/
Author: Мур Д.М.
Tags: физика лабораторные работы естественные науки сборник статей эксперименты
Year: 1963
Text
Физический
I ЭКСПЕРИМЕНТ
В ШКОЛЕ
I
ь>пуск
2
ФИЗИЧЕСКИЙ
ЭКСПЕРИМЕНТ
В ШКОЛЕ
СБОРНИК СТАТЕЙ
ПОСОБИЕ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ
СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
Составитель Д. М. МУР
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РСФСР
Москва — 1963
Творческая активность учителей физики в совершенствовании
демонстрационного эксперимента, улучшении постановки лабора-
торных работ и физического практикума неисчерпаема.
Опыт, накопленный передовыми учителями и методистами по
методике и технике физического эксперимента, представляет несом-
ненный интерес и оказывает помощь учителям.
Вниманию широкого круга читателей: учителей физики, астро-
номии, электротехники, студентов физико-технических и физико-мате-
матических факультетов педагогических институтов — предлагается
второй выпуск сборника статей по физическому эксперименту в шко-
ле. Первый выпуск вышел из печати осенью 1960 г. под названием
«Сборник по методике и технике физического эксперимента».
Второй выпуск сборника так же, как и первый, составлен из ма-
териалов, присланных в редакцию журнала «Физика в школе», но
не опубликованных из-за ограниченного объема этого журнала.
Предложения и замечания по данному сборнику просим сооб-
щать книжной редакции физики или редакции журнала «Физика
в школе» по адресу: Москва, И-18, 3-й проезд Марьиной рощи,
дем 41.
Рецензенты: Д. Л. Егоров, В. А. Усова.
Сост. Давид Михайлович Мур
ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ШКОЛЕ
Редакторы Т. С. Гусева, Н. В. Хрусталь
Художник Ю. М. Сигов
Художественный редактор П. В. Любарский
Технический редактор Н. Ф. Макарова
Корректор В. Г. Соловьева
* ♦ ♦
Сдано в набор 22/1 1963 г. Подписано
к печати 4/VII 1963 г. 60х90’/16 Печ. л.
10,5. Уч.-изд. л. 9, 58. Тираж 37 тыс. экз. А06822
Заказ № 277.
Учпедгиз. Москва, 3-й проезд Марьиной
рощи, 41.
Полиграфкомбинат Приволжского совнархоза
г. Саратов, ул. Чернышевского, 59,
Цена без переплета 26 коп., переплет 8 коп
МЕХАНИКА
Н. Н. Нечипорук
(г. Винница)
ПРИБОР ПО КИНЕМАТИКЕ И ДИНАМИКЕ
В предлагаемом приборе (рис. 1) система движущихся тел
состоит из двух грузов 20 одинаковой массы, которые при помо-
щи крючков прикрепляются
к двум одинаковым по дли-
не и массе гибким лентам 16.
Одна из лент перекинута че-
рез легкий, вращающийся
на кернах эбонитовый шкив
13. Эта система тел приво-
дится в равномерно уско-
ренное движение перегруз-
ком 17, который кладут на
левый груз.
С помощью устройства,
напоминающего по работе
часовой механизм и состоя-
щего из маятника с цилинд-
рическим анкером 6, криво-
шипа 11 с пружиной 10, пи-
шущего приспособления 9 и
сбрасывателя 7, на ленте 16
делаются отметки в момент
начала движения (момент
сбрасывания нити 19) и за-
тем через равные промежут-
ки времени (мояСно полу-
чить более десяти отметок).
Прибор имеет следую-
щие достоинства:
а) простой анкерный
спуск обеспечивает во время
записи незатухающие коле-
бания маятника;
б) свободный поворот
Рис. 1. Общий вид прибора
по кинематике и динамике.
