнй подключается его первый
и второй входы.
6. Двухкаскадное усиление демонстрируется набором ЛЗ, ЛП
и /72. Как и в предыдущем опыте, источником усиливаемых коле-
баний могут быть звукосниматель, детекторный приемник или зву-
ковой генератор. Если в предыдущем опыте звучание динамика мож-
но было прослушивать только при хорошей тишине в классе, то в
66
опыте с двумя лампами получается достаточно громкое и хорошее
по качеству воспроизведение как грамзаписи, так и радиоприема
детекторного приемника.
7. Подключение к гнездам Г«7 предыдущей установки школьной
трубки Гейгера позволяет получить громкое воспроизведение разря-
дов в трубке. В случае, если электромагнитное реле панели ПЗ
и счетчик панели П4 окажутся достаточно быстродействующими,
набор ЛЗ, ЛП, ПЗ и П4 с трубкой Гейгера у входа позволит про-
демонстрировать способ автоматического подсчета пролетевших
через трубку частиц.
8. Набор панелей Л4, ЛП, ПЗ и П5 представляет собой обычное
фотореле — сигнализатор.
9. Если П5 заменить на П4, то получится фотореле — счетчик
импульсов. Фотоэлемент в опытах 8 и 9 освещается осветителем —
двадцативаттной лампочкой на 6 в с рефлектором.
10. Соединив Л5 и ЛП, ПЗ и П6, получим реле времени. Выдерж-
ка времени может достигать минуты.
К основным достоинствам предлагаемого набора относится преж-
де всего наглядность. Соединения элементов установок между собой
хорошо видны из любых мест класса. Не менее важное достоинство
набора — возможность собирать установку быстро, затрачивая на
сборку установки по схеме не более 1—2 мин. Следует заметить,
что речь идет именно о сборке, а не показе готовой заранее собран-
ной схемы. Способ соединения элементов набора между собой крюч-
ками и специальными проводами обеспечивает, помимо прочего,
надежность соединений, что очень важно на уроке для удачи опыта.
Набор демонстрирует и широко используемую в современной элект-
ронике (например, в радио и телевизионной аппаратуре) блочную
систему конструирования установок.
Набор не имеет цели заменить собой приборы, выпускаемые
Главучтехпромом. Думается, что он будет полезным приложением
к ним.
Набор можно использовать при проведении практических работ
по физике.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ ДАННЫЕ НЕКОТОРЫХ
САМОДЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ НАБОРА
Выпрямитель рядовой конструкции. Силовой трансформатор
подбирается из расчета нагрузки в 50—70 вт. Можно использовать
практически любой готовый силовой радиотрансформатор, имеющий
обмотки: сетевую, накала кенотрона, накала лампы, а также обмотку
с выходами напряжения — 250------ 300 в. Обмотку для получе-
ния напряжения «+ 30 —» приходится доматывать вручную.
Электромагнитное реле телефонного типа с двумя парами кон-
тактов. Ток срабатывания 4—7 ма. Изготовлено на катушке диамет-
ром 30 мм и высотой 15 мм с 7000 витками провода ПЭ-0,05.
3s
67
Потенциометр сетки представляет собой деревянный цилиндр,
диаметром 18 мм и длиной 150 мм, на котором намотан нихромовый
проводник в лаковой изоляции. Диаметр провода 0,12 мм. В тех
местах намотки, где должен двигаться ползунок, изоляция снята.
Счетчик импульсов (П4) — элетромагнит, сердечником кото-
рого служит пакет Ш-образных пластин (Ш-12). Обмотка содержит
250 витков медного провода ПЭ-0,3. Стрелка счетчика передви-
гается двадцатизубым храповиком, приводимым в движение собач-
кой, соединенной с якорем электромагнита.
Л5 — два рычажка на шарнирах, соч-
лененных сверху шарнирной тягой из
прозрачного материала (оргстекла).
Трансформатор панели П2 собран
на Г-образных пластинах (для большей
наглядности). Первичная обмотка —8000
витков провода ПЭ-0,05, вторичная —
300 витков провода ПЭ-0,35. Сечение
сердечника 5 см2. Конденсаторы панели
П2 (0,1) — разделительные.
Крышка переменного сопротивления
панели Л5 сделана для лучшей на-
глядности съемной.
Фотоэлемент (ЦГ-3) помещен в за-
черненную изнутри коробочку от диа-
фильмов. Для ограничения светового
потока, падающего на катод фотоэлемен-
та, к отверстию коробочки (для пропус-
ка света) приделана жестяная трубочка
длиной 100 мм и диаметром 25 мм. Коробочка с фотоэлементом
может поворачиваться (независимо от панели) на вертикальной
оси примерно на 150®.
Крепление вилок к панели ЛП и накидных крючков к левым и
правым панелям понятно из рисунка (Л, П и ЛП) (рис. 80).
В нерабочее время детали набора хранятся в ящичке, в двой-
ном дне которого сделаны прорези. В эти прорези устанавливаются
своими крючками или вилками панели. Место каждой панели обозна-
чено тем же знаком, что и сама панель. Выпрямитель хранится от-
дельно.
Примечание. 1) К набору можно легко приспособить и
стандартный выпрямитель Главучтехпрома, для этого достаточно
к нему укрепить панель с зажимами, на которые можно было бы на-
саживать ламповую панель ЛП. Напряжение на потенциометр
сетки в этом случае придется подавать от постороннего источника.
2) В схеме панелей Л2 параллельно гнездам Гн4 и Г«5 целесооб-
разно подключить сопротивление 2 Мом.
68
И. Д. Филипп, А. М. Шляховой
(г. Бельцы)
УСТАНОВКИ ДЛЯ ШКОЛЬНОГО РАДИОКРУЖКА
Действующая модель системы ориентации спутника на Солнце.
Как известно, межпланетные станции, спутники при выполнении
отдельных заданий должны иметь определенную ориентацию по от-
ношению к исследуемому объекту. Ориентация осуществляется по
какому-либо яркому светилу, например, при фотографировании
обратной стороны Луны автоматическая станция ориентировалась
по Солнцу.
Предлагаемая модель действует следующим образом: по радио
подается команда на поиск «Солнца» (лампа в 100—150 вт, располо-
женная на расстоянии 2—3 м). Автоматически включается двигатель
поворота, и модель начинает искать «Солнце». В момент совпадения
оси ракеты с направлением на источник света автоматически вык-
лючается двигатель, и ракета останавливается. При перемещении
«Солнца» ракета следует за ним. Блок-схема установки показана
на рисунке 81. Радиореле срабатывает при подаче сигнала «поиск»
от школьного УКВ генератора, контакты Kj замыкаются и вклю-
чают двигатель М через нормально замкнутые контакты К2 фото-
реле. Двигатель начинает вращать площадку с ракетой, в носо-
вой части которой установлено фотосопротивление. Когда ракета
окажется направленной на «Солнце», фотосопротивление освещает-
ся, фотореле срабатывает, при этом контакты К2 размыкаются и
двигатель М останавливается. Ракета ориентировалась. Принци-
пиальная схема установки изображена на рисунке 82.
Для изготовления модели необходимы следующие материалы и
детали: двигатель типа СД-2 2 об/мин (1 шт.); поляризованное
Командный
передатчик
Рис. 82
реле РП-5 (2 шт.), фотосопротивление ФСК-1 (1 шт.); германиевый
диод ДГЦ-27 (1 шт.); конденсатор КБГ-0,5 мкф (1 шт.); конденса-
тор КСО 500 пф (1 шт.); сопротивление постоянное 10—100 ком.
(1 шт.); дроссель высокой частоты (2 шт.); диод детекторный Д2Е
(1 шт.); ламповая панелька (1 шт.); фанера трехслойная размером
150 X 150 мм (2 шт.); алюминий, жесть, винты, гвозди, гетинакс
и др.
Кроме того, для демонстрации модели необходимо иметь генера-
тор УКВ школьного типа с излучающим диполем, выпрямитель,
два штыря из комплекта УКВ генератора для приемной антенны
и лампу мощностью 100—150 вт на подставке.
Макет состоит из двух частей: неподвижной, содержащей радио-
реле РР и двигатель поворота М, и подвижной части, содержащей
фотореле ФР. Подвижная часть
закрыта кожухом в виде ра-
кеты.
Неподвижная часть монтиру-
ется на куске фанеры размером
150 X150 мм. К ней прикрепляют-
ся четыре ножки из алюминиевых
Рис. 83
Рис. 84
70
полосок. Размещение де-
талей показано на рисун-
ке 83. Все они прикреп-
лены под площадкой,
наверх выходит только
ось двигателя и контак-
ты 1 и 2 в виде. пружи-
нящих полосок из жес-
ти, которые осущест-
вляют скользящие сое-
динения с подвижной
частью. Контакт 3 осу-
ществляется через ось Рис 85
двигателя, так как один
конец обмотки двигате-
ля соединяется на корпус. Для установки антенны вблизи дрос-
селей Др устанавливаются1 две скобочки А и В, в которые встав-
ляются половинки приемного диполя. Дроссели высокой частоты
Др изготовляются из сопротивлений ВС-1 величиной не менее 10 ком
намоткой на них одного слоя провода ПЭЛ диаметром 0,2 — 0,5 мм.
Если в установке используется реле от демонстрационных
радиореле, которые имеют по две обмотки, то последние соеди-
няются последовательно (рис. 84), и в схему включаются ножки
1 и 4. Контакты у этих реле выведены к ножкам, обозначенным
на колодке буквами П (правый), Я (якорь) и Л (левый). Для
радиореле РР нужно ножки П и Л соединить вместе (левая часть
рисунка).
Подвижная часть монтируется на диске, который крепится на
оси двигателя и может вращаться вместе с ней. К нижней части диска
прикрепляются заклепками два плоских кольца из белой жести,
к которым при установке диска на ось будут прижиматься контакты
1 и 2. Диск крепится на оси двигателя посредством муфты. К диску
при помощи угольника прикрепляется вертикально кусочек фанеры
размером 50 X 80 мм, на котором (рис. 85) установлены все детали
фотореле: восьмиштырьковая ламповая панелька для фотосопротив-
ления ФСК-1, поляризованное реле Р2 и конденсатор С2. Сопротив-
ление Р и диод ДГЦ-27 припаиваются к свободным ножкам ламповой
панельки. Соединения осуществляются согласно принципиальной
схеме. Контакты 1 и 2 берутся от соответствующих колец диска,
а контакт 3 — от муфты крепления диска. На фотосопротивление,
для защиты от постороннего света, надевается защитная трубка из
черной плотной бумаги, которая выходит в носовую часть ракеты.
К трубке прикреплены два диска-шпангоута и планка, которые
служат каркасом для кожуха ракеты.
После выполнения всего монтажа и проверки всех соединений
нужно отрегулировать отдельные узлы. В первую очередь надо про-
верить, работает ли радиореле РР. Для этого на расстоянии несколь-
71
ких метров от макета устанавливается УКВ генератор. К генератору
подключается питание от выпрямителя, причем анодное питание
подводится через рубильник. В гнезда АВ вставляется приемный
диполь из комплекта УКВ генератора. Оба диполя как приемный,
так и передающий, должны быть установлены параллельно, один
против другого. К ножкам «а — а» реле Pi (здесь и в дальнейшем
ссылаемся на рис. 82) подключается школьный авометр, установлен-
ный на измерение тока на шкалу 5 ма. При замкнутом рубильнике
и работающем генераторе прибор должен показать ток 0,5—2 ма.
Отсутствие тока (при работающем генераторе) свидетельствует о
о неисправности какой-либо детали схемы, например пробоя диода
Д2Е, обрыва в дросселе Др или пробоя конденсатора С{. Если ток
очень мал, то нужно приблизить генератор к макету. Далее следует
проверить, срабатывает ли реле Pt от этого тока. Для этого авометр,
включенный на измерение сопротивления на множителе X 1, под-
ключается к ножкам «б — б» реле Если реле отрегулировано
правильно, то оно должно срабатывать при включении рубильника
генератора и авометр должен показать замыкание цепи. Если реле
не срабатывает, а ток в точках «а — а» более 1 ма, то тогда нужно
отрегулировать реле Регулировать фотореле нужно при наде-
той защитной трубке в следующей последовательности: временно
замкнуть накоротко контакты «б — б» реле Верхний по схеме
конец обмотки двигателя отключить от сети (точка г). Провода пи-
тания включить в сеть и авометром измерить напряжение на кон-
денсаторе С2. Оно должно быть порядка 250—300 в. При отсут-
ствии напряжения на конденсаторе С2 проверить, есть ли пере-
менное напряжение 220 в на кольцах 1 и 2 и исправлен ли диод
ДГЦ-27.
Далее следует подобрать величину сопротивления R: при ос-
вещении фотосопротивления ФСК-1 лампой мощностью 100—
150 вт с расстояния 2—3 м миллиамперметр, подключенный к
точкам «а — а» реле Р2, должен показать около 1 ма. Если этот
ток больше 2—3 ма или меньше 0,5 ма, то сопротивление R соот-
ветственно увеличивают или уменьшают. При освещении фотосоп-
ротивления комнатным рассеяным светом (при надетой защитной
трубке) ток должен уменьшаться в 5—10 раз. Среднее значение
сопротивления /? = 50 ком.
Реле Р2 на срабатывание проверяют таким образом: к точкам
«в — в» реле Р2 подключают омметр, который должен при отсут-
ствии освещения фотосопротивления показать замыкание цепи.
Если этого нет, то регулируют контакты. При освещении реле долж-
но показать разрыв цепи. Если этого не произойдет, а ток в точ-
ках «в — в» находится в указанных выше пределах (^ 1 ма), то
следует поменять местами концы обмоток реле (точки «а— а») или
перевернуть диод ДЩ-27. После этого следует опять проверить реле
на срабатывание и при необходимости отрегулировать его, подключив
на место конец г обмотки двигателя. При включенной сети и отсут-
72
ствии лампы освещения двигатель должен работать и диск вращать-
ся. Если свет от лампы падает в защитную трубку, то двигатель дол-
жен останавливаться. После этого нужно снять перемычку с кон-
тактов «б — б» реле Pi и проверить действие схемы в целом.
Лампу «Солнце» установить на выбранном расстоянии на уров-
не фотосопротивления (чтобы свет через защитную трубку попадал
на фотосопротивление, когда вращающаяся ракета окажется нап-
равленной на лампу). Рубильником нужно включить генератор,
чем дается команда поиска. Площадка начнет вращаться, и в мо-
мент совпадения оси ракеты с направлением на «Солнце» двигатель
останавливается. После такой предварительной проверки надеть
кожух и окончательно проверить действие схемы.
Демонстрация принципа передачи и воспроизведения изобра-
жения. Для демонстрации способа получения телевизионного изоб-
ражения в условиях школьной лаборатории наиболее удобен метод
освещения предмета бегающим лучом. Как известно, по этому спо-
собу предмет, изображение которого предполагается превратить
в электрические сигналы, освещается узким лучом, который «бе-
гает» по нему, освещая его строка за строкой, например, слева напра-
во и одновременно передвигаясь сверху вниз. Свет, отраженный от
предмета или частично поглощенный предметом, если освещение де-
лается проходящим светом, попадает на фотоэлемент и превращается
в импульсы электрического тока. Воспроизводится изображение
обычным способом.
В качестве «бегающего» луча в данном эксперименте исполь-
зуется светящееся пятно, оставленное на экране осциллографа элект-
ронным лучом. Предмет (силуэт геометрической фигуры) приклады-
вается вплотную к экрану осциллографа. Фотоэлемент располагает-
ся перед экраном. Импульсы тока с фотоэлемента подаются на уси-
литель, откуда поступают на модулирующий электрод второго ос-
циллографа. Чтобы осветить построчно всю площадь предмета, т. е.
получить растр, нужно подать на отклоняющие пластины передаю-
щего осциллографа два напряжения с большим соотношением час-
тот (в описанном эксперименте 10—15). В качестве одного из откло-
няющих напряжений берется напряжение развертки самого пере-
дающего осциллографа. Оно осуществляет развертку луча по гори-
зонтали. Для развертки по вертикали используется напряжение
развертки приемного осциллографа. Чтобы развертки в обоих ос-
циллографах были синхронны, развертка приемного осциллографа
осуществляется также. Таким образом, горизонтальная развертка
передающего осциллографа является одновременно вертикальной
разверткой в приемном осциллографе, а горизонтальная разверт-
ка приемного осциллографа служит вертикальной разверткой в пе-
редающем осциллографе. При таком способе развертки изображение
предмета получается зеркальным и повернутым в плоскости на 90°,
что для демонстрации не имеет какого-либо существенного зна-
чения.
73
Ниже даны конкретные указания для демонстрационного экспе-
римента при помощи двух осциллографов ЭО-7, фотоэлемента ЦГ-4
и усилителя низкой частоты школьного типа.
Прежде всего нужно сделать в каждом осциллографе отвод от
генератора горизонтальной развертки. В осциллографах ЭО-7
отводы делаются от анодов тиратронов ТП-0,1 через сопротивления
300 ком и выводятся на переднюю панель, рядом с сигнальной
лампочкой или в другое удобное место. Для питания фотоэлемента
используется выпрямитель усилителя низкой частоты. Схема сое-
динений показана на рисунке 86. Здесь точки А—выводы генера-
торов развертки осциллографов; точка 1 подключается ко второму
конденсатору фильтра выпрямителя УНЧ; точка 2 подключается
к гнезду Л1 на задней панели приемного осциллографа (модулятор).
Гнезда Ад — адаптерный вход усилителя; Л — выход усилителя
(10—20 в).
Ручки осциллографов рекомендуется установить в следующем
положении: 1) «ослабление» — 1 : 100; 2) диапазон частот —130—
500 для передающего осциллографа и 7 — 30 для приемного осцил-
лографа; 3) частота—плавно 5—6; 4) амплитуда синхронизации— 0.
Тумблеры на задней панели осциллографов находятся в обыч-
ном рабочем положении.
Из черной непрозрачной бумаги вырезается геометрическая фи-
гура (треугольник, квадрат, прямоугольник) размером около
10 X 10 мм и приклеивается или укрепляется непосредственно к
экрану передающего осциллографа. Перед предметом устанавли-
вается на штативе фотоэлемент.
Установку налаживают в следующей последовательности: ос-
циллографы включают в сеть; после появления луча ручками уси-
ления X и Y добиваются размера растра на передающем осцилло-
графе около 20 х 20 мм, на приемном осциллографе — около
70 X 70 мм. Ручками установки X и Y на передающем осциллогра-
Рис. 86
74
фе растр устанавливают так, Чтобы предмет находился посередине
светящегося квадрата. Включают УНЧ и, подбирая усиление и из-
меняя положение фотоэлемента, добиваются появления изображе-
ния на приемном осциллографе. Изменяя частоты разверток и яр-
кость, находят оптимальные условия, при которых изображение наи-
более четко.
Если увеличить немного растр на передающем осциллографе,
то можно передавать изображения движущихся предметов, напри-
мер кусачек (открываются и закрываются) и др.
Следует отметить, что при использовании в качестве видеоуси-
лителя усилителя низкой частоты (УНЧ) невозможно получить вы-
сокую четкость изображения из-за ограниченной (как снизу, так
и сверху) полосы пропускания. По этой же причине изображения
фигур с острыми углами получаются недостаточно четкими.
В. Т. Черняшевский
(Луганская обл., г. Коммунарск)
ОСЦИЛЛОГРАФ ИЗ НЕПОЛНОЦЕННОГО КИНЕСКОПА
Кинескоп с пониженной эмиссией успешно можно использовать
в самодельном демонстрационном осциллографе. Принципиальная
схема (рис. 87) такого осциллографа долгое время испытывалась
в школьных демонстрациях по физике на кинескопах типа 35ЛК2Б
и 43ЛК2Б. Схема характерна тем, что анод кинескопа осциллогра-
фа питается пониженным анодным напряжением (3 кв вместо
10—12 кв).
Усилитель исследуемого сигнала собран на радиолампе Л1у
анодная цепь которой нагружена первичной катушкой выходного
трансформатора кадровой развертки телевизора. На левом триоде
радиолампы Л2 собран блокинг-генератор пилообразного напряже-
ния. Пилообразные колебания усиливаются правым триодом радио-
лампы Л2 и радиолампой Л3, которые соединены параллельно. Наг-
рузкой анодной цепи этих радиоламп служит первичная катушка вы-
ходного трансформатора кадровой развертки телевизора.
На радиолампе Л4 собран импульсный генератор. Импульсы
генератора повышаются по напряжению строчным автотрансфор-
матором Tpit выпрямляются высоковольтным кенотроном Ль и по-
даются на анод кинескопа. Трансформаторы ТрхИ Тр2 нагружены
катушками отклоняющей системы от телевизора. Потенциометром
Ri регулируется отклонение луча по вертикали, переменным соп-
ротивлением Rlt — частота развертки (в пределах 25—200 гц),
потенциометром R12 — длина строки. Переменным сопротивлением
R? и потенциометром /?13 регулируется линейность развертки.
Если в осциллографе применить исправный кинескоп, тогда
можно собрать цепочку из сопротивлений R1B, R20 и R21, что поз-
75
Со 0.15
Рис. 87
волит подавать смещение на катод кинескопа и, следовательно, ре-
гулировать яркость луча (в схеме эта цепочка изображена пункти-
ром). Регулировать яркость луча в осциллографе с неполноценным
кинескопом можно кольцевым магнитом ионной ловушки. Нить ки-
нескопа с обгорелым катодом или с пониженной эмиссией нужно
питать от отдельной обмотки силового трансформатора с напряже-
нием 6,8—7 в. В анодную цепь усилителя вертикального отклоне-
76
36
Рис. 88
ния луча можно подключать динамик, что позволяет осуществить
звуковое сопровождение наблюдаемых осциллограмм. Подклю-
чение выносного пульта создает удобства в управлении осцилло-
графом (выносятся потенциометры Ri и /?ц).
Детали и их монтаж. Величины сопротивлений и
конденсаторов допустимо изменять в пределах 25—30%. Трансфор-
матор блокинг-генератора Трз можно взять от любого телевизора
(кадровой развертки). Трансформаторы Трь Тр2, отклоняющая
система и автотрансформатор
строчной развертки унифици-
рованной системы. Ко вторич-
ной катушке трансформатора
Тр2 нужно домотать 80 вит-
ков проводом с сечением
0,3 мм2. Радиолампой Л{
могут быть лампы типа 6П9,
6П15, Л2 — лампы типа 6Н8,
6Н1П, Л4— лампы типабШЗ,
6ПЗ, Л6— лампы типа 1Ц11П,
1Ц1С. Выпрямитель собира-
ется по мостовой схеме на
полупроводниках типа Д7Ж,
Д7Е.
Осциллограф работает зна-
чительно лучше, если питает-
ся анодным напряжением по-
рядка 320—350 в. Поэтому
желательно поставить сило-
вые трансформаторы от ра-
диоприемников типа «Урал»,
«ВЭФ», «Минск», «Мир» и др.
Осциллограф собирается
на деревянном основании и
вертикально расположенном
шасси (рис. 88). Футляр
осциллографа изготовляется
ской тканью. Выносной пульт собирается в небольшом футляре,
который делается из фанеры или органического стекла.
Осциллограф не требует особенной настройки и регулирова-
ния. Если луч не разворачивается по горизонтали, то нужно по-
менять концы сеточной катушки трансформатора блокинг-генерато-
ра. При регулировании импульсного генератора сначала подклю-
чается конденсатор Си переменной емкости и после окончательного
регулирования заменяется соответствующим конденсатором постоян-
ной емкости.
Ионная ловушка располагается почти в конце горловины кине-
скопа, поэтому кольцевой магнит ионной ловушки следует устано-
из сЬанеоы и обтягивается техниче-
77
вить возле цоколя кинескопа и при регулировании вращать вокруг
своей оси.
Такой осциллограф будет незаменимым прибором физического
кабинета. Большой экран осциллографа позволяет четко проводить
демонстрации при изучении таких разделов физики, как звук, элект-
ричество, электромагнитные колебания и волны.
В. Т. Черняшевский
(Луганская обл., г. Коммунарск)
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР
В школьном эксперименте все чаще стали применять усилители
низкой частоты, звуковые генераторы, электронные метрономы,
стробоскопические тахометры, кенотронные выпрямители. Эти при-
боры дорогие, даже если их изготовлять самодельным способом.
Предлагаемая конструкция (рис. 89) универсального электронного
прибора может работать в качестве метронома, стробоскопического
тахометра, звукового генератора, усилителя низкой частоты и вып-
рямителя для питания электронной аппаратуры физического ка-
бинета.
Базой прибора служит блокинг-генератор, разработанный
Б. Ю. Миргородским для стробоскопических измерений, собран он на
лампе Л2. Лампа Лг используется для предварительного усиления
в цепях усилителя низкой частоты. Тумблером 7\ переключают
нагрузку в цепи анода правого триода лампы Л2, на катушку выход-
Рис. 89
78
ного трансформатора Тр2 или на сопротивление с неоновой лампой.
Тумблером Т2 прибор переключают на усилитель низкой частоты
или генератор. На рисунке 89 показано включение схемы тумбле-
ром Т2 в качестве усилителя низкой частоты. Сигналы с анода лам-
пы Лt через разделительный конденсатор С5 подаются на управляю-
щую сетку правого триода лампы Л2 — усилителя мощности. Дру-
гое положение плат тумблера Т2 соответствует работе прибора в
качестве звукового генератора, метронома, тахометра. Тумблером
Т3 выключаются цепи питания ламп и Л2, тогда прибором мож-
но пользоваться как выпрямителем. Переключатель 1Ц скачкооб-
разно изменяет частоту колебаний звукового генератора и тахометра
в двух поддиапазонах. Третье положение переключателя lit соот-
ветствует работе прибора в качестве метронома. Потенциометром
/?! регулируется входное напряжение, подводимое к входу усили-
теля. Переменным сопротивлением R9 можно регулировать частоту
колебаний блокинг-генератора в каждом из трех поддиапазонов.
Детали прибора: конденсаторы Ct, Cs — 0,01; С2, —
10,0 X 300 в; С3, С9 — 20,0 X 20 в; С9 — 0,25, С7 — 5,0 — 10,0;
С8 — 0,1; С1о, Сц — 40,0 X 300 в. Сопротивления R2—2 к,
R3 — 200 «, R4 — 1,0; Rs — 30 — 40 к, Rt — 5,0 — 6,0, R7 —
600 — 900«, Rg — 50к, Rlo —2,2/с, Ru — 50 — 60 «, R12 —
680, R13 — 20 — 30 к, Ru—15 — 20 к. Переменные сопротив-
ления Rt — 1,0, Re — 500 к. Переключатель П t от радиоприемни-
ка с тремя платами на три положения, тумблеры ТТ2г Т3 с двой-
ным переключением, Тр t — трансформатор кадровой развертки от
любого телевизора, Тр2 — выходной трансформатор от трехваттно-
го динамика, Тр3 — силовой трансформатор любого типа. Неоно-
вая лампа типа МН-3, МН-5.
К накальной обмотке Тр3 подключается лампочка на 6,3 в, которая
служит индикатором работы прибора. В цепь первичной катушки
силового трансформатора включен вольтметр, который позволяет
контролировать, а следовательно, и поддерживать напряжение пи-
тания прибора (например, латтром). Динамик удобнее закрепить
в приборе мощностью в 1 вт. Лампа Л2 — 6Н8, 6НШ, 6Н5С; лам-
па Лt — пентод со средним коэффициентом усиления.
В принципиальной схеме сопротивления подобраны для лампы
6ЖЗП, но можно использовать и лампы типа 6ЖЗ, 6Ж4, 6Ж8, 6КЗ,
6К4, 6К7. В этом случае нужно подобрать величину катодного сме-
щения — сопротивления R2 и сопротивления анодной нагрузки
— R3, R4. Прибор питается от выпрямителя, собранного по мос-
товой схеме на четырех полупроводниках типа Д7Ж, Д7Е. Ве-
личины сопротивления, емкости конденсаторов можно изменять в
пределах ±20 — 30%.
Прибор удобно собрать в ящике от старого патефона (рис. 90).
Ящик можно также сделать из дерева и фанеры и обтянуть его тех-
нической тканью. Шасси прибора изготовляется из листового алю-
миния. Неоновая лампа закрепляется в рефлекторе, к которому
79
Сеть-
усилителя
прикреплена ручка. Реф-
лектор сохраняется в ме-
шочке из материи, кото-
рый укреплен против
отверстия вертикальной
панели. Шнур от реф-
лектора заканчивается
вилкой, которой неоно-
вая лампа подключается
к прибору. На верти-
кальную панель выведе-
но два гнезда 1 с вып-
рямленным напряжени-
ем в 230 — 300 в, два
гнезда 2 с переменным
напряжением в 6,3 в и
Рис. 90
два гнезда 3 для подключения неоновой лампы.
Если прибор смонтирован из исправных деталей, то он работает
без особенного регулирования (иногда необходимо поменять
концы в трансформаторе Тр^. Частота звуковых колебаний, ин-
тервалы между звуковыми сигналами метронома зависят от емкости
конденсаторов Св, С7, сопротивлений Rs — Rg, от анодного на-
пряжения, от типа лампы Л2. Градуировать шкалу стробоскопи-
ческого тахометра, звукового генератора можно по фабричному
звуковому генератору или частично при помощи механического
тахометра.
Следует учитывать, что некоторые лампы 6Н5С иногда плохо
генерируют. Но если вместо лампы 6Н5С использовать другие двой-
ные триоды, тогда несколько понизится мощность на выходе при-
бора.
Е. В. Коршак
(г. Киев)
КОМПЛЕКТ БЛОКОВ ДЛЯ СБОРКИ ПРОСТЫХ ПРИЕМНИКОВ
НА ТРАНЗИСТОРАХ
Начинать изготовление радиоприемников на транзисторах
в физико-технических кружках школ нужно с простейших усили-
телей на одном-двух транзисторах. Мы предлагаем собрать усили-
тели и другие узлы приемников в виде отдельных блоков. Это даст
возможность собирать приемники по различным схемам и приме-
нять тот или иной приемник в зависимости от условий приема
и имеющихся в наличии деталей.
Нами изготовлены и проверены в работе такие блоки: 1) маг-
нитная антенна; 2) усилитель высокой частоты на одном транзис-
торе; 3) усилитель высокой частоты на двух
транзисторах; 4) усилитель низкой частоты
на одном транзисторе; 5) усилитель низкой
частоты на трех транзисторах.
Рассмотрим методику и технику изготов-
ления, налаживания и использования бло-
ков. Все блоки собираются на панелях из
текстолита, эбонита, органического стекла или
другого диэлектрика, снабжаются клеммами
для соединения друг с другом и с другими
деталями и источниками питания.
Магнитная антенна. Для изготовления
Рис. 91
магнитной антенны (рис. 91) используется ферритовый стержёнь
диаметром 8 мм и длиной ПО мм. Катушка наматывается
проводом в любой изоляции диаметром 0,15—0,25 мм внавал при-
мерно в средней части стержня. Длина намотки 40—50 мм.
Катушка имеет 220 витков, отвод_сделан от сотого витка (часть
катушки а).
Конденсатор С переменной емкости имеет емкость от 5 до
375 пф. При использовании этого конденсатора отвод можно не
делать. В этом случае антенна будет работать и на длинных и
на средних волнах. Если же использовать конденсаторы типа
КПК-2 (полупеременные) емкостью 25—150, 50—175 пф, то
отвод необходимо сделать. Тогда на длинноволновом диапазоне
используется вся катушка, а на средневолновом —часть катуш-
ки а (переключатель П замыкает накоротко часть катушки б).
Катушка L2 наматывается на бумажном цилиндре виток к витку
таким же проводом, как и катушка с таким расчетом, чтобы ее
можно было перемещать по свободной части стержня для выбора
оптимальной связи между катушками Li и L2. Нужно иметь в виду,
что магнитная антенна имеет сильную направленность. Стержень
размещается в горизонтальной плоскости перпендикулярно к на-
правлению на принимаемую радиостанцию.
Усилитель высокой частоты на одном транзисторе. Для приема
сигналов радиостанций на магнитную антенну необходимо изго-
товить усилитель колебаний высокой частоты. Схема усилителя
на одном транзисторе типа П401 (П402, П403, П411) изображена на
рисунке 92. При налаживании усилителя на его вход подключается
катушка L2 магнитной антенны, а на выход — детектор (диод ти-
па Д1, Д2, Д9) и телефоны. Все описанные установки питаются от
батареи для карманного фонаря или от другого источника напря-
жением 3—5 в. Диод Д включается в направлении, показанном на
рисунке 93. К магнитной антенне через конденсатор С емкостью
20 — 100 пф присоединяется комнатная или наружная антенна.
Настраивается приемник на одну из радиостанций. Подбором ве-
личины отрицательного смещения на базе транзистора при помощи
подбора сопротивления R*lt передвижением катушки L2 по свобод-
81
Рис. 92
Рис. 93
ной части стержня можно добиться наибольшей громкости прие-
ма. После этого наружную антенну можно отключить и настроить
магнитную антенну и усилитель более тщательно.
Усилитель колебаний высокой частоты на двух транзисторах.
Для приема более удаленных или менее мощных станций изготов-
ляется усилитель высокой частоты по схеме рисунка 94. Вместо
триодов Ti и Т2 типа П401 можно использовать транзисторы типов
П402, П403, П410, П411. Величины емкостей С2, С3 могут быть
в пределах от 3000 до 10 000 пф. Настраивается усилитель так же,
как и усилитель на одном триоде. Чувствительность приемника с
таким усилителем значительно больше, чем с усилителем на одном
транзисторе. В этом случае при настройке можно обойтись без
внешней антенны.
Усилитель колебаний низкой частоты на одном транзисторе
(рис. 95). Сопротивление Ri имеет величину в пределах 8—12 ком,
а величина сопротивления R*2 подбирается при настройке усилите-
ля. Электролитический конденсатор С имеет емкость 0,5—5,0 мкф.
Транзистор типа П13, П14, П15, 1116, П25.
При налаживании усилителя на его вход подаются колебания
звуковой частоты с гнезд детекторного приемника или усилителя
Рис. 94
Рис. 95
82
колебаний высокой частоты с детектором. Прием ведется на1елефо-
ны. Налаживание усилителя сводится к подбору величины отри-
цательного смещения на базе транзистора при помощи подбора ве-
личины сопротивления /?*2 (по наибольшей громкости приема).
При большой громкости приема на выход усилителя вместо теле-
фонов можно подключить трансляционный динамик любого типа.
Усилитель колебаний низкой частоты на трех транзисторах
(рис. 96). В выходном каскаде усилителя применен мощный тран-
зистор типа П201А (П201—П203), который дает возможность
вести прием на динамический громкоговоритель типа 0,5ТД-14 (соп-
ротивление звуковой катушки 28 ом) без выходного трансформа-
тора. Можно использовать и динамики других типов. Если вести при-
ем на капсюль типа ДЭМ-4М, то вместо транзистора типа П201А
можно применить транзисторы типа П13—П16, П25.
Рис. 96
—Ч&
-0+ Щ
Транзисторы Ti и Т2 типа П13—П16. Величины сопротивлений
/?*2 и подгоняются при налаживании усилителя. Величины
электролитических конденсаторов могут отличаться от приведен-
ных в схеме, при этом работа усилителя не ухудшается.
Усилитель можно использовать как в переносных или карман-
ных приемниках, так и для воспроизведения грамзаписи.
СХЕМЫ ПРИЕМНИКОВ, КОТОРЫЕ МОЖНО СОБИРАТЬ
ПРИ ПОМОЩИ БЛОКОВ
1) Детекторный приемник с усилителем колебаний низкой час-
тоты на одном (рис. 97) или трех транзисторах.
2) Приемник с магнитной антенной, усилителем высокой час-
тоты на одном транзисторе и усилителями низкой частоты на одном
или трех (рис. 98) транзисторах.
3) Приемник с магнитной антенной, усилителем высокой частоты
на двух транзисторах и усилителями низкой частоты на одном
(рис. 99) или трех (рис. 100) транзисторах.
Такие приемники можно изготовить на занятиях физико-тех-
нических кружков и использовать их как на уроках физики при
изучении принципов радиоприема, так и во внеклассной работе
(например, в походах).
83
Рис. 97
Рис. 98
Рис. 100
84
В. И. Кондратенко
(Львовская обл., г. Дрогобыч)
ВОЗМОЖНЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
СО СПУТНИКОВ НА ЗЕМЛЮ
Рассмотрим возможные способы передачи по радио сведений о
температуре, освещенности, давлении, радиоактивном излучении,
некоторых данных о физиологической деятельности человека и т. д.
В наших опытах шифратором и модулятором служит звуковой ге-
нератор (рис. 101), собранный на силовом радиотрансформаторе
и лампе 6Н7С на подставке из школьного набора приемноусили-
тельных радиоприборов.
Выходной трансформатор (лучше с обмоткой для дополнитель-
ного громкоговорителя) хорошо работает с выходными тетродами
и пентодами (6П6С, 6П14П). Если есть два усилителя, то один из
них можно использовать для модулятора. Для этого достаточно
вторичную обмотку выходного трансформатора соединить через
конденсатор с сеткой выходной лампы и с катодом, а вместо сопро-
тивления сетки подключить датчик.
Величина емкости конденсатора Ci зависит от сопротивления
датчика. Для высокоомных датчиков она равна 3—5 тыс. пф. для
низкоомных (самодельных термисторов) — 0,25—0,5 мкф. Вып-
рямитель школьный.
Реостатом подбирается напряжение на анодах ламп 6Н7С
школьного генератора УКВ, при котором наилучшая модуляция—
наиболее четкий прием сигналов приемником. Величина R2
Рис. 101
85
зависит от типа лампы. Для лампы 6Н7С — R2 ~ 900 ом\ С2
10 мкф.
Общая схема соединений приборов передающего устройства по-
казана на рисунке 101. Для подключения датчиков желательно
иметь бронированный провод. Величина емкости Ct подбирается
такой, чтобы звуковая частота модулятора изменялась с измене-
нием сопротивления датчика в пределах от 0,05 до 2 кгц.
Приемное устройство (рис. 102) состоит из приемного диполя,
усилителя НЧ и громкоговорителя. Показывающим дешифратором
может быть универсальный демонстрационный гальванометр с вып-
рямителем или осциллограф. Гальванометр подключается к выходу
усилителя последова-
тельно с конденсатором.
Угол отклонения стрел-
ки гальванометра приб-
лизительно пропорцио-
нален звуковой частоте
(при неизменной ампли-
туде сигнала). По изме-
нению высоты тона зву-
ка громкоговорителя
можно также оценивать
изменения измеряемой
величины, если предва-
рительно прослушать,
какой, например, тем-
пературе соответствует определенная частота сигнала.
Ниже приведены краткие описания применяемых в опытах дат-
чиков.
1) Датчики температуры: самодельные термисторы; германиевый
диод, включенный в обратном направлении, или термистор из на-
бора по электронике, выпускаемого Одесским заводом «Красный
Октябрь».
Для обнаружения температуры выше 100® С можно использовать
стеклянную трубку с электродами (рис. 103, а). Температуру в пла-
мени фиксирует датчик из двух параллельных пластин на расстоя-
нии 2—4 мм (рис. 103, б).
2) Для измерения освещенности используются фотосопротивле-
ния (например, ФСК-1). Меньший эффект дают демонстрации с
германиевыми диодами.
3) Давление или разрежение, создаваемое ручным школьным
насосом, можно измерять демонстрационным манометром Бурдона.
Контакт, прикрепленный к концу стрелки, скользит по проводяще-
му слою из переменного сопротивления или по линии на картоне,
нанесенной графитом (карандашом) или тушью. Отклонение атмос-
ферного давления от нормы хорошо фиксирует бароскоп с контак-
тами в манометре (рис. 103, в).
86
4) Для регистрации радиоактивного излучения используется
демонстрационный индикатор ионизирующих излучений. Зажимы
прибора «К усилителю» подключаются вместо датчика.
5) О частоте и глубине дыхания можно судить по растяжению
нагрудного пояса, состоящего из нерастяжимой ленты и резиновой
трубки-датчика (рис. 104). Резиновая трубка длиной около 20 см
и внутренним диаметром 4—5 мм заполняется крупным угольным
порошком (можно использовать деполяризатор из сухих гальвани-
ческих элементов). Отверстия трубки закрываются толстым дротом,
служащим одновременно контактными электродами.
6) Для обнаружения относительной влажности, близкой к 100%,
используется стерженек из изолятора (стекла, фарфора) (рис. 103, г).
Если к стерженьку с контактами, соединенными с модулятором, под-
нести ладонь, то частота звука увеличивается. Частота резкб воз-
растает, если на стерженек дыхнуть.
В звуковом генераторе можно использовать датчики емкостные
и генераторные, но их более сложно настраивать.
Рис. 104
87
Часть описанных опытов можно продемонстрировать на первом
уроке темы «Электромагнитные колебания и волны». Основное же
назначение опытов — их демонстрация на вечерах, посвященных
космонавтике.
ЛИТЕРАТУРА
И. Т. А к у л иничев, Р. М. Баевский, К. П. Зазы-
кйн, В. Р. Фрейдель. Радиоэлектроника в космической
медицине. «Энергия», 1964.
А. И. И в а н о в. Демонстрации по радиотелеметрии. «Физика
в школе», 1961, № 3.
Н. Н. Н е ч и п о р у к. А. К. Фибр, В. А. М е л а к и-
ш и н, Ю. И. Юрчак. Самодельный термистор. «Физика в шко-
ле», 1961, № 1.
Л. И. Анциферов
(е. Москва)
ПЯТЬ РАБОТ ПРАКТИКУМА В СТАРШИХ КЛАССАХ
Высокочастотный генератор с излучателем, колебательным кон-
туром и другими принадлежностями, описанными ниже, позволяет
поставить в школьном физическом практикуме три лабораторные
работы:
1. Определение скорости ультразвука в жидкости и твердом теле.
2. Определение диэлектрической проницаемости.
3. Определение магнитной проницаемости.
Высокочастотный генератор со-
бран на лампе 6П1П (рис. 105).
Он перекрывает диапазон 1,0—
1,4 мгц и градуируется по шкале
сетевого приемника. В качестве
переменного конденсатора при-
меняется полупеременный конден-
сатор типа КПК-2 емкостью
8—60 пф. К упругим лепесткам кре-
стовины конденсатора приклепы-
вается текстолитовый диск диамет-
ром 60 мм, на который наносится
шкала частот генератора. Общий
вид генератора изображен на ри-
сунке 106.