3
кривошипа при переходе с одного конца анкера на другой со-
ставляет более 90°, поэтому отметка на ленте наносится практи-
чески мгновенно и этот момент по существу не влияет на ско-
рость движущихся тел;
в) при выполнении лабораторных работ учащимися можно
нанести тонкие штрихи карандашом на сравнительно короткой
(60 см) ленте из прорезиненной ткани, а во время демонстра-
ции опыта учителем — широкие, хорошо видимые всеми учащи-
мися класса штрихи с помощью кисточки, смоченной краской;
г) стержень маятника разборный. Изменяя длину его, можно
иметь маятник, период колебаний которого равен 0,5 сек, и маят-
ник, период колебаний которого равен 1 сек-,
д) после незначительных конструктивных изменений прибор
можно использовать для проверки закона скоростей;
е) прибор компактный: отвинтив стержни 1 и 14, его можно
хранить в коробке размером 12x15x6 см.
Установка прибора
Прибор укрепляют в штативе на высоте 70 см при помощи
съемного стержня 1. Через шкив перекидывают ленту с грузика-
ми и наблюдают за ее перемещением под действием перегрузка.
При правильной установке прибора лента не должна сползать
со шкива и касаться ножек упругого зажима 15.
Собрав маятник, детали которого представлены на рисунке 2,
проверяют равномерность хода механизма записи. При равно-
мерном ходе удары кривошипа происходят при одинаковых от-
клонениях стержня 14 маятника от положения равновесия. Это
можно проверить при помощи линейки (рис. 3,е), укрепляемой
горизонтально на том же штативе против стержня 22. Стержни
14 и 22 соединены между собой скобой 21. На линейке отмеча-
ют положение равновесия стержня. При этом пружинка 3, про-
ходящая через втулку 4 и удерживающаяся на штырьках огра-
ничителя стержня 5 (рис. 2, ж), не должна работать на скручи-
вание. Затем закручивают пружину 10 кривошипа и медленно
отклоняют маятник в сторону до получения щелчка. Чтобы за-
крутить пружину 10, левой рукой смещают маятник (вместе с
осью) вправо до упора так, чтобы кривошип оказался в про-
рези пластины 12 (рис. 2,з), а правой рукой закручивают
пружину, вращая кривошип по часовой стрелке. После вось-
ми оборотов кривошипа маятник возвращают в прежнее поло-
жение.
Если обнаружится, что маятник до образования щелчка от-
клоняется от положения равновесия на разные расстояния, то
причину следует искать в погнутости стержня или неправильной
фиксации контргайкой пластины 12 на оси маятника. В послед-
нем случае, освободив контргайку, надо повернуть пластину 12
4
Рис. 2. Детали маятника с цилиндрическим анкером.
в сторону меньшего отклонения маятника. Такую проверку мож-
но поручать ученикам.
На рисунке 3 представлены отдельные детали прибора.
Проверка закона путей
Устанавливают прибор, как было указано выше. Период ко-
лебания маятника должен быть равен 1 сек. Закручивают пру-
жину 10 кривошипа и оставляют маятник в положении равнове-
сия, причем желательно, чтобы кривошип лежал на правом (со
стороны маятника) конце анкера Затем к одной из лент подве-
шивают грузики (по 45 г или по 100 г), перекидывают ее через
шкив и подвешивают снизу вторую ленту. Верхнюю ленту с на-
ружной стороны желательно слегка натереть мелом, чтобы луч-
ше были видны метки.
5
Положив на левый груз перегрузок (2,5 г или 5 г), подвеши-
вают его при помощи нитки 19 на крючок 8. Когда система успо-
коится, маятник отклоняют на небольшой угол и отпускают.
Дальнейшие операции (пуск и отметки положения движущихся
тел через равные промежутки времени) будут выполнены авто-
матически. После остановки грузов и лент зажимом 15 останав-
Рис. 3. Отдельные детали прибора.
ливают маятник и измеряют отрезки пути «2, $з, $4 между
отметками на ленте. Проверяют равенство:
sx: 4:s3:s4 = 1:3:5:7.
Проверка закона скоростей
Для проверки закона скоростей обратимся к способу, не тре-
бующему многих записей одного и того же движения. Будем ис-
ходить из того, что мгновенная скорость в средний момент вре-
мени * равномерно ускоренного движения равна средней скоро-
сти этого движения. Это дает возможность проверить закон ско-
ростей при помощи следующей записи. Отметим положение дви-
жущегося тела через — yj сек и сек' чеРез
[2 — -у) сек и ^2-]--y-j сек' чеРез —-у) сек и
сек и т- д- от начала движения. Тогда промежутки
времени в 1 сек, 2 сек, 3 сек и т. д. после начала движения будут
* Момент, делящий все время движения на две равные части»
6
средними промежутками времени At, за которые пройдены те-
лом отмеченные отрезки пути Asx, As3 и т. д. Поэтому от-
меченные отрезки пути будут прямо пропорциональны мгновен-
ным скоростям в конце первой, второй, третьей и т. д. секунды
от начала движения тела, или As1( : As2, : As3 — t»i: v2; v3.
Для выполнения работы маятник прибора легко превраща-
ют в уравновешенный балансир, закрепив стержень 22 (с таким
же грузиком, как и грузик 19) в положении, отмеченном на ри-
сунке 1 пунктиром (второй грузик на рисунке не показан).
При каждом обороте балансира прибор «сработает» два раза
с небольшим, но постоянным при равномерном вращении балан-
сира промежутком времени между «срабатываниями» *. Чтобы
обеспечить начало движения в средний момент указанного про-
межутка времени, сбрасыватель 7 снимают, а на конце оси 5 за-
крепляют другой сбрасыватель, прилагаемый к прибору (рис. 3,а).
Его устанавливают с таким расчетом, чтобы нитка 19 сбра-
сывалась в тот момент, когда конец кривошипа 11 совпадает с
риской, нанесенной на торце анкера **.
Далее работа выполняется в следующем порядке. Закручи-
вают пружинку 10, как и в предыдущей работе, затем левой ру-
кой удерживают кривошип, а правой закручивают пружину 3,
медленно вращая балансир по часовой стрелке. Балансир по
окончании закручивания должен остаться в таком положении,
чтобы кривошип лежал на левом (со стороны балансира) кон-
це анкера. Подготовив систему движущихся тел, левой рукой
удерживают штатив, а правой плавно отводят балансир в на-
правлении против часовой стрелки и отпускают. После этого он
продолжительное время вращается равномерно. В конце каж-
дого оборота балансира автоматически производится отметка на
ленте. После остановки всех деталей прибора измеряют отме-
ченные отрезки пути A$v As2, Д$3, А$< и проверяют справедли-
вость равенства:
Asx: Д$2: As3: As4 = 1:2:3:4.
Определение ускорения силы тяжести
Подбирают длину маятника такой, чтобы период колебания
его был равен 0,5 сек. Для этого на коротком стержне закреп-
ляют груз 19 (100 г) в самом верхнем положении. Тщательно
проверяют и, если нужно, регулируют равномерность хода меха-
низма. После закручивания пружинки кривошипа и возвращения
маятника в правое крайнее положение последний не будет удер-
* Учащимся это не объясняем, а только демонстрируем.
** Риска нанесена с расчетом на вращение балансира против движения
стрелки часов.
7
живаться в положении равновесия, так как грузик маятника под-
нят слишком высоко. Поэтому маятник немного отклоняют и
смещают влево с таким расчетом, чтобы при его вертикальном
положении пластина 12 ложилась на кривошип.
Этим обеспечивается фиксация кривошипа при закрученной
пружине.
На шкив 13 плотно наматывают ленту длиной 50 см из газет-
ной бумаги с круглыми отверстиями на концах. Удерживая лен-
ту от разматывания правой рукой, левой подвешивают на крю-
чок 8 при помощи нитки с резинкой (рис. 3,6) грузик в 100 а, за-
цепив свободный конец ленты за крючок грузика. Лента удер-
живается от разматывания небольшой резинкой, надетой на
ниточку. Маятник отклоняют на величину амплитуды его коле-
баний и отпускают. После падения грузика на мягкий предмет
(подушка, губка) на ленте останутся две метки, расстояние
между которыми пройдено грузиком за 0,25 сек. Опыт повторяют
несколько раз и вычисляют ускорение.