Катушка индуктивности (90
витков) наматывается из провода
диаметром 0,9 мм; отвод делается
от 34 витка. Диаметр катушки
Рис. 105
88
Рис. 106
40 мм. Конденсатор С2 имеет емкость 1000 пф\ емкости конденса-
торов С3 и С4 равны по 130 пф\ сопротивление R — 15 ком. Пи-
тается генератор от школьного кенотронного выпрямителя. Для
подключения питания в бортик генератора вмонтирована фишка
(цоколь восьмиштырьковой электронной лампы, например, 6Ж7).
Фишка соединяется со шлангом. Шланг состоит из четырех про-
водов, на одних концах которых укреплены наконечники, а дру-
гими концами провода припаяны к восьмиштырьковой ламповой
панели. Панель монтируется в укороченном осветительном пат-
роне.
Ультразвуковой излучатель (рис. 107, а, б) состоит из корпуса А,
выполненного из плексигласа, латунного кольца Б, алюминиевой
крышки В и пружины Г. Вместо кварца мы применяем пьезокера-
мическую пластинку ЦТС диаметром 20 мм и толщиной 1,8 мм. Для
определения скорости ультразвука в твердом теле вытачивается
алюминиевый цилиндр D.
Колебательный контур (рис. 108) состоит из катушки и двух
сменных конденсаторов. Катушка 1 аналогична катушке генерато-
ра, только в ней нет среднего вывода. В качестве переменного кон-
денсатора 2 применяется смонтированный на гетинаксовой панели
конденсатор типа КПК-2 емкостью 25—150 пф. К конденсатору
крепится диск со шкалой емкостей. Для удобства присоединения
конденсатора с катушкой к панели, на которой смонтирован конден-
сатор, крепятся наконечники. Один провод от пластины к наконеч-
нику разрывается. В месте разрыва ставятся зажимы, к которым
подключается вилка с лампочкой 3 на 0,07' ампера. Кювета-кон-
денсатор 4 с внутренними размерами 100 X 50 X 20 мм склеивает-
ся из изолирующего материала. На малой грани кюветы-конденса-
тора нанесены миллиметровые деления. К граням 100 X 50 мм
приклеиваются с внутренней стороны алюминиевые пластины. Плас-
тины соединяются с зажимами. Аналогичные пластины 5, которые
можно вводить в кювету, крепятся к крышке кюветы с помощью пру-
жины и зажима. К внешней стороне пластин приклеиваются изоли-
89
рующие пластинки 6 размером 20 X 5 мм толщиной 1 мм. Таким
образом, при введенных в кювету пластинках расстояние между
обкладками конденсатора будет 1 мм. На крышке кюветы есть
еще один свободный зажим для удобства подключения вилки
с лампочкой.
5
Рис. 107
90
Рис. 108
Работа 1. Определение скорости ультразвука
Оборудование: генератор, излучатель, кенотронный вып-
рямитель, микрометр, авометр, штатив, спирт или глицерин.
Скорость ультразвука в жидкости определяется методом ультра-
звукового интерферометра. Если на некотором расстоянии от
колеблющейся кварцевой пластинки расположить плавно переме-
щающийся рефлектор с отражающей поверхностью, параллельной по-
верхности излучающей пластины, то ультразвуковая волна, отра-
жаясь от рефлектора, вновь попадет на излучающую пластину.
Таким образом, между пластиной и рефлектором распространяют-
ся две встречные волны одинаковой частоты. При определенных по-
ложениях рефлектора возникают стоячие волны. Если расстояние
между пластиной и рефлектором равно целому числу полуволн,
то пластина почти не колеблется. При изменении расстояния на
четверть длины волны пластина колеблется с наибольшей амплиту-
дой, и в этом случае отдается наибольшая мощность. Таким обра-
зом, при перемещении рефлектора периодически возникают стоя-
чие волны и при этом периодически меняется мощность излучения.
Но мощность излучения связана с анодным током генератора. Зна-
чит, можно наблюдать периодическое изменение анодного тока.
Если при перемещении рефлектора отсчитать п' максимумов анод-
ного тока и определить расстояние I, на которое переместился реф-
лектор, то, зная частоту колебаний пластины излучателя, можно оп-
ределить скорость звука в среде. В самом деле, на пути I уклады-
п
вается п полуволн, или — длин волн, значит, длина
, ft 21 fp л g 21 *
== г. — = -. Так как и =» л /, то и*= — f.
2 п п
ВОЛНЫ к =
Для проведения опыта к зажимам I (рис. 105) генератора под-
ключают авометр, к зажимам// —ультразвуковой излучатель. В со-
суд излучателя наливают спирт или глицерин. В лапке штатива ук-
91
репляют микрометр так, чтобы его стержень находился в вертикаль-
ном положении (рис. 109). Подняв стержень вверх (вращением тре-
щетки) осторожно укрепляют ультразвуковой излучатель на ниж-
нем выступе микрометра. В таком виде установка готова к работе.
Включают генератор. При частоте 1,1—1,2 Мгц на поверхности
жидкости наблюдают рябь, что свидетельствует о нормальной ра-
боте приборов. Опускают стержень микрометра до соприкоснове-
ния с жидкостью и замечают показания микрометра при макси-
мальном показании миллиамперметра. Погружая дальше стержень
в жидкость, отсчитывают десять максимумов тока и замечают при
последнем максимуме показания микрометра /2. Отсчитывать мож-
но и при перемещении стержня вверх.
В одном из опытов для спирта были получены следующие дан-
ные:
Zi = мм 1 = 1Х — I, = (21,8 — 16,7)• IO"* = 5,1.10"3 (л);
/3 = 16,70 мм 1 - v v
Ч= 10 „ u = —Z= -2'5,1'10--- . 1,15-10е1,2.103 (л/<ж). '
f = 1,15 Мгц п . 10 \ /
Табличное значение скорости ультразвука в спирте 1170 м/сек.
При определении скорости ультразвука этим способом относитель-
ная погрешность не превышает 3%.
При определении скорости ультразвука в твердых телах, напри-
мер в алюминии, также применяют метод стоячих волн. Если в ка-
ком-нибудь образце длиной I
при частоте fi укладывается п
полуволн, то можно подобрать
такую частоту /2, что на той же
длине I будет укладываться
п 1 полуволн. Эго дает воз-
можность составить два урав-
нения:
I = - п,
2
Z=^(n + 1).
Но X, = -, а Ха = -,
1 h 3 h
значит,
и
21 = — и,
h
2^v(n+l).
Рис. 109
92
Исключая л и решая уравнение относительно скорости ультразвука
в твердом теле, получим:
и = 2/(Д, —Д).
Для этой работы установку нужно несколько изменить. Ультра-
звуковой излучатель снять с микрометра. В сосуд излучателя ввес-
ти несколько капель масла или глицерина, а затем вставить алюми-
ниевый цилиндр. Включив генератор-, медленно вращать диск и
наблюдать за перемещением стрелки гальванометра. Записать пока-
зания шкалы /1 и f2 при двух соседних максимумах гальванометра.
Нами были получены следующие результаты:
I = 30,5 мм и — 21 (f2 — f/) =
h = 1,19 Мгц = 2-30-10-3 (1,27 — 1,19) 10е«
f2 = 1,27 Мгц «6000 (м/сек).
Табличное значение скорости ультразвука в алюминии 5100 м/сек.
Погрешность при этом способе определения скорости ультразвука
может достигать 30%.
Работа 2. Определение диэлектрической проницаемости
Оборудование: высокочастотный генератор, колебатель-
ный контур, кенотронный выпрямитель, штангенциркуль, миллимет-
ровая линейка, провода.
Известно, что для плоского конденсатора сх = —, следовательно,
d
6П = —
0 S •
Таким образом, для определения диэлектрической проницаегиости
необходимо измерить емкость конденсатора сх, расстояние между
пластинами d и площадь пластин s.
Емкость конденсатора можно определить резонансным методом
(рис. НО). Е£ли к катушке генератора поднести колебательный
Рис. ПО
93
Рис. Ill
контур с конденсатором неизвестной емкости Сх, то изменением
частоты генератора можно добиться резонанса (при этом индика-
торная лампочка горит наиболее ярко). Заменив конденсатор Сх
градуированным конденсатором (рис. 111) и настроив колеба-
тельный контур в резонанс при установленной частоте генератора,
можно по шкале отсчитать значение емкости, равное емкости кон-
денсатора Сх.
В нашем опыте зажимы / и II генератора (рис. 105,106) закоро-
чены. Площадь пластин конденсатора и расстояние между ними оп-
редел яют непосредственным измерением.
Результаты опыта:
Рис. 112
/= 1,35Мгч
Сх = 95 пф
S — 100 смг
d == 1 мм
95.io-4.io-»
еп =------------- =
0 100-10-*
= 9,5-10“12 (ф/м).
Табличное значение
е0=8,85 • 10-12 ф/м.
При этом способе определения ди-
электрической проницаемости относи-
тельная погрешность будет порядка 15%.
Емкость Сх кюветы-конденсатора можно определить также и
по мостовой схеме (рис. 112). В качестве гальванометра применяет-
ся школьный авометр с полупроводниковым усилителем1. Делите-
лем напряжения служит градуированный радиотехнический
потенциометр на 2 Мом. Конденсатор известной емкости С берется
порядка 100—150 пф. Схема включается в цепь напряжением 127
или 220 в.
1 См. статью Л. И. Анциферова «Определение постоянной Планка» в
этом же сборнике.
94
Работа 3. Определение магнитной проницаемости
Оборудование: высокочастотный генератор, колебатель-
ный контур без кюветы, кенотронный выпрямитель, амперметр,
реостат на 5—10 ом, аккумулятор, ключ, малая магнитная стрелка,
секундомер, провода.
К определению магнитной проницаемости ро можно подойти
следующим образом. Известно, что
Ф = £7, (1)
где Ф — магнитный поток, L — индуктивность катушки, 7 — ток
в катушке.
С другой стороны, Ф = BSn, где В — магнитная индук-
ция, S — площадь сечения катушки, п — число витков катушки.
Но S = лг2, где г—радиус катушки. Тогда
Ф = г,г2Вп. (2)
Сравнивая (1) и (2), получим:
ъггВп = LI. (3)
Магнитная индукция внутри катушки:
g _
) 4г» 4- /2 ’
где цо—магнитная проницаемость, I — длина катушки, г — радиус
катушки. Если г < /, то
В ^fn
I
Подставляя это значение В в уравнение (3) и решая уравнение от
носительно ро, получим:
- Ll
Индуктивность катушки L можно определить резонансным ме-
тодом. Так как Т = 2г. VTjC, то L = или L— —-—.
4г.2С 4п2Ср
Собрав установку (рис. 111) и установив определенную емкость
конденсатора (например, 150 пф) изменением частоты генератора,
добиваются резонанса. Замечают резонансную частоту f и, на-
конец, определяют индуктивность катушки L. Длину и радиус ка-
тушки определяют линейкой с миллиметровыми делениями. В од-
ном из опытов были получены следующие результаты:
С= 150 пф
/=1,07 Мгц
г = 20 мм
7 — 80 мм
п = 90
L = —!— =--------------------!------------
4^СР 4.3,14а-150-10-1». 1,07’-10»»
^150-10~e (гн);
и 150.10-«.80.10-»
и, = --------------------------~
го яг’л’ 3,14 (20-10-’)’.90’
= 1,2.10““ (гн/м).
95
Табличное значение магнитной проницаемости Цо = 1.256Х
Х10~6 гн/м. Относительная погрешность измерений составляет 10%.
Второй способ определения магнитной проницаемости сводится
к определению магнитной индукции поля внутри катушки. Из фор-
мулы
/4г2 + /2
находим?
_ В/4r2 + I2
Магнитная индукция В определяется методом колебаний маг-
-Г Bi Ti D Т'бВ2 о
нитнои стрелки. Так как —1 = —, то о, — ——— , где В, — маг-
г В2 Т? ’ 1 Т? 1
нитная индукция поля в катушке, В2 — магнитная индукция поля
Земли (в широтах, близких к Москве,
Вг — 0,2.10~4 тл), 7\— период колеба-
' ний стрелки в исследуемом поле, Т2—
период колебаний той же стрелки в по-
___________ ле Земли.
♦ ] ,|_ Собрав цепь (рис. 113), определяют
Q~период колебаний магнитной стрелки
внутри катушки при данном токе. За-
Рис- 113 тем находят период колебаний той же
стрелки в магнитном поле Земли. Ра-
диус катушки и ее длина измеряются линейкой с миллиметровыми
делениями. В работе были получены такие значения величин:
/ = 0,4 а
7\ = 0,33 сек
Т2— 1,8 сек
г — 20 мм
1 — 80 мм
п = 90
В ^ = W!t-K6.r (гал);
1 Т* 0,332 4
В J7'4г2 + /2
!*о = ------ =
In
_ б-ю-*- /^гомо-м-бомо-в__
0,4-90 ~
^1,3.10-® (е«/л).
Относительная погрешность будет порядка 20%.
Работа 4. Изучение принципа действия осциллографа
Для проведения этой работы мы разработали аппаратуру, со-
стоящую из четырех блоков: электроннолучевой трубки 8ЛО29
(5ЛО38), генератора развертки, усилителя и коммутатора. Для пи-
тания аппаратуры применяется лабораторный кенотронный, выпря-
митель.
96
Рис. 116
4 Заказ 322
97
Принципиальная схема питания трубки дана на рисунке 114:
Rt — R2 = Яз = #4 = 1 Мом, ^5 = 1 Мом, 7?в — 50 ком. Об-
щий вид смонтированной на панели трубки показан на рисунке 115.
На рисунке 116 изображена схема генератора развертки: /?- = 100
ком, Rs = 51 ком, R9 — 3,3 Мом, = С2 = С3 = 0,5 мкф,
Ci = 0,05 мкф; на рисунке 117 дана схема усилителя: 7?10 = 0,47
Мом, Ru — 2 ком, R12 — 250 ком, С5 = 0,05 мкф, Св — С- =»
= 0,01 мкф; на рисунке 118 дана схема коммутатора: Ri3 — =
= 2,4 Мом, Rn — R1S = 8,2 ком, Т?17 = R1S = 1,5 ком, /?]в =
= Rlo — 270 ком, R2l = 20 ком, С8 = С9 — 360 пф, С10 = Сп —
= 10 пф, Ci2 = 0,1 мкф, С13 = 0,1 мкф.
Корпусы блоков генератора развертки, усилителя и коммутатора
изготовлены из алюминия размерами 80 X 60 х 30 мм. Входные
Рис. 118
98
клеммы монтируются на передних бортиках блоков, выходные —
на задних. Питание к блокам подается через вмонтированные в бор-
тики блоков восьмиштырьковые панели и цоколи, снятые со старых
ламп. Цоколи крепятся к бортикам блоков винтами через отверстия
двух удаленных штырьков. Питание к установкам подводится ка-
белем, состоящим из четырех проводов. На одном конце кабеля не-
обходимо укрепить наконечники, а на другом — вось.миштырько-
вую панель, вмонтированную в патрон осветительной лампы
(рис. 119).
Рис. 119
Предложенная аппаратура дает возможность наблюдать колеба-
ния от 50 до 1000 гц. Она может быть использована как с автоном-
ными источниками питания трубки и блоков, так и с общим источ-
ником (кенотронным выпрямителем).
Принцип действия осциллографа изучается на четырех уста-
новках.
Опыты с первой установкой. Подключают питание только к элек-
роннолучевой трубке. Получают на экране трубки светящееся пят-
но. Потенциометром R& фокусируют электронный пучок, потенцио-
метром R6 изменяют яркость светящейся точки. Перемещение ее к
центру экрана трубки осуществляют путем движения стального на-
магниченного полукольца вдоль шейки трубки и вращением полу-
кольца вокруг оси трубки.
1. Собрав установку (рис. 120) определяют чувствительность
к отклонению пары пластин XX и YY в мм/в. Для отсчета откло-
нения пучка можно воспользоваться миллиметровой бумагой.
2. Подключив к пластинам попарно переменное напряжение
4*
99
5—20 в, наблюдают светящийся линейный отрезок в горизонталь-
ном и вертикальном направлении.
3. Если одновременно подать на вертикально и горизонтально
отклоняющие пластины синусоидальные колебания одинаковой час-
тоты, то по форме наблюдаемых кривых можно определить угол сдви-
га фаз между этими колебаниями. Амплитуды напряжений, подавае-
мых на пластины, должны быть подобраны так, чтобы отклонение
пучка по вертикали и горизонтали было одинаковым. Форма эллип-
са на экране трубки зави-
сит от сдвига фаз. Угол
сдвига фаз определяется
по формуле sin а = +
(А и Б указаны на рис. 121).
Для наблюдения сдви-
га фаз собирают цепи по
схеме рисунка 122 и под-
ключают выводы к плас-
тинам электроннолучевой
трубки. В качестве дроссе-
ля можно использовать
Рис. 120
высоковольтную обмотку
(120 в) школьного транс-
форматора с катушками на
120 и 4 в. Конденсатор бег
рется емкостью около
1 мкф. Сопротивление по-
рядка нескольких килоом
подбирается опытным пу-
тем.
4. Если на отклоняю-
щие пластины подать си-
нусоидальные колебания
неодинаковой частоты, то
на экране трубки наблюда-
ют кривые сложной фор-
мы (фигуры Лиссажу). Вид кривой зависит от сдвига фаз пода-
ваемых напряжений (рис. 123).
Практически опыт осуществляется подключением технической
частоты к пластинам XX и напряжения от генератора звуковых
колебаний к пластинам YY. Изменяя частоту звуковых колебаний,
близких к частоте 50 гц, получают различные фигуры. Подсчиты-
вая количество точек пересечения фигуры с вертикальной линией
и количество точек пересечения с горизонтальной линией, находят
f X tin
отношение этих чисел, которое даст отношение частот: — «= —.
ty «г
100
Рис. 124
Рис. 123
При незначительном отличии частот генераторов, зная частоту од-
ного генератора, можно с помощью осциллографа определить час-
тоту другого генератора.
Опыты со второй установкой. К собранной ранее установке
подключают генератор развертки (рис. 124). Работа релаксационно-
го генератора описана в ряде пособий1.
1. Переменное сопротивление Т?9 дает возможность изменять
частоту развертки. При наибольшем сопротивлении на экране труб-
ки наблюдают медленное перемещение светящейся точки вдоль го-
ризонтальной оси XX при заряде конденсатора Ct и быстрое, не-
заметное для глаза, перебрасывание электронного пучка в проти-
воположном направлении при разряде конденсатора С\ через ти-
ратрон МТХ-90. Уменьшая сопротивление /?9, наблюдают уве-
личение частоты развертки.
2. Подключив к пластинам УУ от сети через трансформатор пе-
ременное напряжение порядка 5—20 в, наблюдают на экране труб-
ки синусоиду. Меняя величину /?9, можно наблюдать один, два
или несколько периодов синусоиды. При этом убеждаются в том,
что добиться устойчивой картины трудно.
3. От одной из пластин УУ подводят провод к клемме «синхро-
низация» генератора развертки. В этом случае наблюдается устой-
чивая картина с одним, двумя или несколькими периодами сину-
соиды в зависимости от величины /?9.
Опыты с третьей установкой. Блок-схема установки дана на
рисунке 125.
1. Подведя на вход усилителя «У» переменное напряжение поряд-
ка 5—20 в, наблюдают на экране синусоиду. Меняя величину напря-
жения, подаваемого на сетку лампы потенциометром /?10, наблю-
дают изменение амплитуды кривой.
1 См., например, Н. М. Р о з е н б е р г, Обучение работе с электронной
аппаратурой в средней школе, изд. АПН РСФСР, 1963.
101
Рис. 125
2. На вход усилителя можно подать напряжение от звукового
генератора, от микрофона. При этом наблюдают различные формы
кривых в зависимости от сложности звука.
Опыты с четвертой установкой. Вместо усилителя «У» подклю
чается коммутатор. (О работе электронного коммутатора можно про-
читать, например, в журнале «Радио» № 2, 1959.) Установку соби-
рают по схеме рисунка 126. Меняя величину /?18 и /?20 на входе ком-
мутатора, можно наблюдать на экране трубки кривые с различными
амплитудами, сдвинутые по фазе. На входы коммутатора включают
либо индуктивность и сопротивление, либо емкость и сопротивление,
либо емкость и индуктивность.
Этим не исчерпываются все опыты, которые можно провести с
набором. Сюда не включены опыты по сложению колебаний, измере-
нию частоты методом нулевых биений, определению индуктивности
и емкости осциллографическим способом и др. Включенные опыты
представляются нам наиболее простыми, доступными учащимся и
раскрывающими работу основных блоков осциллографа. Более де-
тальное изучение осциллографа и опытов с ним можно перенести
на внеклассные занятия.
Рис. 126
102
Работа 5. Определение отношения заряда электрона
к его массе
В наших опытах для определения удельного заряда электрона
применяется электроннолучевая трубка 5ЛО38, смонтированная на
вертикальной панели, аналогично тому, как это описано в работе
по изучению осциллографа (рис. 114, 115).
Для проведения опытов необходимо изготовить цилиндрическую
и две прямоугольные катушки. Каркас для цилиндрической катуш-
ки длиной ПО мм имеет внутренний диаметр 51 мм. На каркас
виток к витку в три ряда наматывается медный провод с эмалевой
изоляцией ПЭЛ-0,6. Диаметр провода можно взять в пределах 0,5—
0,7 мм, таким образом
катушка будет содержать
350 — 400 витков. Длина
намотки 90 мм.
Для изготовления двух
прямоугольных катушек
предварительно следует
сделать деревянный бру-
сок размерами 30 X 50 X
Х90мм. На брусок на-
кладывается пластмассо-
вый или картонный кар-
кас катушки, на кото-
рый наматывается провод
(ПМВ-0,5 или ПМОВ-0,5)
Рис. 127
в один слой шириной 2 см. Сняв катушку на каркасе с деревян-
ного бруска, ее следует укрепить на каркасе с помощью алюминие-
вых полосок. Для удобного крепления катушек на угольниках око-
ло электроннолучевой трубки необходимо сделать направляющие
втулки из алюминия, которые укрепить внизу катушек. После из-
готовления двух прямоугольных катушек на одни выводы их прик-
репить наконечники, а другие — спаять.
Для определения величины смещения электронного пучка изго-
тавливается шкала с миллиметровыми делениями. Шкала делается
из плексигласовой пластинки размерами 80 X 47 мм.
В качестве источника питания электроннолучевой трубки ис-
пользуется школьный кенотронный выпрямитель. Относительно
низкое напряжение (300—400 в) не вызывает выгорания экрана труб-
ки при проведении опытов.
Первый способ (метод Буша). В первом способе определения удель-
ного заряда электрона применяется электроннолучевая трубка с
цилиндрической катушкой. В цепь катушки (рис. 127) включен ам-
перметр на 1,5—2 а, реостат на 5—10 ом. Источником тока служит
батарея аккумуляторов на 6—8 в. К пластинам YY подключается
переменное напряжение 10—20 в от любого трансформатора.
103
Рассматривая движение электрона от вертикально отклоняющих
пластин до экрана трубки в продольном магнитном поле по методу
Буша, можно прийти к выводу, что
L - 8кЧ/ (4г* +
Ш ^2д2^2
где U — анодное напряжение, г — радиус цилиндрической катуш-
ки, I — длина катушки, |л0 = 4 л • 10~7 гн/м, I — сила тока в
катушке, п — число витков, L — расстояние от середины верти-
кально отклоняющих пластин до экрана трубки 5ЛО38.
Опыт проводится следующим образом. Подавая на отклоняющие
пластины трубки переменное напряжение, получают на экране све-
тящийся отрезок. Включив
цепь катушки, перемещают
ползунок реостата. С увели-
чением тока в обмотке катуш-
ки увеличивается магнитная
индукция, что приводит к
поворачиванию светящегося
отрезка и уменьшению его
размеров. Когда величина
магнитной индукции станет
такой, что шаг винта дви-
жения электронов будет ра-
вен расстоянию от отклоняю-
щих пластин до экрана, то
на экране будет видна только
светящаяся точка. В этот мо-
мент и фиксируют силу тока
в катушке.
Проведенные опыты дали
следующие результаты:
L = 0,085 jw, I = 0,09 м,
г «= 0,028 м, п = 350,
[/ = 410 в, I = 1,2 а.
Подставляя полученные значения в приведенную формулу и вычис-
лив, получим:
- = 1,8-10“
т кг
Относительная погрешность при этом способе определения удель-
ного заряда электрона не превышает 10%.
Второй способ. Для определения отношения заряда электрона
к его массе вторым способом прямоугольные катушки укрепляются
на угольниках сбоку электроннолучевой трубки (рис. 128). Плек-
сигласовая шкала пропускается через прямоугольные катушки и
таким образом удерживается перед экраном трубки.
104
Установка собирается по схеме рисунка 129. Отклонение элект-
ронного пучка в этом случае осуществляется магнитным полем пря-
моугольных катушек. Смещение d пучка по экрану измеряется по
делениям плексигласовой шкалы.
Рассматривая движение электрона в поперечном магнитном по-
ле, создаваемом прямоугольными катушками, приходим к выводу,
что
е 8Ud2T*
In ~ UfPT*’
где U — анодное напряжение, L — длина сечения прямоуголь-
ных катушек, d — смещение луча по экрану, Т — период колеба-
ний магнитной стрелки
в поле Земли, В — маг-
нитная индукция поля
Земли, Тj—период коле-
баний магнитной стрел-
ки в магнитном поле
прямоугольных кату-
шек.
Магнитная индукция
поля катушек определя-
ется методом колебаний
магнитной стрелки при снятых катушках, расположенных друг
от друга на расстоянии, равном расстоянию между катушками,
укрепленными На уголках около трубки.
В результате проведенных нами опытов были получены следую-
щие значения величин:
L = 0,09 м, d — 0,01 м, U = 410 в,
Тх = 0,5 сек., Т = 1,5 сек, В = 1,8 10 5 гпл.
Подсчитав результат по формуле, получим:
1,5-Ю11
m кв
М, И. Гринбаум
(в. Москва)
ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОСНОВАМ ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Для создания у учащихся достаточно полных представлений о
телевидении необходимо, опираясь на знание ранее изученных воп-
росов, рассмотреть управление лучами передающей и приемной тру-
бок для образования растра, получение последовательности электри-
ческих импульсов, несущих на себе оптическое изображение, раз-
105
ложенное на ряд элементов, и управление по яркости электронным
лучом приемной трубки.
Все эти вопросы могут быть объяснены и показаны на уроке с
помощью несложной установки, которая состоит из школьного ос-
циллографа, выпускаемого Главучтехпромом, или любого другого
осциллографа, например ЭО-4 или ЭО-7, стандартного школьного
выпрямителя и приставки. Приставка состоит из нескольких уз-
лов. В нее входит небольшая электроннолучевая трубка, напри-
мер, типа 5ЛО38 или ЛО-247 и выпрямитель для питания этой труб-
ки. В приставке смонтирован также фотоэлемент типа СЦВ-4 с двух-
каскадным усилителем и простейший генератор пилообразного нап-
ряжения, частота которого может плавно изменяться от 0,5 до 20 гц.
Напряжения развертки электроннолучевой трубки приставки по-
даются непосредственно с выхода отклоняющих пластин осцил-
лографа.
Для того чтобы можно было использовать осциллограф в описы-
ваемой установке, нужно к панели его электроннолучевой трубки,
к ножкам катода и модулятора подпаять проводники, которые выво-
дятся наружу.
С помощью предлагаемой установки можно показать следующие
опыты. Присоединив генератор пилообразного напряжения на вер-
тикальный вход осциллографа и установив максимальную частоту
генератора (20 гц), можно подобрать необходимую частоту разверт-
ки осциллографа и показать форму развертывающего по вертикали
сигнала. Это может быть достигнуто при частоте развертки осцил-
лографа порядка 10 гц. Если же теперь, показав форму пилообраз-
ного напряжения, перевести генератор приставки в режим частоты
0,5 гц, то на экране осциллографа можно будет показать образова-
ние растра, так как луч на экране осциллографа за 2 сек будет про-
ходить примерно двадцать раз, причем каждый последующий раз
выше, чем в предыдущий.
Так как вначале выбраны очень малые частоты развертывающих
напряжений, то на экране будет наблюдаться несколько наклон-
ная полоска, перемещающаяся вверх.
Постепенно увеличивая частоту горизонтальной развертки ос-
циллографа, показываем, что светлая полоска становится более
горизонтальной и несколько более яркой, что объясняется тем, что
за время развертки луч осциллографа не успевает сместиться вверх
на полную свою ширину. Эта демонстрация получается достаточ-
но убедительной при частоте генератора развертки осциллографа
порядка 300—400 гц.
Если же, продолжая наблюдать изображение на экране осцил-
лографа, постепенно увеличивать в два, в четыре, в восемь раз час-
тоту генератора пилообразного напряжения приставки и одновре-
менно во столько же примерно раз увеличивать частоту развертки,
то на экране будет видна все более широкая перемещающаяся к верх-
ней части экрана полоска. При частоте генератора приставки по-
106
рядка 16—20 гц и генератора развертки осциллографа порядка
6400—8000 гц весь экран осциллографа будет равномерно светить-
ся. Для получения достаточной яркости свечения экрана осцил-
лографа следует, манипулируя ручками регулировки усиления по
горизонтали и вертикали, ограничить амплитуды развертываю-
щих напряжений, так, чтобы в середине экрана светился квадрат
размером примерно 70 X 70 мм. Так с помощью описываемой
установки можно показать образование телевизионного растра.
Для объяснения способа управления яркостью изображения
следует установить ручку регулировки яркости в среднее положе-
ние. При этом свечение экрана трубки осцил-
лографа станет заметно слабее, чем ранее.
Если же теперь с помощью выведенных от
панели трубки проводов подать напряжение
от батареи карманного фонаря с э. д. с. 4,5 в
в промежуток модулятор—катод, то в зависи-
мости от того, как подано напряжение, мож-
но наблюдать усиление яркости свечения или
ее заметное ослабление. При постановке это-
го эксперимента следует иметь в виду, что
выводы от электродов трубки находятся под
напряжением порядка 300 в относительно
шасси осциллографа и потому подключение ба-‘
тареи и ее переключение следует проводить с
помощью двухполюсного перекидного рубиль-
ника, у которого предварительным соедине-
нием клемм проводниками (рис; 130) создана
возможность изменять полярность приложенного напряжения
при переводе ножей из одного положения в другое. Выяснив,
что для изменения яркости свечения экрана необходимо менять
напряжение между модулятором и катодом электроннолучевой
трубки, можно перейти к изучению вопроса р том, как могут быть
получены подобные изменения напряжения с помощью изображения
какого-либо предмета.
Для этого снимается передняя стенка приставки, отделяется
футляр с фотоэлементом и учащиеся видят экран малой трубки,
установленной в корпусе приставки. Так как отклоняющие пласти-
ны трубок осциллографа и приставки соединены между собой, об
этом говорилось выше, то на экране малой трубки также виден растр.
Причем растр этот, как нетрудно видеть и пояснить учащимся, об-
разован синхронным и синфазным движением лучей обеих трубок.
После получения изображения можно показать, к чему ведет на-
рушение синфазности движения лучей.
Здесь напоминаем учащимся об инерционности нашего зрения.
После того как они узнали и поняли процесс образования растра,
они легко представят себе и поймут, что фактически на экране все
время существует только одна линия, образованная перемещающей-
107
ся светящейся точкой, но нам кажется освещенным весь экран. Опи-
раясь на знание учащимися работы фотоэлемента, можно выяснить,
что если направить свет от экрана электроннолучевой трубки прис-
тавки на фотоэлемент, то за счет явления фотоэффекта в цепи фото-
элемента появится ток, который может быть усилен специальным
усилителем. Если же на пути света, идущего от экрана трубки к
фотоэлементу, поместить непрозрачный предмет, закрывающий дос-
туп света к фотоэлементу в различные моменты времени, то ток в
цепи фотоэлемента будет меняться. Эти изменения тока могут быть
усилены, а колебания напряжения, вызванные изменениями тока
в нагрузочном сопротивлении оконечной лампы усилителя фототока,
могут быть использованы для управления яркостью свечения эк-
рана трубки осциллографа.
Для демонстрации возникающих при работе частично заэкра-
нированной трубки приставки запирающих импульсов напряжения
помещают на место футляр с фотоэлементом и укрепляют переднюю
стенку приставки, предварительно наклеив на экран трубки при-
ставки полоску черной бумаги или кусочек изоляционной ленты.
Генератор пилообразного напряжения приставки отключают
от входа осциллографа, а на вход подают сигнал с выхода усили-
теля фототока. Осциллограф в этом случае работает в обычном ре-
жиме осциллографирования и на его экране видны всплески нап-
ряжения в моменты, когда свет не попадает на фотоэлемент. В этой
демонстрации следует отключить провода, соединяющие вертикаль-
но отклоняющие пластины осциллографа с соответствующими плас-
тинами второй трубки.
Показав учащимся процесс образования запирающих импуль-
сов, можно далее рассказать об образовании изображения. Если об-
разованные фотоэлементом импульсы напряжения в соответствующей
полярности подвести к промежутку модулятор—катод электронно-
лучевой трубки осциллографа, то в моменты, когда свет не попадает
на фотоэлемент, импульсы напряжения запирают трубку и в том
месте, которое соответствует положению наклеенной полоски на
экране трубки приставки, на экране трубки осциллографа видно
темное место. Заменив отдельно наклеенную полоску на экране ма-
лой трубки приставки диапозитивом, на котором изображена ка-
кая-либо буква, и подключив ко входу осциллографа генератор пи-
лообразного напряжения приставки, можно наблюдать четкое изоб-
ражение этой буквы на экране осциллографа.
Заканчивая демонстрации с описываемой установкой, целесооб-
разно показать роль синфазного движения лучей в передающей
и приемной трубках. Для этого можно поменять порядок соединения
вначале только горизонтально отклоняющих пластин. На экране ос-
циллографа после переключения пластин будет видна та же бук-
ва, но перевернутая относительно вертикальной оси. Если поменять
порядок соединения только вертикально отклоняющих пластин,
то буква будет видна перевернутой относительно горизонтальной
108
+ 2506
Рис. 131
оси. Если же поменять порядок соединения пластин в обоих направ-
лениях отклонения луча, то буква будет видна перевернутой отно-
сительно обеих осей. Изменение положения изображения при на-
рушении синфазности движения луча удобно демонстрировать с
помощью диапозитивов с изображениями, которые не имеют ссевой
симметрии отдельных частей, к каким и относятся буквы Б, Р, У
и т. п.
Переходя от рассмотрения опытов по передаче изображения на
расстояние с помощью данной установки к устройству реальной
телевизионной установки, следует рассказать, что видеопередающая
трубка представляет собой не один фотоэлемент, а очень большое
количество маленьких фотоэлементов, которые образуют мозаику
трубки и с помощью которых осуществляется превращение опти-
ческого изображения в электрические сигналы, которые в свою оче-
редь передаются или по проводам, или с помощью электромагнит-
ных волн приемным устройствам.
Пусть читающих эти строки не смущает малое соответствие ус-
тройства для изучения телевидения и обычных телепередающих
установок. Дело в том, что при одном из способов получения теле-
визионных сигналов для передачи цветного изображения применяет-
ся так называемый «бегающий» луч, который дает возможность осу-
ществить разложение изображения тела на электрические сигналы,
которые после разделения могут управлять яркостью трех прием-
ных трубок различных цветов.
Экраны приемных трубок светятся тремя различными цветами
и при проектировании с помощью объективов на один общий экран
создают зрительное впечатление цветного изображения.
109
Рис. 132
изображение с помощью одного
можно.
Система «бегающий» луч
работает почти так же, как
описываемая установка для
изучения телевидения. В
совершенно темном поме-
щении световой луч, пере-
мещаемый по кадрам и
строкам, постепенно осве*
щает различные точки
проецируемого объекта,
а отраженный свет объек-
тивом собирается на фото-
элемент, который и прев-
ращает световые импульсы
отраженного от объекта
света в электрические.
Применяя развертку с час-
тотой кадров в три раза
большей, чем обычная, и
специальные светофильтры
можно выделить сигналы
красного, зеленого и синего
цветов. Так что получить
фотоэлемента вполне воз-
Для проведения перечисленных выше демонстраций, даю-
щих достаточно наглядное представление об основных процес-
сах, связанных с передачей изображения на расстояние, необхо-
димо собрать приставку, состоящую из трех узлов, собранных
в одном корпусе и имеющих общие источники питания. На рисун-
ке 131 дана принципиальная схема узла передающей трубки с вы-
соковольтным источником напряжения для ее питания, на рисун-
ке 132 — принципиальная схема генератора пилообразного напря-
жения и на рисунке 133 — схема усилителя фототока.
Изображенный на рисунке 131 узел передающей трубки состоит
из электроннолучевой трубки 5ЛО38М и специального приспособ-
ления для того, чтобы при источнике питания с напряжением по-
рядка 250 в, которое дает школьный выпрямитель, можно было по-
лучить напряжение порядка 650—700 в, необходимое для питания
электроннолучевой трубки.
Преобразователем напряжения является обычный блокинг-
генератор, на трансформатор которого намотана дополнительная
обмотка.
Блокинг-генератор представляет собой генератор импульсов с
трансформаторной обратной связью. Такая схема способна выраба-
тывать импульсы значительной амплитуды и различной длитель-
ности. Блокинг-генератор работает в автоколебательном режиме с
110
фиксированной частотой повторения. В схеме блокинг-генератора
лампа отперта лишь во время генерации импульса, что позволяет
получить высокую пиковую выходную мощность при низком зна-
чении средней мощности. Это именно то свойство, которое позволяет
использовать блокинг-генератор в качестве преобразователя напря-
жения. Первичная обмотка трансформатора включена в анодную
цепь, а вторичная обмотка — в сеточную цепь таким образом, что
увеличение анодного тока вызывает появление положительного
напряжения на сетке. В результате указанной положительной об-
ратной связи происходит быстрое увеличение анодного тока и по-
ложительного напряжения на сетке лампы. При достижении лам-
пой тока насыщения ток в анодной цепи перестает нарастать, и в
результате этого начинает уменьшаться напряжение на сетке,
а это ведет к уменьшению анодного тока. Уменьшение анодного
тока ведет к появлению отрицательного напряжения на сетке,
что приводит к дальнейшему более резкому уменьшению анодного
тока, потенциал сетки становится еще ниже и т. д. — процесс раз-
вивается лавинообразно, и лампа запирается. При запирании лам-
пы исчезает отрицательное напряжение на сетке, так как перестает
изменяться магнитный поток в трансформаторе и анодный ток лам-
пы начинает опять нарастать, что ведет к появлению положитель-
ного напряжения на сетке и так далее — процесс начинает повто-
111
ряться. Конденсатор Ct и сопротивление R{ определяет время од-
ного цикла работы блокинг-генератора, так как в процессе коле-
бания конденсатор Ci заряжается до определенного потенциала
сеточным током лампы и тем самым поддерживает это напряжение
на сетке, постепенно разряжаясь через сопротивления
Напряжение, снимаемое с третьей обмотки трансформатора, вы-
прямляется или селеновым столбиком типа АВС-7-ЗПМ, или цепоч-
кой из четырех последовательно соединенных диодов Д7Ж, каждый
из которых следует шунтировать сопротивлением порядка 510 ком,
причем выпрямительные элементы соединяются так, чтобы выпрям-
ленное напряжение было отрицательно относительно общей шины
«земля» этого узла.
На боковую стенку приставки выводятся ручки переменных со-
противлений: /?3 — фокусировки луча и Rk — уровня яркости.
В схеме управления электроннолучевой трубкой (рис. 131) не пре-
дусматривается смещение луча по горизонтали и вертикали в це-
лях его центровки, так как обычно при отсутствии развертываю-
щих напряжений луч попадает на экран достаточно близко к его
центру.
При выполнении монтажа этого узла одна из трудностей состоит
в том, что для подачи напряжений на электроннолучевую трубку
требуется специальная панель, которой в продаже нет. Можно ре-
комендовать или изготовить самодельную панель, или, что возможно
проще, использовать лепестки с трубками на концах от керамичес-
ких ламповых панелей старых типов. Лепестки подпаять к про-
водам, место пайки изолировать кусочками хлорвиниловой трубки
и каждый провод промаркировать биркой с указанием номера
ножки—вывода трубки 5ЛО38М.
Никаких специальных указаний по наладке узла не требуется.
Доброкачественные детали и правильный монтаж схемы гарантируют
четкую работу узла. Следует учесть, что даже проверять работу
схемы нужно при поданных на трубку развертывающих напряже-
ниях, так как в противном случае может при большом уровне яр-
кости прогореть слой люминифора в одном месте экрана и трубка
выйдет из строя.
Основная ответственная часть этого узла приставки — трансфор-
матор блокинг-генератора, который должен обладать малой между-
обмоточной емкостью, высокой индуктивностью холостого хода и
высокой магнитной проницаемостью сердечника. Для изготовления
такого трансформатора лучше всего использовать стандартный
трансформатор блокинг-генератора кадров от любого телевизора
(кроме телевизора КВН-49), на который, предварительно разобрав
сердечник, доматывается третья обмотка проводом ПЭ-0,08. Третья
обмотка должна содержать 1200—1400 витков и должна быть хорошо
изолирована от остальных обмоток несколькими слоями лакоткани.
Каждый слой третьей обмотки прокладывается парафинированной
бумагой. При выполнении намотки нужно следить, чтобы витки од-
112
ного слоя не западали между витками другого, так как это может
привести к пробою изоляции и закорачиванию части витков.
Этот же трансформатор можно изготовить и самостоятельно. Для
этого нужен пакет тонкой стали толщиной 0,25—0,35 мм типа Ш-12,
набор 16 лш. На каркас, изготовленный из гетинакса, наматываются
три обмотки: первичная — 200 витков ПЭ-0,12; вторичная—100
витков ПЭ-0,12 (сеточная обмотка) и третья, повышающая, дан-
ные которой приводились выше. Первичная и вторичная катушки
разделяются незамкнутым экраном из станиоля и двумя слоями па-
рафинированной бумаги. Изготовленный таким способом трансфор-
матор вполне обеспечивает работу преобразователя.
Генератор пилообразного напряжения (рис. 132) представляет
собой несимметричный мультивибратор с катодной связью. Катод-
ная связь осуществляется через сопротивление /?в. Конденсатор
С2 служит для формирования пилообразного напряжения. Постоян-
ную времени заряда этого конденсатора можно изменять с помощью
переменного сопротивления R2 в анодной цепи левого (по схеме)
триода лампы. Частота колебаний мультивибратора зависит от пос-
тоянной времени цепочки, образованной сопротивлениями R3
и Ri и конденсатора Ср
Для получения линейной развертки постоянная времени заряд-
ной цепи формирующей цепочки выбрана много больше постоянной
времени цепочки, определяющей частоту автоколебаний мультиви-
братора.