Проверка второго закона Ньютона
Подготовка к опыту аналогична описанной в опыте по про-
верке закона путей. В каждом опыте надо учитывать величину
силы трения (она будет меньше 2 Г) и массу всех движущихся
тел, кроме того, маятник следует тщательно проверить, чтобы
период колебаний его был точно равен 1 сек.
Проверяя на опыте зависимость ускорения от приложенной
силы при постоянной массе, используют два грузика по 100 г,
два перегрузка по 5 а и два перегрузка по 2,5 г. Это даст воз-
можность получить действующие силы в 5 Г, 10 Г и 15 Г без из-
менения массы движущихся тел.
Для проверки зависимости ускорения от массы тела при по-
стоянной силе используют два груза по 45 а, два — по 100 а и все
перегрузки, прилагаемые к прибору (рис. 3,д). При этом общая
масса движущихся тел (масса лент равна 20 а) будет равна
115 а, 230 а и 345 а при действующей силе 5 Г.
Указанные опыты с описанным оборудованием целесообраз-
но провести как демонстрационные. В лабораторный практи-
кум учащихся лучше включить несколько опытов по проверке
F
равенства: а = — при разных действующих силах и разных
массах.
Для демонстрационных опытов пользуются бумажными лен-
тами длиной 120—150 см с проволочными петлями и жестяными
зажимами на концах (рис. 3, ж).
Чтобы поменять местами карандаши и кисточки, снимают
сбрасыватель 7, ось кривошипа сдвигают вправо до выхода из
подшипника, снимают деталь 9 и, повернув, вновь надевают на
S
ось. Если при этом пружина 10 не сжимается до нужных разме-
ров, то ее нужно раскрутить, повернув несколько раз кривошип
против часовой стрелки. В завершающей стадии подготовки при-
бора к демонстрации смачивают чернилами или краской
обе кисточки на детали 9 и щетку *-(рис. 3,6), от которой смачи-
ваются краской кисточки 9 во время работы прибора, а затем за-
жимают щиток на приборе гайкой 2.
Для демонстрации свободного падения склеивают ленту дли-
ной 130 см из полосок папиросной бумаги и берут 2—3 грузи-
ка по 100 г. На такой ленте получают три отметки: начало паде-
ния, через 0,25 сек и 0,5 сек после начала падения.
При соблюдении всех указаний относительная ошибка ре-
зультатов измерений на таком приборе не должна превышать
2%, если:
а) шкивок прибора уравновешен и не дает биений,
б) обе ленты имеют одинаковый вес в единице длины, при-
чем нижняя лента не имеет помятостей и перегибов,
в) нитка 19 не слишком коротка.
Прибор можно использовать для демонстрации опытов и вы-
полнения лабораторных работ при изучении прямолинейного
равномерно ускоренного движения.
В. А. С уценке
(ст. Хутор-Михайловский
Ю.-З. ж. д., школа №95)
ПРОВЕРКА ВТОРОГО ЗАКОНА МЕХАНИКИ ПРИ ПОМОЩИ
САМОДЕЛЬНОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА
Общий вид простейшего акселерометра показан на рисун-
ке 4. В верхней части груза, имеющего цилиндрическую форму,
делают отверстие, в которое плотно вставляют вертикальный
штырек. Сверху прибора крепится специальная рамка, имеющая
два бортика (рис. 5,а). В горизонтальной части рамки делается
прорез, как показано на рисунке 5,6. Такая форма прореза не-
обходима для того, чтобы вертикальный штырек мог заклини-
ваться при резкой остановке прибора.
Отверстия под винты для крепления рамки делают удлинен-
ными, чтобы удобно было отрегулировать прибор на начальное
деление шкалы.
Шкалу (рис. 5,в) и ползунок-указатель (рис. 5,г) делают из
плотной белой бумаги. Деления шкалы через одно закрашивают
черной тушью, а ползунок — красной. Шкала крепится в верти-
кальном положении к задней стенке рамки скрепками или за-
жимами.