В схеме мультивибратора для одновременного изменения по-
стоянных времени зарядной и разрядной цепочек применено сдвоен-
ное переменное сопротивление, величина которого одновременно на-
растает или убывает в обоих половинах. Так как приобрести подоб-
ное сдвоенное сопротивление довольно сложно, то его можно срав-
нительно просто изготовить. Для этого берутся два обычных пе-
ременных сопротивления типа СП-2 нужного номинала, причем
у одного из них должна быть ось длиной 70 мм, а у другого 13 мм,
а кривая изменения величины сопротивления типа «А», и устанав-
ливаются одно — в крайнее правое положение, а другое — в край-
нее левое положение. Эти сопротивления складываются тыльными
сторонами корпусов и соединяются посредством пайки корпусов.
Перед пайкой корпуса следует место будущего шва очистить напиль-
ником от хромированного покрытия и залудить тонким слоем олова.
При пайке сопротивления располагаются так, чтобы их выводы на-
ходились одни под другими. После соединения корпусов переменных
сопротивлений следует соединить жестко их ручки. Это делается
так: в ручках около втулок сверлятся сквозные отверстия диамет-
ром 2—3 мм, в которые вставляется жесткая скоба из стальной по-
лоски сечением 3x5 мм с соответственным образом закругленны-
ми концами, входящими в отверстия, просверленные в ручках.
Для удобства дальнейшего монтажа нужно до установки скобы
на втулке сопротивления с длинной ручкой укрепить стальной
113
кронштейн, с помощью которого блок сопротивлений может быть
закреплен на шасси. Отверстия в ручках следует сверлить так,
чтобы соединительная скоба перемещалась при вращении ручки
в пространстве вне выводных контактов сопротивлений, а кронш-
тейн должен иметь ширину порядка 18 мм и располагаться против
контактов переменных сопротивлений так, чтобы не мешать скобе,
соединяющей ручки переменных сопротивлений, поворачиваться
до крайних положений. При столь малой частоте работы генератора
пилообразного напряжения небольшой разброс параметров, воз-
никающий при таком соединении сопротивлений, не будет влиять
на качество работы схемы.
Усилитель фототока (рис. 133) не предусмотрен для усиле-
ния тока, получающегося при проектировании изображений, имею-
щих полутоновые переходы, а позволяет только скачкообразно ме-
нять величину фототока, а следовательно, и величину выходного на-
пряжения, т. е. , применяя подобную схему усилителя, можно осу-
ществить проекцию изображений, состоящих из полностью про-
зрачных участков.
Действует подобный усилитель следующим образом. При налад-
ке нужно, затемнив полностью фотоэлемент, привести левую по
схеме половину лампы в ключевой режим, при котором за счет на-
пряжения, снимаемого с делителя, образованного сопротивлением
Ri и R3, данная половина лампы будет заперта. Это достигается
изменением сопротивления R3 и проверяется микроамперметром
и вольтметром. Микроамперметр включается в разрыв между соп-
ротивлением Rt и ножкой панели лампы, а вольтметром при са-
мых малых пределах измеряется напряжение на сопротивлении Rt.
В момент, когда лампа заперта, оба прибора стоят на нулевых де-
лениях. Здесь следует помнить, что нужно не вообще запереть лам-
пу, а подобрать то минимальное значение напряжения, которое зап-
рет лампу. Чем точнее будет выполнена эта операция при наладке,
тем чувствительнее будет усилитель.
Так как промежуток сетка—катод правой (по схеме) половины
лампы подключен параллельно сопротивлению Rit то потенциал
сетки этой половины лампы равен потенциалу катода при условии,
что фотоэлемент не освещен и левая (по схеме) половина лампы за-
перта. В этом случае через правую по схеме половину лампы те-
чет максимальный для этого режима ток, что вызывает большое па-
дение напряжения на сопротивлении R3 и малое на самой лампе.
Если же теперь осветить фотоэлемент светом пятна электроннолу-
чевой трубки, которое имеет силу света порядка 0,005 св, сфоку-
сированным линзой, то через фотоэлемент пойдет ток примерно
один микроампер, этот ток создаст падение напряжения на сопротив-
лении R2 около 1,5—2 в, приложенных плюсом к сетке левой (по
схеме) половины лампы. За счет этого напряжения ток через лампу
возрастет. При возрастании тока через Л ь примерно до 200 мка, что
определяется параметрами схемы, на сопротивлении Ri создается
114
падение напряжения порядка 40 в, которое будет минусом прило-
жено к сетке Л2. Этого напряжения вполне достаточно для пол-
ного запирания Л2, и тогда напряжение на ее аноде возрастет до
напряжения порядка ПО в относительно катода, а напряжение на
концах сопротивления /?5 упадет до нуля.
Таким образом, каждый раз, когда свет попадает на фотоэле-
мент, напряжение на концах сопротивления равно нулю, а ког-
да фотоэлемент затемнен на этом же сопротивлении, существует
падение напряжения порядка 80 в. Это падение напряжения до-
статочно для полного гашения луча трубки осциллографа, если его
подать в промежуток модулятор—катод так, чтобы модулятор был
соединен с нижним (по схеме) концом /?5, а катод — с верхним.
Иногда нужно проводить демонстрации при очень малой частоте.
Для этого в усилителе применяется гальваническая связь между кас-
кадами без переходных конденсаторов, что делает рассмотренный
усилитель усилителем постоянного тока, усиливающим практически
любую частоту, начиная с нулевой.
Так как гасящий импульс подается в промежуток между модуля-
тором и катодом электроннолучевой трубки осциллографа, а в этом
промежутке действуют напряжения, определяющие режимы работы
трубки, и подается импульс гашения обратного хода луча, то, чтобы
не нарушать нормальную работу осциллографа, нужно выход
усилителя изолировать по постоянному току от выпрямителя, пи-
тающего генератор пилообразного напряжения, сигнал которого по-
дается через шасси осциллографа. Для этого усилитель фототока
питается от отдельного выпрямителя, использующего напряжение
сети без трансформатора. Усилитель со своим выпрямителем мон-
тируются на пластмассовой панели так, чтобы ни одна точка схемы
не имела контакта с шасси. Это позволяет осуществить гальвани-
ческую связь с промежутком катод—модулятор осциллографа. На-
кал лампы усилителя питается от общего выпрямителя, обеспечи-
вающего накал остальных ламп схемы. В выпрямителе применено
четыре диода Д7Ж и дроссель фильтра от любого радиоприемника
или телевизора.
Как говорилось выше, в усилителе применена гальваническая
связь между каскадами, что требует питания обеих ламп от обще-
го источника питания с низкоомным делителем напряжения. Ниж-
нюю половину делителя, его сопротивление следует зашунти-
ровать конденсатором большой емкости. Так как мощность рассеяния
сопротивлений, образующих делитель, должна быть порядка 7 вт,
то их следует брать или проволочными, или при монтаже соединять
по четыре двухваттных сопротивления с номиналом 16 ком. Пе-
ременное сопротивление следует установить на шасси рядом с
ламповой панелью, так как регулировка с его помощью требуется
при смене лампы.
На рисунке 134 показано примерное расположение основных де-
талей в корпусе установки: 1 — шасси, 2 — каркас из уголка, 3 —
115
основание отсека трубки, 4 — электроннолучевая трубка 5ЛО38М,
5 — фотоэлемент СЦВ-4, 6 — лампа усилителя фототока, 7 —
лампа генератора пилообразного напряжения, 8 — трансформа-
тор блокинг-генератора и 9 — его лампа, 10 — плоское зеркало,
11 — линза с оптической силой 20—25 дптр, 12 — ручки пере-
менных сопротивлений.
На алюминиевом шасси размером 320 х 120 X 70 мм из
уголка № 15 по чертежу (рис. 135) собирается каркас корпуса,
к которому с помощью винтов крепятся все стенки кожуха и осно-
вание отсека электроннолучевой трубки. Сама трубка крепится в
отсеке хомутом за цоколь, а для крепления передней части трубки
вытачивается из текстолита кольцо, которое крепится к передней
стенке отсека. К другой стороне этой же стенки отсека крепится
116
рамка для установки диапозитива. К внешней стороне рамки дол-
жен вплотную прилегать картонный футляр, в котором (рис. 134)
располагаются фотоэлемент, линза и зеркало.
Специальных указаний по выполнению монтажа дать нельзя,
так как никаких особенностей монтаж не имеет. Можно рекомендо-
вать только при монтаже фотоэлемента сделать подходящие к нему
провода такой длины, чтобы можно было свободно отделять футляр
с фотоэлементом при демонстрации растра на экране передающей
трубки. При монтаже и наладке блокинг-генератора может оказать-
ся полезным заменить сопротивление утечки переменным сопротив-
лением и, подобрав наиболее выгодный режим, о чем можно судить
по величине напряжения на выходе трансформатора, измерить ве-
личину подобранного сопротивления и заменить переменное соот-
ветствующим постоянным.
На задней стенке шасси следует установить пластмассовый щи-
ток, а на нем штепсельные гнезда для подключения внешнего источ-
ника питания, отклоняющих напряжений с пластин осциллографа,
выхода генератора пилообразного напряжения и выхода запираю-
щих импульсов от усилителя фототока. Для демонстраций целесо-
образно иметь четырнадцать проводников длиной около метра с
однополюсными вилками на обоих концах.
В осциллографах отпайка делается проводниками в хорошей
изоляции от второй (катод) и третьей (модулятор) ножек ламповой
панели электроннолучевой трубки.
Автор надеется, что применение описанной несложной установ-
ки поможет изучению сложных понятий, связанных с передачей
изображения на расстояние.
ОПТИКА
Л. И. Погожев, Е. Ф. Полонская
(г, Харьков)
УСТАНОВКА ДЛЯ ОСНОВНЫХ ДЕМОНСТРАЦИЙ ПО ОПТИКЕ
Предлагаемая установка в основном предназначена для демон-
страций по оптике в восьмилетней школе. В отличие от шайбы Гарт-
ля и прибора по оптике Глазырина работа с ней не требует затемне-
ния помещения. Яркие световые потоки шириной 5—10 мм, полу-
чаемые при помощи осветителя, отчетливо видны на экране при ус-
ловии, конечно, что на экран не попадает прямой солнечный свет.
С помощью установки мож-
но графически фиксировать
истинный ход световых по-
токов непосредственно на
экране прибора.
Применяемая в установ-
ке наливная оптика дает
возможность особенно чет-
ко показать, что явление
преломления света есть
результат перехода света
из одной среды в другую.
Установка позволяет не
только получить спектр
белого света в обычном
виде, но и проследить отклонение цветных световых пучков
вдоль экрана после выхода их из призмы.
В комплект самодельной установки входят: белый экране, вкла-
дышами, осветитель, плоские зеркала (три малых и одно большое),
пластинка с плоскопараллельными гранями, наливная треуголь-
ная призма, стеклянная призма, двояковыпуклая и двояковогнутая
наливные линзы, матовый экран.
Если диаметр цилиндрической части осветителя выбрать по раз-
мерам окна в фонаре школьной оптической скамьи, то в качестве
осветителя может служить этот фонарь.
Белый экран размером 700 X 500 мм (рис. 136) изготовлен
из доски, на которую столярным клеем наклеен линолеум, по-
крашенный белой краской.
118
По контурам призмы и линз из линолеума вырезают участки так,
чтобы при креплении призмы или линз на экране они входили
в него.
По таким же контурам из линолеума и листового металла вы-
резают вкладыши (рис. 137). Линолеум наклеивают на металл
клеем БФ.
Во время пользования одной из линз или призмой остальные
участки экрана, где вырезаны углубления, закрывают вкладыша-
ми. К металлической стороне вкладышей припаивают болты. Ли-
нолеум на вкладышах также
окрашивают белой краской.
В соответствии с разме-
щением болтов на вклады-
шах и экране просверливают
отверстия, и вкладыши при-
жимают к экрану гайками.
Экран устанавливают на
штативе с помощью двух хо- рис. 137
мутов. В одном из хомутов
имеется прижимной винт. Хомуты прикреплены к экрану с тыль-
ной стороны шурупами.
Осветитель состоит из двух цилиндров, один из которых вдви-
гается в другой (рис. 138). В основание наружного цилиндра вмон-
тирован патрон для электрической лампочки (12 в, 50 вт). Во
внутреннем цилиндре укреплена линза, а на свободный его конец
надета насадка с окнами 1, зеркалами 2 и ширмами-заслонками 3,
которые могут перемещаться в пазах 4.
Устройство зеркал показано на рисунке 139. Зеркала 1 укреп-
лены в обоймах 2 из жести, к которым припаяны оси 3. Оси встав-
ляются в боковые отверстия в стенках насадки осветителя. Враще-
нием зеркал можно устанавливать их под разными углами к падаю-
щему световому потоку.
Рис. 138
119
Ширмы (рис. 140) изготовлены из листового металла в виде
прямоугольных пластинок. В центре пластинки высверлено отвер-
стие, напротив которого припаяна гайка 2 с резьбой. В гайку вхо-
дит винт /, упором которого в стенку насадки фиксируется положе-
ние ширмы. Сдвигая или раздвигая ширмы, можно получать свето-
вые потоки заданной ширины.
Рис. 140
Рис. 139
Цилиндр осветителя охвачен хомутом из листового металла и стя-
нут болтом. К хомуту припаян стержень (рис. 141), закрепляемый
в держателе штатива.
Для получения четких световых потоков от осветителя следует
нить лампы располагать параллельно щелям осветителя и перпен-
дикулярно экрану. При этом получаются скользящие вдоль всей
плоскости экрана световые потоки весьма значительного сечения,
из которых с помощью ширм-заслонок вырезаются (по желанию)
более узкие и резкие потоки. Расстояние между нитью лампы и лин-
зой осветителя должно быть равно примерно фокусному расстоянию
линзы.
Плоские зеркала предназначены для изучения законов отражения.
Три зеркала имеют размеры 30 X 50 мм и одно — 30 X 120 мм.
Рис. 142
Рис. 141
120
Зеркала 1 крепятся на уголках 2 пластинками 3 из жести (рис. 142),
а на экране — с помощью болтов, пропущенных сквозь отверстия
в основании уголка 4 и отверстия в экране.
Пластинка с плоскопараллельными гранями (рис. 143) делается
из плексигласа и крепится на экране с помощью болтов и гаек,
для которых в экране высверливаются соответствующие отверстия.
Наливная треугольная призма (рис. 144) склеивается дихлор-
этаном из листового плексигласа.
Кроме наливной призмы, надо еще
иметь хорошего качества небольшую
стеклянную призму для получения
четкого спектра.
Линзы цилиндрические склеивают-
ся из листового плексигласа, как и
призма. Основание линз размечается
циркулем, а боковые поверхности
изгибаются по основанию и приклеи-
ваются к нему (рис. 145). Внутри
двояковыпуклой линзы вклеиваются
уголки (рис. 146) по форме острых
углов основания. В уголках прос-
Рис. 143
верливаются отверстия и нарезается резьба. В один из них ввин-
чивается трубка с резьбой — на нее надевается резиновый шланг
для наполнения линзы водой или другой жидкостью. В другой уголок
Рис. 145
Рис. 144
Рис. 146
121
ввинчивается болт без головки для крепления линзы на экране.
Болты на линзах и вкладышах вставляются в одни и те же отверстия
экрана. В верхнем уголке, где укреплен болт, высверливается сквоз-
ное отверстие для выхода воздуха при заполнении линзы; в нижнем
уголке — отверстие, перпендикулярное к трубке, соединяющее
трубку с полостью линзы. Болт и трубка проходят сквозь экран,
и линза с обратной стороны прижимается к экрану гайками М-5
или М-6. Подобные же уголки вклеены в наливную призму.
Двояковогнутая линза изготовляется аналогично выпуклой,
но вместо уголков на концах ее оснований приклеивают трапе-
ции, в которых высверливают отверстия такого же назначения, как
и в уголках (рис. 146). Радиус кривизны вогнутой линзы такой
же, как и выпуклой.
Матовый боковой экран изготовляют из плексигласа толщиной
1,5—2 мм. Для получения матовой поверхности одну из сторон
пластинки обрабатывают мелким наждаком. Боковой экран крепит-
ся на торцевой стороне белого экрана при помощи вмонтированных
в торец болтов и гаек. Для этого боковой экран имеет вырезы
(рис. 147).
Для наполнения линз и призмы жидкостью на подъемный столик
ставят сосуд с отверстием у основания (рис. 148). В отверстие встав-
ляют пробку со стеклянной трубкой, на которую надевают резино-
вый шланг. Второй конец шланга соединяют с линзой или призмой,
установленной на экране. При поднимании сосуда с жидкостью
линза иЛи призма заполняется, при опускании —освобождается
от жидкости.
122
Д. Ф. Хахулан
(г. Элиста)
ПРОСТАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕКТРА
В методической литературе для получения спектра обычно
описывается громоздкая установка с оптической скамьей, кото-
рая есть далеко не во всех школах. Проще и надежнее демонстри-
ровать спектр с помощью обычного фильмоскопа, например ФГК-49.
Для получения слабо расходящегося пучка света лампу нужно
повернуть, чтобы плоскость нити накала располагалась вдоль опти-
ческой оси прибора. Положение рефлектора отрегулировать так, что-
бы отраженные от него лучи были параллельны лучам лампы. Для
этого нужно снять объектив, перед конденсатором поместить экран
и совместить изображение лампы, даваемое конденсором, со светлым
пятном, созданным отраженными от рефлектора лучами. В кадровое
окно вместо пленки вставить полоску плотной бумаги с вертикаль-
ной щелью шириной 1—2 мм. Заднюю линзу объектива удалить,
тубус максимально выдвинуть (лучше удлинить на 5—7 см) для по-
лучения резкого изображения щели на экране. Треугольную приз-
му поместить перед объективом (можно на подъемном столике или
призму со столиком со спектроскопа). На расстоянии 1—2 м от
прибора получается хороший спектр.
Для сложения спектральных лучей достаточно на их пути по-
местить линзу № 2 из набора линз на стойках.
На этой установке в затемненной комнате легко получаются все
опыты по оптике, предусмотренные программой по физике для вось-
милетней школы.
Я. Е. Амстиславский
(г. Бирск)
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ВАРИАНТ ОПЫТА ПО ДИФРАКЦИИ
СВЕТА ОТ ДВУХ ЩЕЛЕЙ В НЕПРОЗРАЧНОМ ЭКРАНЕ
В предлагаемом варианте демонстрации опыта по дифракции от
двух одинаковых и параллельных щелей создаются условия для
полного перекрывания дифрагирующих пучков на близко располо-
женном экране при использовании сравнительно широких и уда-
ленных одна от другой щелей.
Проигрывая в простоте по сравнению с тем случаем, когда ис-
пользуются две узкие и близко расположенные щели, предлагаемое
расположение имеет ряд преимуществ.
1) При достаточном расстоянии между щелями имеется возмож-
ность прикрыть в ходе демонстрации часть одной из щелей, напри-
123
Рис» 149
мер половину ее, непрозрачным экраном. Такая операция позво-
ляет в четком виде выявить интерференционный эффект. Действи-
тельно, одна половина картины, видимой на экране, будет пред-
ставлять собой невозмущенное дифракционное изображение от од-
ной щели, с характерным для этого случая распределением осве-
щенности. А рядом вторая половина картины, контрастирующая
с первой, представляет собой систему интерференционных полос,
возникающих в области дифракционного изображения от одной ще-
ли в результате перекрывания пучков, дифрагирующих от двух
щелей.
2) При достаточной ширине щелей в и соответствующем рас-
стоянии между их средними линиями с нетрудно осуществить раз-
движное устройство, позволяющее регулировать параметры вис
(рис. 149, б). Используя прибор такого рода, можно в четком виде
выявить влияние величины в на ширину дифракционного изобра-
жения и величины с на ширину интерференционных полос и их чис-
ло.
Однако если речь идет о классной демонстрации, то не следует
забывать о главном, а именно о том, что при достаточно крупных
размерах картины она должна иметь такую освещенность, чтобы
при хорошем затемнении быть отчетливо различимой с расстояний
в 5—10 м от экрана.
Все эти обстоятельства учтены в предлагаемом расположении,
схема которого изображена на рисунке 149, а. Пучок света от’ос-
вещенной источником простой раздвижной щели А попадает на
регулируемую двойную щель В. Последняя может иметь достаточ-
но большие значения вис, поскольку сферическая линза Li обу-
словливает полное перекрывание дифрагирующих на щелях пуч-
ков в плоскости А'А', сопряженной с плоскостью АА. Первичная
дифракционная картина, возникающая в плоскости Л'А', отобра-
жается при помощи короткофокусной цилиндрической линзы L2 на
экран наблюдения D, расположенный в плоскости А" А", сопря-
женной с плоскостью А'А'. Использование цилиндрической линзы
позволяет существенно увеличить светосильность изображения.
124
При проведении опытов применялась регулируемая двойная
щель В, достаточно простая в конструктивном отношении. Для
ее изготовления была использована обычная раздвижная щель от
скамьи ФОС, аналогичная щели А, которая переделывалась так:
при разведенных лезвиях в средней части щели вдоль линии сим-
метрии закреплялся кусок ровной проволоки длиной около 10 см
и диаметром 0,5 мм. Закрепление предусматривало возможность
незначительного смещения и наклонения проволоки для того, что-
бы можно было добиться совпадения оси проволоки со средней
линией раздвижной щели. При этом между краями лезвий и поверх-
ностью проволоки должны возникать два одинаковых зазора постоян-
ной ширины. Теперь, вращая регулятор щели и изменяя степень
разведения лезвий, можно плавно и в широком диапазоне изменять
параметр Ь. Вместе с этим плавно изменяется и параметр с, однако
диапазон его изменений при указанной конструкции прибора не-
велик. Регулируемая двойная щель такого рода позволяет полу-
чить вполне удовлетворительные результаты при проведении опытов.