9
Корпус акселерометра изготовляют из жести или тонкого
алюминия, груз — из железа или латуни. Величина груза зави-
сит от упругости используемых пружин. Чем больше масса гру-
за, тем более чувствителен при-
бор, однако прогиб груза с
пружинами не должен быть
большим. Пружины можно ис-
пользовать от динамометра
Бакушинского.
После изготовления акселе-
рометр испытывают. При рез-
кой остановке движущегося
прибора вертикальный шты-
рек должен заклиниваться в
клинообразной части зазора
рамки.
Для проведения опыта ак-
селерометр укрепляют на те-
лежке. На той же тележке мож-
но укрепить демонстрационный
динамометр с привязанной к
нему нитью, второй конец ко-
торой перекидывают через не-
подвижный блок, укрепленный
на краю стола.
Ползунок-указатель дол-
жен слегка прижиматься к бо-
ковым стенкам рамки, чтобы
при движении тележки по сто-
лу он не подпрыгивал и само-
произвольно не перемещался
вдоль шкалы.
Рис. 5. Детали акселерометра. Нулевое положение ползун-
ка-указателя фиксируется стрелкой. Стрелку можно вырезать
из картона и, согнув, навесить на шкалу.
Для исследования зависимости ускорения от величины дей-
ствующей силы свободный конец нити, прикрепленный к тележ-
ке, нагружают грузиками. Отпустив тележку, следят за переме-
щением ползунка-указателя вдоль шкалы. Подбором наимень-
шего грузика добиваются, чтобы ползунок переместйлся только
на одно деление.
Увеличение действующей силы в 2, 3 и т. д. раза приводит к
перемещению ползунка на два, три и т. д. деления.
Исследование зависимости ускорения от массы проводится
аналогично. Масса подвижной системы меняется в 2, 3 и т. д.
раза, и при определенной величине груза передвижение ползун-
ка изменяется в такое же число раз.
10
М. Г. Ларионов
(г. Москва, средняя школа № 705)
ПРИБОР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ
СВОБОДНО ПАДАЮЩЕГО ТЕЛА И ТЕЛА, БРОШЕННОГО
ВЕРТИКАЛЬНО ВВЕРХ
При'изучении кинематики в курсе физики средней школы
целесообразно поставить практическую работу по изучению дви-
жения свободно падающего тела, а также движения тела, бро-
шенного вертикально вверх.
Выполнить эту работу мож-
но при помощи предлагае-
мого прибора (рис. 6), со-
стоящего из цилиндра 1, ус-
тановленного на шариковых
подшипниках 2, укреплен-
ных в двух железных пли-
тах 3, представляющих собой
в плане равносторонние тре-
угольники. Эти плиты в свою
очередь жестко крепятся
тремя стойками 4 одинако-
вой длины. Стойка, вдоль
которой скользит ползунок
5, некруглого сечения для
ориентации ползунка отно-
сительно цилиндра при его
падении и подъеме.
На верхней плите уста-
новлен электродвигатель 6
с числом оборотов до 1200 в
минуту, соединенный с осью
цилиндра 1 резиновой муф-
той 7.
Выверка прибора в вер-
тикальной плоскости осуще-
Рис. 6. Схема прибора для изучения
свободного падения и движения тела,
брошенного вертикально вверх.
отеляется с помощью регу-
лировочных винтов 8 и отве-
са 9.
Пишущее острие (кисть)
10 укреплено неподвижно
на ползунке 5, который удерживается на стойке в верхнем поло-
жении при помощи нити 11 и пластинчатой пружины 12.
На нижней плите под ползунком 5 укреплена упругая пру-
жина 13, с помощью которой ползунок подбрасывается вверх.
Работа с прибором выполняется в следующем порядке.
Ползунок 5 с укрепленной на нем кисточкой, предварительно
смоченной в краске, подвешивается на нити И. Пускают
электродвигатель и с помощью реостата устанавливают
необходимое число его оборотов, например 600 оборотов в
минуту. При пережигании нити ползунок свободно падает.
На цилиндре 1 остается записанный график движения в виде
спирали.
Выключив двигатель, ползунок с пером поднимают вверх, на
цилиндре прочерчивается прямая линия, вдоль которой измеря-
ют расстояния между соседними витками.
Измерив расстояние между витками, учащиеся убеждаются,
что пути, проходимые свободно падающим телом в любые рав-
ные, но последовательные премежутки времени, относятся меж-
ду собой, как последовательный ряд нечетных чисел.
Зная число оборотов в минуту (600), а следовательно, и вре-
мя одного оборота (0,1 сек), можно вычислить ускорение этого
движения по формуле:
Исследование движения тела, брошенного вертикально вверх,
осуществляется так.
Пружина 13 в сжатом состоянии фиксируется с помощью
нити. При пережигании нити ползунок 5 под действием упругой
силы пружины будет отброшен вертикально вверх и 'захвачен
пластинчатой пружиной 12.
Изучение полученной спирали позволяет прийти к заключе-
нию, что движение тела, брошенного вертикально вверх, равно-
мерно замедленное. Кроме того, по данным измерения спи-
рали можно вычислить начальную скорость ползунка и его за-
медление.
При изготовлении, учащимися школы № 705 г. Москвы одного’
из вариантов прибора были использованы:
1) электродвигатель от швейной машины мощностью 40 вт,
5000 об/мин, в цепь с напряжением 220 в, включался через рео-
стат 1000 ом, 0,5 а;
2) цилиндр дюралевый высотой 580 мм, диаметром 50 мм;
3) стойки круглого сечения, стальные, длиной 650 мм, диа-
метром 100 мм;
4) плиты из мягкой стали толщиной 4 мм, вырезанные в виде
равносторонних треугольников с длиной сторон 300 мм;
5) ползунок, круглого сечения, толщиной 15 мм, диаметром
60 мм. Для крепления кисточки в ползунке было просверлено от-
верстие глубиной 15—20 мм по диаметру и перпендикулярно
ему — отверстие с резьбой для крепящего винта.
12
А. Я. Власов
(ст* Великие Луки, железнодорожная
средняя школа №67)
КРОНШТЕЙН С ШАРНИРНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ
При изучении темы «Сложение и разложение сил» для демон-
страции можно применят^ кронштейн с шарнирным соединением
(рис. 7).
На деревянном основании 1 размером 400X150X15 мм уста-
навливают планку 2, размеры которой указаны на рисунке 8.
Рис. 7. Общий вид кронштейна с шарнирным соединением.
13
Планку изготовляют из 20-миллиметровой фанеру или деревян-
ного бруска (из плотной породы дерева: дуба, бука) *.
Съемная сантиметровая шкала 3 удерживаемся на штырьках,
для которых на боковой поверхности план-
Рис. 8. Планка
кронштейна.
ки надо просверлить отверстия.
В прорезь планки вставляют два пол-
зунка 4 (рис. 9) с зажимными винтами 5
(рис. 10). Нижний ползунок можно закре-
пить неподвижно на планке кронштейна,
тогда для него не нужен зажимной винт.
В обоймах 7 на двух полуосях устанав-
ливают направляющие трубки 9, изготовлен-
ные из латуни (рис. 11). Внешний диаметр
Рис. 9. Ползунок.
трубок 10 — 8 мм, внутренний диаметр 6 мм, длина 120 мм. Полуо-
си припаивают на расстоянии 50 мм от одного из концов трубки
Рис. 10. Зажимной болт с шайбой
и фигурной гайкой.
(можно просверлить отверстия
в трубке, сделать винтовую на-
резку и полуоси ввинчивать).
К большему плечу каждой
трубки припаивают указатель
угломера, вырезанный из тон-
кой жести, и обойму 10. Обой-
мы изготавливают из тонкой
жести так, как показано на ри-
сунке 12.
Шкалу динамометра можно
сделать из двух стальных про-
• Планку 2, укрепленную на основании /, можно заменить школьным
штативом.
14
волок (диаметром 3 мм, длиной 200 км) и полоски жести разйЬ«
ром 120X40 лад.
Края полоску изгибают и припаивают к проволокам. На ли-
цевую сторону ш\алы наклеивают полоски из плотной бумаги.