Другим важным прибором, который необходим для демонстра-
ции, является короткофокусная цилиндрическая линза £а. Имею-
щиеся в некоторых наборах по оптике цилиндрические линзы не-
пригодны в данном случае, поскольку они обладают недостаточной
оптической силой при неудовлетворительных оптических свойст-
вах. В наших опытах использовалась простая цилиндрическая стек-
лянная трубка с внешним диаметром 8 мм, наполненная дистилли-
рованной водой. Чтобы получить более сильную линзу, следует
использовать оптически более плотную жидкость, например гли-
церин, и трубку меньшего диаметра. Однако в этом нет необходи-
мости.
Кроме двух самодельных приборов, описанных выше, для про-
ведения опытов необходимо иметь сферическую линзу Li (напри1
мер, линзу из школьного набора F — 40 см), осветитель, простую
раздвижную щель, вспомогательную сферическую линзу и экран.
На рисунке 149, а показана схема расположения приборов в
опыте и указаны ориентировочные расстояния между ними. На ри-
сунке 149, б изображена (в сечении) регулируемая двойная щель.
При выполнении опытов осветитель с кинопроекционной лампой
мощностью 300 впг (ПО в) располагается на одном краю скамьи
ФОС. Собранный конденсором пучок света от лампы направляется
на раздвижную щель от этой скамьи—щель А, закрепленную в пол-
зунке на противоположном краю основной части скамьи. Для умень-
шения рассеяния света область между конденсором и оправой
щели А покрывается свернутым в трубку и перехваченным нитью
листом черной бумаги, в котором проделан вырез для регулятора
щели А. Регулируемая двойная щель В закрепляется в лапке шта-
тива.
Обе щели А и В ориентированы горизонтально и параллельно
друг другу, а плоскости их креплений—перпендикулярно оси
125
SO. Сферическая линза Lt, закрепленная в соответствующей опра-
ве, устанавливается в треножной подставке на такой высоте, что-
бы пучок света от двойной щели В освещал ее среднюю часть. Глав-
ная оптическая ось линзы Li должна совпадать с SO. Правильная
установка линзы Lt играет важную роль для получения картины
хорошего качества. Цилиндрическая трубка (линза £2) распола-
гается так, чтобы горизонтальная ось ее оказалась перпендикуляр-
ной оси SO. Высота трубки подбирается с таким расчетом, чтобы го-
ризонтальное (дифракционное) изображение источника, видимое
напросвет, совпадало с ее осью.
При правильном расположении приборов на экране D, установ-
ленном в положении А” А", должна наблюдаться контрастная
интерференционная картина, освещенность которой, а также шири-
на полос и число их в центральной области зависят от соотношения
62 и bi. Если картина оказывается недостаточно четкой, следует
чуть-чуть повернуть трубку £2 в вертикальной плоскости. При
смещении картины по высоте необходимо соответственно несколько
изменить .высоту трубки. Бывает, что четкие интерференционные
полосы располагаются наклонно. Для выправления этого недостат-
ка надо слегка изменить положение щелей А и В, а также лин-
зы Li.
Приборы целесообразно регулировать при значительном раз-
движении щели В. Если, например, bi = 0,5 мм, то расстояние
между лезвиями Ь2 можно сделать равным примерно 1,5 мм (с = 26).
В этом случае в области главного дифракционного изображения рас-
полагается три интерференционные полосы: центральная, неокра-
шенная, к которой прилегает по одному спектру с каждой сторо-
ны. Если центральная полоса оказывается частично окрашенной,
то необходимо несколько изменить положение линзы Lt.
Не следует забывать, что в опыте используется двойная щель
с достаточно большой величиной с. Поэтому картина хорошего
качества может быть получена лишь при соответствующем умень-
шении ширины щели А (условие когерентности). Поэтому регули-
ровка последней имеет большое значение.
Все операции, необходимые для получения картины хорошего
качества при наличии практики, не требуют много времени.
С целью одновременной демонстрации картины от одной и двух
щелей часть одной из щелей В прикрывалась при помощи неболь-
шой стальной линейки N, которая закреплялась в лапке штатива
на расстоянии d-i 8 см так, чтобы короткий край ее находился
на высоте оси проволоки.
Для получения на экране D изображения самой двойной щели
В можно использовать короткофокусную линзу L, подобрав зара-
нее нужное ее положение и вводя ее, когда это необходимо, в
пучок света, идущий от двойной щели.
Размеры и структура дифракционной картины на экране D,
как уже указывалось, зависят от характеризующих двойную щель
126
величин вис. Вращая регулятор щели В, можно плавно изменять
расстояние между лезвиями Ь2, а следовательно, и параметры вис,
что и обусловливает соответствующие изменения вида картины на
экране.
Фотографии участков дифракционных картин изображены на
рисунке 150. Фотографирование производилось наиболее простым
способом. С этой целью экран D убирался и вместо него ставилась
Рис. 150
кассета размером 9 X 12 см или 6 х 9 см, заряженная изопанхро-
матической пленкой (90 ед. ГОСТ). При экспонировании картина
проектировалась непосредственно на пленку. Расстояние между
приборами при съемке указаны на рисунке 149, а.
При работе без светофильтра выдержки составляли соответст-
венно 2 и 5 сек. Использование светофильтра (красное стекло из
школьного набора светофильтров) позволяет получить более чет-
кие фотографии. Красное стекло располагается в этом случае вслед
за цилиндрической линзой L, а выдержки составляют соответст-
венно 20 и 40 сек. На рисунке 150 слева изображена картина, воз-
никающая в том случае, когда т = — ^2 (6->^ 1,5 мм,
Ь
0,5 мм, с 1 мм), а на рисунке 150 справа для т 3 (62~
1 мм, b 0,25 мм, с 0,75 мм).
Для демонстрации в классе пользоваться светофильтром неце-
лесообразно, поскольку при этом заметно уменьшается освещен-
ность и тем более видимость картин на экране.
При удалении экрана D размеры картины быстро возрастают
(практически пропорционально расстоянию d4), а освещенность
ее уменьшается. Поэтому выбирать наилучшее положение экрана
нужно исходя из этих обстоятельств.
С целью увеличения продольных размеров картины, если в этом
127
есть необходимость, следует уменьшить расстояние d2 и соответст-
венно увеличить расстояние d3.
Для демонстрации опытов в достаточно большой аудитории це-
лесообразно отбросить картину на просвечивающий экран, обра-
щенный к аудитории. С этой целью между линзой L2 и плоскостью
А"А" устанавливается плоское зеркало, расположенное в верти-
кальной плоскости, составляющей с плоскостью А"А" двугранный
угол, близкий к 45®, а просвечивающий экран D — в плоскости
А "'А'", равноудаленной с плоскостью А”А” от зеркальной по-
верхности (на рис, 149 положение плоскости А'" А"' изображено
неточно).
В. В. Анисков и В. С. Попов
(г. Борисоглебск)
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК
При отсутствии готовых дифракционных решеток можно изго-
товить их, пользуясь простыми средствами. В качестве дифрак-
ционной решетки можно применить некоторые ткани, изготовлен-
ные из тонких нитей (шелк, капрон и т. п.). Для демонстрации опы-
та необходимо иметь проекционный фонарь, щелевую диафрагму и
лоскут ткани. Предварительно необходимо получить резкое изоб-
ражение узкой вертикальной щели на экране. Ткань укрепляется
на небольшой рамке таким образом, чтобы поперечные и продоль-
ные нити ткани были по возможности прямолинейны. Ткань поме-
щают на пути лучей света таким образом, чтобы вертикальная щель
была параллельна поперечным или продольным нитям ткани. При
некотором положении рамки с тканью между источником света и
экраном на экране получаются окрашенные интерференционные
полосы.
Если предварительно осторожно удалить из ткани горизонталь-
но расположенные нити, на экране получается более яркая
картина.
Дифракционную решетку можно изготовить также из тонкой
проволоки. Для этого на рамку размером примерно 60 X 30 мм,
изготовленную из фанеры, картона или жести, наматывают прово-
локу диаметром 0,08—0,09 мм так, чтобы нитки проволоки лежали
вплотную друг к другу. После этого необходимо оклеить рамку
узкой полоской бумаги, чтобы не раздвигались нитки проволоки,
и второй слой проволоки аккуратно срезать. В такой дифракцион-
ной решетке можно легко подсчитать число щелей на 1 см.
Следует помнить, что густота щелей описанных дифракцион-
ных решеток невелика, поэтому экран нужно установить на рас-
стоянии 4—5 м от источника света, чтобы спектр оказался доста-
точно растянутым.
128
Хотя описанный решетки по своему качеству несколько усту-
пают решеткам, изготовленным фотографическим путем (см. «Фи-
зика в школе», 1954, № 2), их преимущество состоит в простоте
изготовления.
Кроме того, решетки, изготовленные из тканей и проволоки,
выигрывают в наглядности: щели в них непосредственно видны,
и они являются действительно щелями в самом прямом смысле, а
не кусочками прозрачной среды, как это имеет место во всех других
решетках.
А. М. Еркин
(г. Барнаул)
ДЕМОНСТРАЦИЯ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА С ПОМОЩЬЮ
ТИРАТРОНА МТХ-90
Безнакальный тиратрон МТХ-90 представляет собой светочув-
ствительный элемент1. Это объясняется тем, что катод у него пок-
рыт слоем цезия, имеющего очень малую работу выхода электронов.
Светочувствительность тиратрона МТХ-90 можно иллюстри-
ровать графиками (рис. 151), построенными при различных значе-
ниях напряжения между катодом и анодом. На оси абсцисс отло-
жены значения светового потока, падающего на торец колбы ти-
ратрона, а на оси ординат — ток несамостоятельного разряда.
Звездочками помечены моменты зажигания тлеющего разряда.
.1 «Физика в школе», 1962, № 2, Фоторелаксатор.
5 Заказ 322
12»
В области несамостоятельного разряда наблюдается некоторое
усиление фототоков. Это усиление происходит за счет газового
наполнения тиратрона. Электроны, выбитые из катода квантами
света, на своем пути к аноду разгоняются электрическим полем и,
сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, образуют лавину
вторичных электронов. В результате фототок усиливается в десят-
ки раз.
При зажигании тлеющего разряда в тиратроне ток скачком воз-
растает еще больше и может достичь очень большой величины, за-
висящей от сопротивления в цепи. При длительном горении-этот
ток допускается до 20 ма, а в очень коротком
импульсе можно допустить ток в несколько
ампер.
Облучая катод тиратрона МТХ-90 све-
товым потоком, можно возбудить в разряд-
ном промежутке значительный ток и этим
продемонстрировать явление внешнего фото-
эффекта. Этот ток можно измерить школь-
ным демонстрационным гальванометром.
Принципиальная схема для демонстрации
фотоэффекта приведена на рисунке 152, где
/?==5—Ю ком. Цепь питается переменным то-
ком через автотрансформатор или потенцио-
метр.
Следует заметить, что в данной демонстрации используется и
второе свойство тиратрона МТХ-90 — свойство выпрямлять пере-
менный ток. Это свойство объясняется тем, что,во-первых, коэффи-
циент вторичной эмиссии активированного катода значительно вы-
ше коэффициента вторичной эмиссии неактивированного анода, во-
вторых, поверхность катода на много больше поверхности анода.
Так как ток при положительном анодном напряжении значитель-
но больше тока при отрицательном анодном напряжении, то про-
исходит процесс выпрямления переменного тока. Заметим также,
что напряжение зажигания тлеющего разряда в МТХ-90 при поло-
жительном анодном напряжении на 20-50 в больше напряжения за-
жигания при противоположной полярности питания.
Демонстрация фотоэффекта проводится в следующем порядке.
На тиратрон подаем напряжение, амплитудное значение которого
близко к напряжению зажигания разряда при положительном анод-
ном напряжении. При втором полупериоде переменного тока, со-
ответствующем обратному подключению, разряд зажигается и
вблизи центрального электрода (анода), выполняющего при этом
полупериоде функции катода, наблюдается слабое свечение газа.
Проводимость лампы в этом случае очень мала, и отклонения стрел-
ки демонстрационного гальванометра едва заметны.
Затем направляем через торец колбы тиратрона на катод значи-
тельный световой поток, зажигаем разряд при положительном анод-
130
ном напряжении и наблюдаем отклонение стрелки гальванометра
на всю шкалу. Затемняя тиратрон, наблюдаем прекращение этого
тока. Повторяя эти операции несколько раз, убеждаем учащихся
в наличии явления фотоэффекта.
Демонстрация проводится в полузатемненном помещении. В ка-
честве источника света можно использовать зажженную спичку,
подносимую близко к тиратрону.
Если в цепь тиратрона включить слаботочное электромагнитное
реле (например, РП-7) параллельное конденсатором (4 мкф), то
можно продемонстрировать принцип работы ионного фотореле.
В этом фотореле безнакальная газоразрядная лампа одновременно
выполняет функции светочувствительного элемента, усилителя,
выпрямителя и светового индикатора.
Л. И. Анциферов
(г. Москва)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА
Постоянную Планка на занятиях практикума в средней школе
можно определить двумя способами. В основу первого из них поло-
жено явление фотоэффекта.
Если цепь собрать по схеме рисунка 153, то перемещением кон-
такта потенциометра можно добиться такого обратного напряже-
ния на фотоэлементе, при котором
7 7 mv2
eU-^,
тогда
Для различных фильтров:
h\ — Р eU р
= Р 4“ &2*
Решая эту систему уравнений, получим:
h = e(U^U2)^
^1 — >2
Но v = —, следовательно,
к
А = ± xi \
С kg kj
Величины е и с в этой формуле по-
стоянные, следовательно, эксперимент
тально надо определить разность по-
тенциалов и длины волн.
5*
131
Для подготовки работы практикума необходимо изготовить па-
нель и бумажный чехол для фотоэлемента СЦВ-4, потенциометр
на 5—10 ком, и усилитель к школьному авометру.
Чехол склеивается в виде цилиндрического стакана, диаметр
его равен диаметру баллона фотоэлемента. Он служит для ограниче-
ния доступа рассеянного света к фотоэлементу.
Радиотехнический потенциометр укрепляется на основании раз-
мером 80 X 60 мм, изготовленном из толстой фанеры. На этом же
основании монтируются три зажима, к которым припаиваются
выводы потенциометра.
Усилитель собирается в плексигласовом корпусе размером
50 X 40 X 20 мм. Провода выхода усилителя припаиваются к
штырькам, расположенным друг от друга на расстоянии, равном
расстоянию между гнездами «100» и «общ» авометра. (Эти гнезда
служат для измерения сопротивлений.)
Усилитель, собранный на полупроводниковых триодах (рис.
154), дает возможность использовать источник тока и гальванометр
авометра. Штырьки на выходе усилителя вставляются в гнезда
«общ» и «100» омметра. При подключении усилителя к авометру
стрелка прибора уходит за шкалу. Ручкой «нуль омметра» уста-
навливают стрелку на нулевое деление шкалы омметра.
Подключив вход усилителя к фотоэлементу, на который падает
дневной свет от окна, можно наблюдать перемещение стрелки влево
более чем на половину шкалы. Перекрывая ладонью или экраном
световой поток, можно наблюдать возвращение стрелки на нуле-
вую отметку.
Для выполнения работы необходимы также вольтметр на 1—2 в
с ценой деления 0,01 в, аккумулятор, фиолетовый и оранжевый
фильтры из школьного набора по оптике.
Установку собирают по схеме, показанной на рисунке 153.
Можно пользоваться рассеянным светом от окна или использовать
обычную осветительную лампу. Поместив перед фотоэлементом
оранжевый фильтр, медленно перемещают ползунок потенциометра,
пока стрелка гальванометра не установится на нуле. Если галь-
ванический элемент авометра устарел, то стрелку можно установить
на любом делении в середине шкалы. Для более точного установ-
ления момента запирания фотоэлемента время от времени перекры-
132
вают доступ света к фотоэлементу рукой или экраном и при этом
перемещают ползунок потенциометра в сторону уменьшения напря-
жения. Таким образом устанавливают момент наименьшего напря-
жения, при котором стрелка гальванометра не перемещается при
перекрывании света, и записывают значение напряжения запира-
ния. Опыт проводят три-четыре раза. Находят среднее значение на-
пряжения.
Аналогично определяют среднее значение напряжения для вто-
рого фильтра. Постоянныееис берут из таблиц. Значения наимень-
ших граничных длин световых волн, пропускаемых фильтрами, оп-
ределяются заранее учителем с помощью градуированного
школьного спектроскопа и даются в руководствах к работе (для
фиолетового фильтра X = 0,41 мк, для оранжевого X = 0, 47 мк).
АСТРОНОМИЯ
£. Я. Гмйбман
(г. Бельцы)
САМОДЕЛЬНЫЙ ТОЧЕЧНЫЙ ПЛАНЕТАРИЙ
Основа прибора — картонный цилиндр, на поверхности кото-
рого проделаны мелкие отверстия в соответствии с расположением
звезд на небе (рис. 155). В середине высоты внутри цилиндра уста-
новлена электрическая лампа с точечной нитью. Лучи от точечной
лампы, проходя через отверстия на поверхности цилиндра, создают
на куполе-экране изображения звезд.
Использование цилиндра вместо шара, применяемого обычно
в точечном планетарии, значительно упрощает изготовление при-
бора, так как нанесение звезд и прокалывание соответствующих
отверстий производится на плоской развертке цилиндра. Для на-
несения звезд необходимо спроецировать на поверхность цилинд-
ра сферическую координатную сетку.
Представим себе цилиндр, описанный около шара, на поверх-
ности которого нанесена экваториальная координатная сетка. Рас-
положим цилиндр так, чтобы полюсы мира Р и Р' оказались в
центрах его оснований. Принцип отображения координатной сет-
ки ясен из рисунка 156, на котором изображено сечение небесной
сферы и описанного около нее цилиндра плоскостью одного из
кругов склонений РКР'К'. Каждый круг склонения отобразится
в виде квадрата (квадрат ABCD— образ круга склонения РКР’К').
Суточные параллели проецируются отчасти на боковую поверх-
ность цилиндра, отчасти на его основания. При этом на боковой
поверхности получаются окружности, параллельные основанию, а
на основаниях получаются концентрические окружности с центра-
ми в точках Р и Р'.
Например, суточной параллели звезды М соответствует окруж-
ность, проходящая через точку R, а суточной параллели звезды
N — окружность, проходящая через точку S.
Для нанесения этих окружностей на развертку цилиндра нужно
знать расстояния RR и SP. Как видно из рисунка, RR — г tg д,
где г— радиус цилиндра. Если же суточная параллель со склоне-
нием о' проектируется на основание цилиндра, то PS = г ctg 6'.
Для нанесения звезд достаточно взять суточные параллели через
J34
каждые 5°, а круги склонения через каждый час. На боковую по-
верхность цилиндра отобразятся суточные параллели, для кото-
рых — 45° < 6 < 45°.
На развертке боковой поверхности координатная сетка полу-
чится прямоугольная, на основаниях цилиндра она будет состоять
из радиусов и концентрических окружностей.
Для нанесения звезд можно воспользоваться звездными картами
из «Справочника любителя астрономии» П. Г. Куликовского. На
этих картах необходимо начертить координатную сетку той же гу-
стоты, что и на развертке цилиндра.
Для школьных целей достаточно ограничиться звездами до чет-
вертой величины включительно. Нанося звезды, отмечаем их че-
тырьмя различными условными знаками (звезды ярче первой вели-
чины, первой-второй величины, второй-третьей величины и четвер-
той величины). Для указанных категорий звезд рекомендуем делать
отверстия иголками следующих размеров: 0,9 мм; 0,5 мм; 0,3 мм;
0,2 мм.
Следует учесть, что начерченная нами развертка представляет
внутреннюю поверхность цилиндра. Цилиндр лучше всего изгото-
вить из прессшпана. Диаметр цилиндра 216 мм. Отверстия следует
прокалывать с внутренней стороны и зачищать с обратной стороны
острым лезвием, затем прочищать той же иглой. На боковой поверх-
ности по мере удаления от экватора иглу следует наклонять с та-
ким расчетом, чтобы направление прокола примерно совпадало с
направлением луча. Помимо этого, по мере удаления от экватора
отверстия следует несколько увеличивать. То же самое надо де-
лать при прокалывании отверстий в основаниях цилиндра по мере
удаления от центра к краю.
В точках эклиптики, соответствующих прямому восхождению
0ч, 1ч...23ч, прокалываем отверстия диаметром примерно 4 мм.
135
Получаются двадцать четыре изображения Солнца. С внешней
стороны эти отверстия прикрываются картонными задвижками,
скользящими между двумя проволочками, продетыми в картон.
Рядом с задвижкой записывается дата, соответствующая данному
положению Солнца на эклиптике. Таким образом мы будем иметь
возможность получать изображение Солнца не на каждый день,
а через каждые 15—16 дней, что для демонстрации вполне доста-
точно.
На той части задвижки, которая прикрывает отверстие «Солн-
ца», делаем черточку, состоящую из трех малых, рядом располо-
женных отверстий. При проецировании на куполе выделится эк-
липтика в виде ряда черточек, что
очень важно для изучения зодиа-
кальных созвездий.