05
а
Отверстие для
крепления пружины
динамометра
Коническая
полуось с=ТО
«о
120
Паять
Отверстия по
расстоянию
проволок шкалы _
динанометрд _ IZ5I
Рис. 11. Направляющая трубка с указателем
угломера.
При градуировке пружин динамометров на эти полоски наносят
тушью деления и проставляют соответствующие числа. Основа-
ние шкалы динамометра показано на рисунке 13:
Верхний 13 и нижний, 14 стержни кронштейна длиной при-
мерно по 550 мм делают цз стальной проволоки (0 5 мм). Верх-
ний стержень с одного конца расплющивается (или опиливает-
ся), а нижний стержень должен заканчиваться вилкой, в про-
резь которой должен входить расплющенный конец верхнего
стержня.
В вилке и расплющенной части верхнего стержня сверлят от-
верстия ( 0 2 мм) для оси 15 шарнирного соединения, Стерж-
15
ни должны свободно поворачиваться на шарнирной оси и сво-
бодно скользить вдоль направляющих трубок.
На стержни надевают муфты 16 длиной 15—-20 мм с зажим-
ными винтами (рис. 14). К муфтам припаиваю/ вырезанные из
тонкой жести указатели динамометров, и с помощью шплинта в
специальном отверстии муфты крепится конец пружины 17 ди-
намометра.
Пружины 17 динамометра изготовлены из стальной проволо-
ки, причем пружина верхнего динамометра работает на растяже-
ние, а нижнего — на сжатие. Второй конец пружины крепится
аналогичным способом на направляющей трубке.
Рис. 13. Основание шка-
лы динамометра.
Отберстие для крепления
пружины динамометра
Рис. 14. Муфта с зажим-
ным винтом и указателем.
Из стальной проволоки (02 мм) изгибается петля 18 для
подвешивания грузиков.
Шкала угломера, шкала динамометра и сантиметровая шка-
ла съемные. Сняв обе шкалы угломеров и сантиметровую шка-
лу и установив кронштейн на демонстрационном столе, можно
получить его теневую проекцию. Если обвести мелом на доске
проекцию треугольника кронштейна, то можно рассматривать си-
лы, действующие на кронштейн. Подвижность направляющих тру-
бок, стержней в направляющих трубках и муфт на стержнях да-
ет возможность изменять начальную длину стержней и ве-
личину углов кронштейна. Для того чтобы изменить длину
стержней, нужно ослабить зажимные винты на муфтах. Пос-
ле изменения длины стержня зажимные винты необходимо
вновь затянуть. Затем перемещают соответственно шкалы дина-
мометров так, чтобы при отсутствии нагрузки на кронштейн ука-
затели стояли на нулевом делении. Размеры кронштейна и его
форму можно изменять, перемещая ползунки в планке кронш-
тейна.
Прибор может быть использован для решения ряда задач на
сложение и разложение сил.
1-й вид задач
По показаниям прибора определить (графически) вес подве-
шенного к кронштейну груза.
16
Известнь\углы между стержнями кронштейна и планкой,
расстояние между стержнями по планке и силы — сжимающая
нижний стержень и растягивающая верхний.
Подвешенный^ кронштейну груз закрыт непрозрачным эк-
раном.,
2-й в и д задач
Определить силу растяжения верхнего стержня или силу сжа-
тия нижнего стержня графическим способом.
Известны: вес грузиков, подвешенных к кронштейну, сила
сжатия нижнего стержня (или растяжения верхнего), углы меж-
ду стержнями кронштейна и планкой, расстояние между стержня-
ми по планке.
Шкала верхнего (или нижнего) динамометра закрыта непро-
зрачным экраном.
3-йвидзадач
Определить графическим способом величину силы сжатия
нижнего стержня и силы растяжения верхнего.
Известны: вес груза, подвешенного к кронштейну, углы меж-
ду стержнями кронштейна и планкой, расстояние между стерж-
нями по планке.
Шкалы верхнего и нижнего динамометров закрывают непроз-
рачным экраном.