Полезно также выделить эква-
тор в виде черточек, расположив
их через каждые 15®
Изготовив «северное» основание
и боковую поверхность, склеи-
ваем их. При склеивании краев
боковой поверхности и основания
к боковой поверхности некоторые «звезды» прикроются. Для предо-
твращения этого необходимо предусмотреть в соответствующих
местах отверстия больших размеров, которые, накладываясь при
склеивании на проколы «звезд», обеспечат прохождение лучей.
Изготовленный таким образом «колпак» необходимо дополнить
«южным» основанием. Для этой цели изготовляется цилиндр из
жести без верхнегодна высотой 3 см\ диаметр цилиндра чуть меньше
216 мм, с тем чтобы «колпак» на него надевался с легким трением.
В середине дна жестяного цилиндра а делается отверстие диаметром
25 мм (рис. 157). Цилиндр а припаивается к торцу короткой желез-
ной трубки b (высота 10 мм, внутренний диаметр 25 мм, внешний
35 мм). В трубку b вставляется трубка с (желательно латунная) вы-
сотой 60 мм, которая удерживается винтиком d.
Южное картонное дно приклеивается к основанию жестяного
цилиндра. Ясно, что в картоне нужно будет проделать отверстие
диаметром 35 мм. Таким образом, мы лишаемся возможности прое-
цировать небольшой участок околополярной области южного неба,
однако этот участок не очень велик.
Прежде чем приклеить южное картонное дно, необходимо отме-
тить на жести положение звезд и в соответствующих местах прос-
верлить отверстия. Последние делаются большими (3—4 мм)\ та-
кие же отверстия следует просверлить и в боковой поверхности
цилиндра а в соответствии с расположением звезд, попадающих на
этот участок.
Далее необходимо выточить из стали валик (рис. 158), на кото-
136
ром будет вращаться изготовленный цилиндр для осуществления
суточного вращения.
Диаметр валика должен быть подобран по внутреннему диамет-
ру латунной трубки с с тем, чтобы последняя легко надевалась на
него и легко на нем вращалась. В утолщенной части валика пропи-
ливается вдоль диаметра прорезь шириной 10 мм. В нее вставляет-
ся сектор из 10 мм фанеры, как указано на рисунке 159.
Валик прикрепляем к фанере при помощи двух винтов, для
чего в утолщенной его части просверливаем два отверстия перпен-
дикулярно к прорези. Вдоль оси валика просверливаем сквозное
отверстие диаметром примерно 3 мм, через которое пропускаем два
изолированных провода. Концы проводов подводятся к двум клем-
мам 1 и 2, которые крепятся к фанерному сектору, как указано на
рисунке 159.
Фанерный сектор будет скользить между двумя вертикальными
фанерными стойками, изображенными на рисунке 160.
Обе стойки имеют одинаковую форму, отличаясь лишь тем, что
в одной из них проделана прорезь в виде дуги окружности. Меж-
ду стойками установлена фанерная прокладка (на рисунке 160 за-
лита черной краской). Стойки и фанерная прокладка делаются из
10-миллиметровой фанеры. Скрепляясь вместе, они образуют паз, по
которому скользит фанерный сектор, на котором есть винт 3, про-
пущенный в дуговую прорезь. Гайка с барашком обеспечи-
вают прижатие фанерного сектора к стойке.
Дуговая прорезь размещается так, чтобы в крайних положениях
сектора ось валика располагалась горизонтально и вертикально.
Стойка крепится к горизонтальному деревянному основанию.
Описанное несложное устройство прочно удерживает сектор
в любом положении. При этом можно демонстрировать вид неба для
любой широты от экватора до северного полюса. Недостатком являет-
ся то, что это устройство не дает возможности показывать вид неба
для южных широт.
137
Рис. 161
Для планетария нужна точечная лампа (лампа с малым телом
накала).
Для лампы изготовляется деревянный цилиндрический патрон.
Лампа должна настолько заходить в патрон, чтобы ее нить оказа-
лась на уровне верхнего основания. Ток в лампу подается по двум
стальным проводам (рис. 161). На этих же проводах патрон удер-
живается на двух узких металлических стойках тип, которые при-
винчиваются к торцу валика. Стойка п имеет промежуток р из изо-
ляционного материала. Один из питающих проводов присоединя-
ется непосредственно к винту стойки т, а второй к металлическому
участку t второй стойки.
При таком устройстве патрон будет устанав-
ливаться вертикально при любом положении оси
цилиндра; при этом лучи от нити лампы
не будут иметь возможности проходить ни-
же горизонта, так что звезды будут проеци-
роваться только на купол.
Высота стоек подбирается так, чтобы нить
лампы оказалась в середине оси цилиндра.
Суточное вращение осуществляется простым
вращением латунной трубки от руки.
Источник тока присоединяется к клеммам
прибора при помощи гибкого провода с запа-
сом длины, обеспечивающим перемещение сек-
тора до крайних положений.
На вертикальной фанерной стойке рядом с
прорезью наклеивается градусная шкала (0°—
90°), служащая для установки оси по нужной
широте.
Хорошо выделить на этой шкале цветной тушью широты поляр-
ного круга и тропика. Размеры купола определяются имеющимся
в распоряжении помещением. При диаметре купола 3 — 4 м можно
разместить под ним 25—40 учащихся. Горизонт купола должен
находиться на высоте 130 см от пола.
Прибор устанавливается на столе так, чтобы нить лампы оказа-
лась в центре купола. Рядом с прибором ставят лампу мощностью
25 вт, включаемую при помощи реостата.
Демонстрацию готовим так: устанавливаем наклон оси мира на
желаемую широту и открываем отверстие «Солнце» в соответствии
с самой близкой ко дню демонстрации датой.
Демонстрируя заход «Солнца», постепенно выключаем лампу.
Необходимо также изготовить указку, при помощи которой
можно было бы отбрасывать на купол изображение стрелки. Жела-
тельно, чтобы изображение стрелки было цветным, например зе- -
леным. Указку легко изготовить по принципу проекционного
фонаря, используя объектив малого фильмоскопу.
13»
Р. №. Баренбойм
(г. Одесса)
САМОДЕЛЬНЫЙ ЧЕРНЫЙ ГЛОБУС
Черный глобус — чрезвычайно ценное наглядное пособие при
изучении основ астрономии в школе. Его можно изготовить из гео-
графического глобуса достаточно больших размеров. Если же та-
кого глобуса в школе нет, то его можно сделать из папье-маше на
занятиях астрономического кружка.
Из прямоугольного листа фанеры вырезать полукруг, а остав-
шуюся часть прикрепить к столу при помощи петель (рис. 162).
Это так называемый перекидной шаблон.
Далее, проворачивая фа-
неру то в одну, то в другую
сторону до отказа, подклады-
вать в отверстие влажную
глину до тех пор, пока глина
не примет форму правильного
полушария.
Глину нужно покрыть
сплошным слоем мелко наре-
занных кусочков газетной или
оберточной бумаги. Первый
Рис. 162
слой бумаги будет держаться
на влажной глине без клея, следующие четыре-пять слоев при-
клеить мучным клейстером. Для того чтобы покрытие было равно-
мерным, нужно пользоваться двумя сортами бумаги — оберточной
и газетной, или оберточной бумагой двух сортов и чередовать слои:
например, если первый слой из газетной бумаги, то второй дол-
жен быть из оберточной, третий опять из газетной и т. д.
Снимать полушарие с формы можно только тогда, когда клейстер
окончательно просохнет.
Изготовленные таким образом два полушария сшить тонкой про-
волокой и шов заклеить бумагой. Глобус нужно окрасить тушью
или покрыть чёрным лаком. Никаких линий и точек или изображе-
ний созвездий на глобус наносить не следует.
Готовый глобус поместить внутрь подвижной армиллярной сфе-
ры (рис. 163). Кольцо NWS изображает математический горизонт,
P’SPN — небесный меридиан. Кольцо меридиана может свободно
поворачиваться в пазах кольца NWS и упора К. Черный глобус
подобен классной доске в том смысле, что и на нем всегда можно
начертить именно те линии, которые нужны для решения данной
задачи.
В качестве примера приведем одну из многочисленных задач,
решаемых при помощи черного глобуса: описать характер суточного
пути Солнца на разных широтах.
139
Рис. 163
В дни равноденствий Солнце пересекает небесный экватор. Су-
точный путь Солнца в эти дни с большой степенью точности можно
представить на глобусе как большой круг в плоскости небесного
экватора. В день летнего солнцестояния склонение Солнца 6 =
+23 1/2°, и, следовательно, суточный путь его будет соответствовать
малому кругу со склонением +23 1/2°. В день зимнего солнцестоя-
ния суточный путь Солнца соответствует малому кругу со склоне-
нием 8 = 23 1/2°.
Начертим на глобусе большой круг в плоскости экватора. Для
этого поворачиваем кольцо небесного меридиана так, чтобы нуль
на шкале меридиана был против точки N на кольце горизонта, тогда
плоскость небесного экватора совпадет с плоскостью математиче-
ского горизонта. Теперь достаточно прикоснуться мелком к гло-
бусу в какой-либо точке против кольца горизонта и, продолжая
держать мел неподвижно, провернуть глобус вокруг оси на 360°.
Проводим параллель 8 = 23 1/2°. Для этого, не перемещая оси
глобуса относительно горизонта, прикасаемся мелом к глобусу в
точке, находящейся против деления +23 1/2° на кольце меридиана,
140
и проворачиваем глобус вокруг оси на 360°, держа мел неподвиж-
но. Аналогично проводим параллель 8 = —23 1/2°.
Полученные три круга изображают суточные пути Солнца в дни
равноденствий и солнцестояний. Не нужно забывать, что эти пути
Солнца — результат видимого вращения небесной сферы, а не пути
его на небесной сфере.
Разделим каждый из этих кругов на двадцать четыре части. На
большой круг деления наносим в соответствии со шкалой кольца
горизонта через каждые 15°. Для того чтобы разделить малые кру-
ги, поворачиваем глобус вокруг оси и, когда деление большого
круга придется против кольца небесного меридиана, наносим деле-
ния на малые круги в точках, также приходящихся против кольца
меридиана. Так наносятся все деления.
Теперь можно решить задачу.
1. Изучить суточные пути Солнца для средних широт в дни рав-
ноденствий и солнцестояний (0° < <р < 90°).
Устанавливаем глобус «по широте», т. е. поворачиваем его так,
чтобы дуга NP равнялась ср (рис. 163, а). Суточные пути Солнца
наклонны к горизонту. В дни равноденствий Солнце находится над
горизонтом 12 ч (двенадцать делений большого круга над кольцом
горизонта), в день летнего солнцестояния больше 12 ч, в день зим-
него солнцестояния меньше 12 ч (сосчитать деления малых кругов
над кольцом горизонта).
В дни равноденствий Солнце восходит в точке востока, заходит
в точке запада, в день зимнего солнцестояния — восходит в юго-во-
сточной части горизонта, заходит в юго-западной, в день летнего
солнцестояния Солнце восходит в северо-восточной части горизон-
та, заходит в северо-западной.
Для данной широты можно определить азимуты точек восхода и
захода по шкале кольца горизонта и высоту в кульминации по шка-
ле кольца меридиана.
2. Изучить суточные пути Солнца для наблюдателя на экваторе
Земли, ф 3 0°.
Поворачиваем глобус так, чтобы точка Р на кольце меридиана
была против точки N на кольце горизонта (дуга ср = 0°) (рис. 163, 6).
В дни равноденствий и в дни солнцестояний Солнце 12 ч в сут-
ки находится над горизонтом (день равен ночи). Суточные пути
Солнца перпендикулярны к горизонту. В дни равноденствий Солнце
кульминирует в зените. Солнце в верхней кульминации не бывает
ниже 66 1/2° над горизонтом.
3. Изучить суточные пути Солнца для наблюдателя на полюсе,
<р = 90°.
Поворачиваем кольцо меридиана так, чтобы дуга PN равнялась
90° (рис. 163, в).
В дни равноденствий Солнце находится на горизонте, в день
летнего солнцестояния находится над горизонтом и не заходит,
141
в день зимнего солнцестояния Солнце не восходит. Полгода длится
на полюсе день, полгода — ночь. Солнце никогда не поднимается
выше 23 1/2° над горизонтом.
С помощью черного глобуса можно изучить суточный путь Солн-
ца не только в дни равноденствий и солнцестояний. Пусть, напри-
мер, мы хотим изучить путь Солнца 15 апреля. Для решения этой
задачи нужно начертить на глобусе эклиптику. Для этого повора-
чиваем кольцо меридиана так, чтобы дуга SP была равна 66 1/2°
и чертим на глобусе круг, совпадающий с горизонтом.
Обозначаем точку весеннего равноденствия у. При таком поло-
жении глобуса это будет точка пересечения эклиптики с экватором,
совпадающая с точкой е ( восток) на горизонте. Так как Солнце
перемещается по эклиптике на 360° в течение года, т. е. приблизи-
тельно на Г в сутки, то с 21 мая по 15 апреля оно переместится на
24°. Отсчитываем от точки у 24° по направлению к северу по шкале
горизонта. Обозначаем точкой на эклиптике положение Солнца
15 апреля. Поворачиваем глобус так, чтобы небесный экватор сов-
пал с математическим горизонтом. Подведя точку у под кольцо
небесного меридиана, касаемся ее мелом и, держа мел неподвижно,
поворачиваем глобус на 360°. Получим параллель, которая и бу-
дет изображать суточный путь Солнца 15 апреля.
Теперь мы можем изучить суточное движение Солнца 15 апре-
ля на разных широтах, установив глобус «по широте» для
любых ф.
Черный глобус дает возможность не только наглядно излагать
самые трудные для учащихся вопросы, но и заменить лекцию бесе-
дой, в которой учащиеся сами эвристическим путем приходят ко
многим весьма важным результатам.
Например, занятие на тему «Линии и точки небесной сферы»
можно провести так. Учитель приносит географический и черный
глобусы. Учащиеся уже знают определение небесной сферы, знают,
что на небесной сфере возможны только угловые измерения и что
для осуществления этих измерений нужно на небесную сферу на-
нести линии и точки, подобные линиям и точкам на поверхности
земного шара.
G помощью учителя они дают точное математическое определе-
ние линий и точек земного шара и сами по аналогии дают определе-
ние линий и точек небесной сферы, чертят эти линии и точки на чер-
ном глобусе и записывают определения в свои тетради (страничка
тетради делится вертикальной чертой пополам, в одной половине
записываются определения линий и точек земного шара, в другой—
линий и точек небесной сферы).
G помощью черного глобуса можно решать многие задачи из
«Сборника задач и упражнений по астрономии» проф. Б. А. Ворон-
цова-Вельяминова, (изд. 2-е, 1958), например №№ 23—32, 37, 38,
43,73, 101—105, 107—118, 122—124, 126—128, 132, 134—137, 154
и др.
142
Л. Б. Палей
(г. Иваново)
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ СЕТКА К ЧЕРНОМУ ГЛОБУСУ
Предлагаемое пособие представляет собой сетку основных ли-
ний горизонтальной системы координат (горизонта, меридиана,
первого вертикала), изготовленную из толстой проволоки (рис.
164). Вся сетка крепится на оси глобуса следующим образом. Вме-
сто крепящей гайки-шарика на
верхний конец оси навинчивается
специальная втулка, изготовлен-
ная из меди или алюминия (рис.
165). В боковое отверстие втул-
ки продевается дуга меридиана.
Рис. 166
Рис. 165
Сетка закрепляется во втулке верхним крепежным винтом
(рис. 166).
С помощью такой сетки и черного глобуса можно демонстриро-
вать восход, кульминацию и заход светил, заходящие, незаходящие
и невосходящие светила, изменение горизонтальных координат
светил при суточном вращении небесной сферы, не говоря уже о
наглядной демонстрации горизонта, меридиана и первого вертикала.
ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ
Я. Д. Агапов
(г. Курск)
УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ОПЫТЫ
РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ
В методической литературе предлагается проводить демонстра-
цию равномерного движения с запаянной с двух сторон стеклянной
трубкой, заполненной какой-нибудь жидкостью, внутри которой
плавает грузик.
Этот опыт будет более убедительным, если его видоизменить
следующим образом. Взять стеклянную трубку длиной 1,5—2,0 м
и прикрепить ее к деревянной рейке, разграфлен-
ной на участки по 10 см. Рейка длиннее трубки на
10—15 см (рис. 167).
На верхнем конце рейки установить блок, че-
рез который перебросить нить к эбонитовой пробке
(со свинцовой вкладкой), которая и будет движу-
щимся телом. Чтобы повторить опыт, достаточно
натянуть нить, и пробка вернется из любого положе-
ния в первоначальное.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МГНОВЕННОЙ СКОРОСТИ
НА НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ
При наличии в физическом кабинете электри-
ческого секундомера метод определения величины
мгновенной скорости на наклонной
плоскости можно показать на уста-
новке, изображенной на рисунке 168.
Установка состоит из двух дере-
вянных плоскостей 1 и 2 размером
соответственно 16 X 100 см и 16x70 см.
Посередине каждой из них сделаны
сквозные пазы шириной 1 см. В плос-
кости 2 борты паза обиты белой жестью,
они служат направляющими для ша-
рика и одновременно токопроводя-
Рис. 1Ь7
щим участком.
144
Рис. 168
Для измерения мгновенной скорости плоскость 2 нужно подве-
сти своим началом к плоскости 1 в точке С и закрепить ее снизу
барашком у стержня.
Движение металлического шарика В по шинам плоскости 2
условно принимаем за движение равномерное (без трения). Вклю-
ченный шариком секундомер показывает время движения. Мгно-
венную скорость в искомой точке определяем по формуле: v — у.
Наклон обеих плоскостей можно регулировать штативом.
ДЕМОНСТРАЦИЯ ПАДЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА НА УЧАСТКЕ ЦЕПИ
Падение потенциала в цепи от электрофорной машины рекомен-
дуется проводить на катушечной нити, увлажненной руками или
натертой графитом карандаша, причем на такую нить, укрепленную
на металлических штативах, через эбонитовые палочки наклеивают
несколько узких папиросных полос.
Опыт будет эффективнее, если катушечную нить перед демонстра-
цией хорошо смочить крепким раствором сахара, а вместо папирос-
ных полос повесить станиолевые ленточки от плоского конденсатора.
Длина лент 60 см, ширина 4—5 см. Кроме этого, вместо металли-
ческих штативов лучше взять изолированные.
145
В. И. Дружинин
(г. Пенза)
ЛАМПЫ С «БЕГУЩИМ ЛУЧОМ»
Для украшения школьного зала на праздничный вечер можно с
членами физического кружка сделать очень простое устройство для
попеременного включения электрических ламп.
Для переключения тока используется электропроигрыватель
(рис. 169). Вместо граммофонной пластинки ставится фанерный
диск с отверстием 3. Хорошо подойдет диск для опытов по механи-
ке, имеющийся в продаже.
Рис. 170
На диске укрепляется металлическое сплошное кольцо 1 и три
пластины 2. На кольцо при помощи щетки подается напряжение.
Другие три щетки прикасаются к трем пластинам на диске. При
вращении диска щетки, скользя по пластинам, подают напряжение
на лампы.
Меняя расположение пластин на диске, можно изменять интер-
валы включения и выключения ламп. Изменяя скорость вращения
146
диска проигрывателя, можно изменять скорость переключения
ламп.
Щетки можно сделать из жести или тонкой латуни й закрепить
их на коротких деревянных брусках, а бруски закрепить на штати-
вах (рис. 170).
При трех пластинах можно переключать три группы ламп. Ес-
ли же сделать большее число пластин и щеток, то можно переклю-
чать большее число групп ламп. На рисунке 171 дана схема соеди-
нения приборов установки. При таком включении будут гореть
лампы только первой группы.
Пластины на диске соединяются с кольцом проводами, проходя-
щими под диском. На рисунках 169 и 171 провода изображены пунк-
тиром.
М. Е. Тульчинский
(а. Калуга)
ВОСЕМЬ ПОЛЕЗНЫХ СОВЕТОВ
Охлаждение воздуха при расширении. В трубку Ньютона впу-
стить двадцать капель спирта или эфира, а затем с помощью насоса
Комовского накачать воздух (сделать 50—60 оборотов колеса).
Кран закрыть, а трубку отсоединить от насоса. Если после этого
открыть кран и выпустить воздух, то в
трубке будет туман молочного цвета.
Видимость улучшится, если сделать бо-
ковую подсветку, а трубку поместить на
фоне черного экрана.
Зависимость скорости течения пото-
ка от сечения трубы. Чтобы показать
зависимость скорости течения потока от
сечения трубы, можно воспользоваться
выпускаемым Главучтехпромом «Прибо-
ром обтекаемости», добавив к нему две
полоски жести, изогнутые так, как по-
казано на рисунке 172. Полоски наде-
ваются на вертикальные стойки прибора
АВ и CD. При небольшой скорости пото-
ка, проходящего через сечение Sb хорошо видно увеличение скоро-
сти движения частиц, проходящих через сечение S2.
Демонстрация подъемной силы крыла самолета. В известный
прибор обтекаемости в поток жидкости помещают профиль крыла,
сделанный из резины или из дерева с набитыми для тяжести гвоз-
дями. При достаточной скорости течения жидкости наблюдается
смещение «вверх» профиля крыла. Меняя скорость движения ча-
стиц потока и угол атаки «крыла», можно показать различную ве-
147
личину подъемной силы по скорости перемещения «вверх» профиля
«крыла самолета».
Определение длины волны методом резонанса. Известен метод
определения длины волны звука в воздухе методом резонанса воз-
душного столба, описанный в школьных учебниках физики. Мы пред-
лагаем ставить эту лабораторную работу следующим образом. Пят-
надцать школьных мензурок или мерных стаканов (чем больше диа-
метр сосуда, тем лучше) высотой 20—30 см выставить в ряд и к ним
прикрепить закрепленную в штативе наклонную линейку (рис. 173).
Затем в мензурки налить разное количество воды так, чтобы уров-
ни равномерно снижались. Берем камертон «ля» (440 гц): приводим
в колебание и быстро проносим его над мензурками. В какой-то из
групп трех мензурок наблюдается усиление звука. Эту группу отби-
и между ними помещаем новые
две мензурки с водой так,
чтобы во всех мензурках уро-
вень воды равномерно сни-
жался от наибольшего до
наименьшего. Снова над мен-
раем, мензурки выстраиваем в ряд
зурками проносим звучащий
рис 174 камертон: вторично отбираем
и ‘ три мензурки, где звучание
сильнее всего. К ним добав-
ляем другие две мензурки с водой, при этом уровень воды в них
уже будет отличаться на 1—2 мм. Движением звучащего камер-
тона над отверстиями мензурок в одном и противоположном на-
правлении отыскивается наиболее сильно резонирующий воздуш-
ный столб. После этого миллиметровой линейкой измеряем дли-
ну воздушного столба.
Наблюдение движения тела, брошенного под углом к горизон-
ту. Школьный баллистический пистолет бросает «снаряд» в виде
массивного металлического шарика с ребристой поверхностью.
Места падения шарика фиксируются на бумаге в виде рисок-вмятин
148
от упавшего шарика. Но место падения шарика видно лишь неко-
торым учащимся класса. Чтобы сделать его видимым всем учащим-
ся, предлагаем осуществить такой вариант опыта.
Из пластилина изготовляют семь снарядов-ракет (рис. 174).
Внутрь тела ракеты монтируют булавку, острие которой выступает
из конуса ракеты. Вес пластилина с булавкой около 65 а, т. е. ра-
вен весу фабричного снаряда-шарика. Чтобы пластилин соскальзы-
вал с острия бойка баллистического пистолета, надо это острие сма-
зать маслом, а затем уже насадить пластилиновый снаряд.
При надлежащем выборе формы и размеров ракеты и ее стабилиза-
тора снаряд летит по баллистической кривой острием вперед.
Острие вонзается в доску стола, и снаряд остается там, где он упал.
Изготовление покровных стекол. Для наблюдения броуновского
движения под микроскопом рассматривают каплю молока, разведен-
ного водой. При этом каплю жидкости накрывают тонким покров-
ным стеклом. При отсутствии последнего можно воспользоваться
отмытой от эмульсии и высушенной фотографической пленкой от
широкопленочного фотоаппарата (6 см). Чистую сухую пленку раз-
резать на квадратные пластинки размером 20 X 20 мм, которыми
и накрыть рассматриваемый объект. Можно воспользоваться также
пленкой от рентгеновских снимков.
Изготовление «черных» зеркал для наблюдения поляризации
света. Проявить засвеченную фотопластинку. После просушки
эмульсию покрасить черной тушью.
Наблюдение линий тока жидкости. Рекомендуемые инструкцией
Главучтехпрома пробковые опилки для наблюдений линий тока в
«Приборе обтекаемости» мало пригодны для указанной цели, так
как они быстро прилипают к стенкам прибора и не участвуют в дви-
жении жидкости. Хороший результат дают частицы свернувшегося
мыльного раствора в «жесткой» (известковой) воде. Получив такие
хлопья, добавляют их в нужном количестве к чистой воде, наполняю-
щей прибор обтекаемости.
СВЕТОВАЯ УКАЗКА
Л. М. Васильев
(г. Тарту)
При демонстрации диапозитивов, учебного кинофильма или дру-
гих экранных пособий часто приходится обращать внимание уча-
щихся на детали изображения. Делать это с помощью обычной
указки неудобно.
Совсем по-иному воспринимается показ деталей, если учитель
пользуется ярким лучом световой указки. Простую световую указ-
ку для школьного физического кабинета можно изготовить силами
учащихся из обычного карманного фонаря. Проще всего исполь-
зовать для этого фонарь, выпускаемый Краснозаводским заводом
металлоизделий МОСНХ (рис. 175). Рефлектор фонаря нужно уда-
лить, стекло в колпачке заменить
Рис. 175
положительной линзой для очков
(например, +10 dump), а между
корпусом и колпачком поставить
удлинительный тубус (металличес-
кую трубку) такой длины, чтобы
лампочка фонаря находилась
примерно в фокальной плоскости
линзы. В нашем примере длина
тубуса 10 см. При этом накаль-
ная нить лампочки проецируется
на экран в виде яркой полоски све-
та длиной в 4—5 см. Для установ-
ки изображения нити на резкость в
зависимости от расстояния до экрана колпачок должен перемещать-
ся на тубусе на величину порядка 0,5 см. Для этого следует устано-
вить на тубусе штифт, скользящий в косой прорези муфты колпач-
ка. Для изготовления световой указки можно использовать линзы
иной оптической силы (в пределах от 6 до 15 дптр), от выбора кото-
рой зависят габариты прибора, а также размеры и яркость изобра-
жения накальной нити («зайчика»). Для устранения ореола, окру-
жающего изображение нити, рекомендуется уменьшить диаметр вы-
ходного зрачка при помощи вырезанной из картона диафрагмы до
2 см или установить линзу выпуклой стороной к источнику света,
увеличив длину тубуса на 2 см.
Пользуясь световой указкой, преподаватель может наглядно
водить световым «зайчиком» по экрану, находясь в любой точке
помещения.
150
В. С. Ле пи лов
(г. Владимир)
ЛЕНТОПРОТЯЖНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ЭПИДИАСКОПА
К деревянной рамке размерами 210 X 160 мм прикрепляются
шурупами две пары кронштейнов (рис. 176). Изогнутые кронштей-
ны на концах имеют отверстия для осей. Сами кронштейны удобно
сделать из алюминия толщиной 1,5—2 мм; оси — из стали диамет-
ром 5—6 мм. На оси надеть по два колесика, располагая их так,
чтобы они находились на равных расстояниях от кронштейнов и
чтобы между ними оставалось расстояние 10 см. Таким образом с
обеих сторон рамки образуются две катушки, которые позволяют
протягивать ленту шириной 10 см. Ось одной из катушек выступа-
ет за край кронштейна на 5—6 см и заканчивается ручкой, которая
служит для удобства вращения катушки при протягивании лен-
ты (можно использовать ручку от старого телефонного аппарата).
Рис. 176
Лента изготавливается из ватмана, под который для прочности
предварительно подклеивается марля.
Во время демонстрации рамка подкладывается в эпидиаскоп.
Лента будет скользить под планками АВ и CD; эти планки позво-
лят спроецировать только участок ленты длиной 6—7 см (очень
большое количество надписей будет рассеивать внимание уча-
щихся).
Преимущества этого механизма состоят в том, что при планиро-
вании урока учитель может в любом необходимом порядке располо-
жить запись, чертежи и рисунки.
|51
Ф. Я. Байков
(г. Великие Луки)
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДИАФИЛЬМОВ
Многолетний опыт работы в школе показывает, что наиболее
доступный и приемлемый способ изготовления диафильмов в шко-
ле — это метод двойной фотосъемки. Для изготовления позитива
негатив переснимается фотоаппаратом. После проявления такого
снимка на пленке получается позитивное изображение. Предлагае-
мый метод не требует изготовления специальных копировальных
приспособлений и приобретения низкочувствительных фотопленок.
Он дает большую экономию времени и качественные диафильмы.
Для получения позитивов на фотопленке лучше всего пользо-
ваться изопанхроматическими фотопленками средней чувствитель-
ности в 45—65 ед. ГОСТ. Позитив можно получить съемкой негати-
ва, спроецированного на экран. Спроецировать негатив можно при
помощи фотоувеличителя, снабженного объективом «Инду стар-22»,
универсального проектора и, наконец, с помощью школьного проек-
ционного фонаря.
Чтобы снимок был резкий и в полный кадр пленки, спроециро-
ванный негатив нужно снимать с минимально дозволенного расстоя-
ния фотоаппаратом, укрепленным на штативе.
Время экспозиции определяют фотоэкспонометром или опытным
путем (если нет фотоэкспонометра).
Для удобства демонстрации позитивной пленки негативы при
съемке проецируют в одной плоскости кадра — в вертикальной или
в горизонтальной.
После съемки негативов экспонированную фотопленку прояв-
ляют в обычном пленочном проявителе, затем промывают в воде и
закрепляют в фиксаже. Для придания диафильму повышенной
механической прочности и предохранения эмульсионного слоя от ца-
рапин проявленную фотопленку фиксируют не в обычном, а в дубя-
щем фиксаже. Рецепты дубящих фиксажей можно найти в фоторе-
цептурных справочниках, в книге В. П. Микулина «25 уроков фо-
тографии».
При отсутствии необходимых химикатов для приготовления ду-
бящего фиксажа можно ограничиться приготовлением кислого фик-
сажа, залив в 0,5 л приготовленного раствора фиксажа 50 мл 15-
процентной уксусной кислоты или 3 мл концентрированной серной
кислоты. После закрепления пленку тщательно промывают водой
и подвешивают для просушки.
На сухой пленке изображения отдельных кадров диафильма по-
лезно выделить, подкрасив их анилиновой краской.
Качество позитивов повышается при съемке спроецированных
негативов с меньшим увеличением и с применением желтых и свет-
ло-желтых фильтров.
152
Съемка негатива с меньшим увеличением в полный кадр пленки
достигается путем использования в фотоаппарате насадочных линз
или репродукционных колец к фотоаппарату «Зенит». Репродук-
ционные кольца (рис. 177) предназначены для получения снимков
и репродукций с объектов малого формата. Цифры /, 2, 3,4указы-
вают на номер кольца. Эти кольца можно использовать и в фото-
аппаратах других марок с завинчивающимся объективом.
Так как для качества снимка существенное значение имеют раз-
меры полученного негатива, то задача сводится к тому, чтобы подо-
брать такое положение объектива по отношению к фотопленке, при
котором изображение оригинала получается в полный кадр пленки.
Рис. 177
Навинчивая последовательно на объектив кольца, а также ком-
бинируя их свинчиванием вместе, перемещают оригинал и объек-
тив, добиваясь при полном отверстии объектива резкого и в полный
кадр изображения оригинала на матовой фотопленке.
Для удобства кадрирования оригинала на матовой пленке про-
тив кадрового окна полезно нарисовать тушью прямоугольник раз-
мерами 24 X 36 мм с двумя взаимно перпендикулярными прямыми,
соединяющими середины противоположных его сторон. Для раз-
личных форматов с получением резкого изображения оригинала из-
меряют расстояние от задней стенки аппарата до объекта и заносят
данные в таблицу. Таким образом учащиеся опытным путем само-
стоятельно получают таблицу для репродуцирования и изготовле-
ния диафильмов.
Формат оригина- ла в мм Масштаб изображения Номер колец Расстояние от оригинала до зад- ней стенки ап- парата в мм Установка объектива по шкале расстоя- ний в м
215X325 1:10 1 633 15
195X290 1:9 1 581 3,5
175x260 1:8 1 530 1,7
150x225 1:7 1 478 1,2
130X195 1:6 2 427 4
110X160 1:5 2 376 1,2
85X130 1:4 1,2 326 20
65 X 100 1:3 3 278 1,8
45 X 65 1:2 4 235 1,3
22 X 32 1:1 2,3,4 209 1,2
153
Имея два комплекта репродукционных колец, можно расширить
таблицу для получения снимков в полный кадр пленки с объектов
размерами, меньших половины кадра.
Для съемки негатива, спроецированного с небольшим увеличе-
нием, полезно воспользоваться фотоувеличителем. При этом фото-
аппарат крепится на специально изготовленных полозьях или на
карманном штативе-струбцине. Перед съемкой негатива фотоаппа-
рат устанавливается на определенном расстоянии, взятом из таб-
лицы согласно выбранному формату изображения, так, чтобы плос-
кость задней стенки аппарата была параллельна плоскости экра-
на-подставки. Затем из центра объектива опускается отвес и через
точку пересечения отвеса с плоскостью подставки проводятся две
взаимно перпендикулярные прямые (рис. 178), причем горизон-
тальная прямая проводится параллельно нижней стенке аппарата.
В центре взаимно перпендикулярных прямых помещается белый
лист бумаги выбранного формата в соответствии с кольцом, ввин-
ченным в объективодержатель (рис. 179). Далее подставка фото-
увеличителя опрокидывается и располагается в вертикальной пло-
скости. Рядом помещается проекционный фонарь, и негатив проеци-
руется на экран подставки сбоку. Следует отметить, что получаемое
при таком проецировании искажение изображения на фотопленке
практически незаметно при демонстрации диафильма.
Комплект репродукционных колец дает возможность изготавли-
вать диафильмы методом двойной фотосъемки без проецирования
негатива на экран, а съемкой его на просвет. Установка для съемки
негативов на просвет изображена на рисунке 180. Чтобы точно уста-
новить кадровое окно фотоаппарата против кадрового окна фото-
увеличителя, нужно воспользоваться уровнем и отвесом. При по-
мощи уровня устанавливается горизонтально подставка фотоуве-
личителя. Отвес подвешивается на узелке нити в центре кадрового
окна на пластинке из плексигласа. Установив в фотоувеличителе
пластинку с отвесом, перемещают фотоаппарат до совпадения ост-
рия отвеса с центром объектива.
Способ изготовления позитивов съемкой негативов на просвет
аналогичен контактному способу печатания позитива. Он не позво-
ляет кадрировать снимки, но зато не дает искажений. Этот способ
дает возможность изготавливать диафильмы при отсутствии элек-
трического света, в полевых условиях.
154
Рис. 178 Рис. 179 Рис. 180
В. Б, Боверман
(г. Киев)
ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ СВОЙСТВ
ПОЛУПРОВОДНИКОВ
МГИ СТРОИТЕЛЬСТВО КРУПНОБЛОЧНОГО
ЖИЛОГО ДОМА .....
Приспособление (рис. 181)
представляет собой два Г-об-
разных металлических стержня,
укрепленных на изоляционной
подставке. В верхней части есть
зажимы (для крепления термо-
сопротивления, диода и подклю-
чения гальванометра), гнезда
(для крепления фотосопротивле-
ния либо фотоэлемента), пазы
&
ср
Qi! QJJ
' .CTiiiiWpji > ди
!_1>j пл] ои|ал пл й
Рис. 182
для укладки полупроводниковых образцов. На подставке разме-
щены три зажима. Крайний правый и средний соединены соответ-
ственно с правым и левым стержнем, а левый крайний служит для
включения в цепь дополнительного сопротивления либо диода,
когда для опытов нужен выпрямленный ток. Размеры установки
и отдельных ее частей указаны на рисунке.
156
А. Ф. Бриль
(г. Горняк)
КРЕПЛЕНИЕ ТАБЛИЦ
Выпускаемые Главучтехпромом металлические желоба, помимо
их основного назначения, удобно использовать для крепления таб-
лиц. С этой целью взять два желоба, вложить их друг в друга,
предварительно поместив между ними край таблицы, и скрепить
их специальными скобами (рис. 182). Другую пару желобов при-
крепить таким же способом к нижнему краю таблицы. Такое
крепление позволяет быстро и легко сменять таблицы.
Я. В. Федоров
(г. Курган)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА КЕНОТРОННОГО
ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
КОЛЕБАНИЙ
Для демонстрации затухающих колебаний можно использовать
вторичную обмотку трансформатора от кенотронного выпрямителя,
которая вместе с конденсаторной батареей емкостью 50—60 мкф
составляет колебательный контур. Заряд конденсатора и разряд его
через обмотку трансформатора осуществляется по известной схеме.
Для демонстрации незатухающих колебаний собирается установка
по схеме рисунка 183.
В обоих случаях колебания наблюдаются по демонстрацион-
ному гальванометру, подключенному к накальной обмотке транс-
форматора.
содержание
Механика
И. А. Захалев, В. В. Пустовит. Определение ускорения при свобод-
ном падении.-.............................................. 3
М. Б. Танхаев. Опытное изучение второго закона механики........... 6
И. И, Калиниченко. Еще одно использование демонстрационного ди-
намометра................................................... 7
К. Д- Бельский. Простой способ демонстрации явления невесомости. 8
А. Н. Кошелев. Прибор для демонстрации реактивного движения. 9
М. И. Твардовский. Демонстрация разложения сил на клине.......... 10
Л. М. Кузьмин. Самодельные приборы по физике..................... 11
В. П. Лобань. Демонстрация закона сохранения энергии при изучении
механического удара.............................................. 14
С. Ф. Кабанов. Установка для опытов по сложению гармонических
колебаний........................................................ 16
Г. И. Жерехов. Демонстрация практического применения колеба-
тельного движения.......................................... 19
В. А. Буров. Демонстрационный звуковой генератор................ 21
И. К. Сумкин. Простая установка для демонстрации аэродинами-
ческого сопротивления...................................... 24
В. П. Лобань. Прибор для демонстрации особенности теплового рас-
ширения воды. ............................................. 25
Электричество
И. М. Раевский. Школьный демонстрационный электрометр. ... 27
А. М. Еркин, С. Т. Арутюнов. Несколько опытов с ионными прибо-
рами............................................................ 34
Ю. И. Коренев. Демонстрации с полупроводниковыми, приборами . . 37
В. С. Булычев. Практическая работа с полупроводниковыми фотосо-
противлениями на инфракрасных лучах.............................. 39
В. А. Буров. Школьные индикаторы напряженности и индукции
магнитного поля....................'............................. 40
Б. П. Хрусталев. Два прибора по автоматике.................. 45
Г. Р. Глущенко. Шаговое реле................................ 47
Ю. С. Устинов. Несколько простых схем для моделирования элементов
автоматических устройств................................... 56
С. X. Моключенко. Простой асинхронный трехфазный двигатель. . 61
Г. Р. Глущенко. Набор к трехэлектродной электронной лампе. ... 62
//. Д. Филипп, А. М. Шляховой. Установки для школьного радио-
кружка..................................................... 69
В. Т. Черняшевский. Осциллограф из неполноценного кинескопа. . . 75
В. Т. Черняшевский. Универсальный электронный прибор............. 78
158
Е. В- Коршак. Комплект блоков для сборки простых приемников
на транзисторах............................................ 80
В. И, Кондратенко. Возможные способы передачи информации со спут-
ников на Землю.................................................. 85
Л. И. Анциферов. Пять работ практикума для старших классов: . . 88
1. Определение скорости ультразвука....................... 91
2. Определение диэлектрической проницаемости............. 93
3. Определение магнитной проницаемости................... 95
4. Изучение принципа действия осциллографа................ 96
5. Определение отношения заряда электрона к его массе. . . 103
М. И. Гринбаум. Эксперимент по основам телевидения............. 105
Оптика
П. И. Погожев, Е. Ф. Полонская. Установка для- основных демонстра-
ций по оптике............................................ 118
Д. Ф. Хахулин. Простая установка для получения спектра......... 123
Я. Е. А Мстиславский. Демонстрационный вариант опыта по ди-
фракции света от двух щелей в непрозрачном экране.......... —
В. В. Анисков и В. С. Попов. Изготовление дифракционных решеток. 128
А. М. Еркин. Демонстрация внешнего фотоэффекта с помощью ти-
ратрона МТХ-90........................................... 129
Л. И. Анциферов. Определение постоянной Планка............... 131
Астрономия
Е. Я. Глейбман. Самодельный точечный планетарий.............. 134
Р. М. Баренбойм. Самодельный черный глобус. ................. 139
А. Б. Палей. Горизонтальная сетка к черному глобусу.......... 143
Полезные советы
Н. Д. Агапов. Усовершенствованные опыты........................ 144
В. И. Дружинин. Лампы с «бегущим лучом>....................... 146
М. Е. Тульчинский. Восемь полезных советов..................... 147
Л. М. Васильев. Световая указка............................... 150
В. С. Лвпилов. Лентопротяжный механизм для эпидиаскопа....... 151
Ф. Я. Байков. Изготовление диафильмов......................... 152
В. Б. Боверман. Приспособление для демонстрации свойств полупро-
водников....................................................... 156
А. Ф. Бриль. Крепление таблиц................................. 157
И. В. Федоров. Использование трансформатора кенотронного выпря-
мителя для демонстрации электрических колебаний...............
ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ШКОЛЕ
Составитель Сергей Яковлевич Шамаш
Редакторы Н. В. Хрусталь и В. Л. Климонтович
Художник обложки Б. Д. Константинов
Художественный редактор Б. Л. Николаев
Технический редактор Т. В. Павлова
Корректор И. М. Данковцева
♦ • *
Сдано в набор 13/VII 1965 г. Подписано к печати
12/1 1966 г. 60Х901/... Печ. л, 10. Уч.-изд. л. 9,05.
Тираж 22 тыс. экз. (Тем. пл. 1965 г. № 254.) А13877
Издательство «Просвещение» Комитета по печати
при Совете Министров РСФСР. Москва, 3-й проезд
Марьиной рощи, 41.
Саратовский полиграфический комбинат Росглавпо-
лиграфпрома Комитета по печати при Совете Мини-
стров РСФСР. Саратов, ул. Чернышевского, 59.
Заказ Ne 322.
Цена без переплета 24 к., переплет 15 к.
Цена 39 коп.