Для проверки решения задач непрозрачный экран убирают.
В. Л. Сущенко
'(ст. Хутор-Михайловский,
Ю.-З. ж. а., школа М 95)
ПРИБОР ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ
ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
От бутылки из прозрачного бесцветного стекла емкостью 0,5 л
отрезают дно и бутылку укрепляют вертикально, горлышком
вниз, при помощи кольца и хомутика, зажатых в лапках штати-
ва (рис. 15).
В*-резиновой пробке, подобранной по размеру горлышка бу-
тылки, сверлят отверстие диаметром 0,7—1 см. Это отверстие с
узкого конца пробки расширяют на конус. В отверстие вставля-
ют стеклянную или металлическую трубку длиной 4—5 см так,
чтобы она дошла только до конусообразной части пробки
(рис. 16).
В бутылку опускают стеклянную воронку с надетой на ее ко-
нец резиновой трубкой, имеющей внутренний диаметр 0,5—0,8 см
(рис. 17). Внутри бутылки резиновую трубку располагают гори-
зонтально. Для этого в трубку вводится конец медной или алю-
17
Рис. 15. Прибор для наблю-
дения движения жидкости.
миниевой проволоки, изогнутой под прямым углом. Сечение про-
волоки подбирают в зависимости от упругих свойств и внут-
реннего диаметра резиновой трубки. Конец трубки закрывают
пробкой.
Вдоль образующей резиновой трубки на равных расстояниях
делают отверстия с таким расчетом, чтобы в них плотно вошли
капсюли от примусных головок. Все
капсюли должны располагаться в од-
ной плоскости.
Если нет примусных капсюлей, то
отверстия можно прожечь тонкой рас-
каленной иглой. Для разметки отвер-
стий можно использовать прямоуголь-
ную доску с нанесенными на нее с по-
мощью угольника поперечными линия-
ми. При прожигании отверстий необхо-
димо доску положить вдоль натянутой
трубки, а иглу держать по направле-
нию меток на доске.
Такая разметка обеспечит располо-
жение отверстий в одной плоскости па-
раллельно друг другу.
Длина резиновой трубки подбирает-
ся такой, чтобы верхний край воронки,
на которую она надета, немного высту-
пал за край бутылки, а горизонтальная
часть резиновой трубки располага-
лась немного выше середины бутылки
(рис. 15).
В качестве обтекаемых тел исполь-
зуются деревянные цилиндры разного
поперечного сечения, окрашенные темной масляной краской. Вы-
сота каждого цилиндра должна быть немного меньше диаметра
бутылки, но каждый из них, опущенный в бутылку, должен плот-
но касаться ее стенок.
Цилиндры подвешивают на проволоке так, чтобы их образую-
щая (ось) была перпендикулярна той части резиновой трубки,
в которую вставлены капсюли. На проволоке делают изгиб, в ко-
торый должна плотно входить резиновая трубка (рис. 18).
Воронка и цилиндр удерживаются внутри бутылки с помощью
кольца, изготовленного из упругой проволоки.
Регулировать скорость вытекания жидкости из прибора мож-
но с помощью металлического зажима, надетого на резиновую
трубку.
Подготовка прибора для демонстрации проводится в такой
последовательности. Зажим отливной резиновой трубки не-
много отпускают, а конец трубки сжимают плоскогубцами или
18
таким зажимЬм, который можно быстро разжать. В бутылку на-
ливают столько чистой воды, чтобы резиновая трубка с капсю-
лями оказалась наполовину погруженной в воду. После этого на-
чинают наливать подкрашенную воду в воронку и одновремен-
но доливать чистую воду в бутылку.
Таким образом, в изогнутой резиновой трубке внизу будет
елой чистой воды, а вверху — слой подкрашенной.
При снятии плоскогубцев вода будет вытекать из прибора.
Одновременно начнет вытекать вода из воронки. Вначале выйдет
Рис. 16.
Пробка с
трубкой.
Рис. 17. Воронка
с надетой на нее
резиновой трубкой.
Рис. 18. Цилиндр,
подвешенный на
проволоке,
имеющей изгиб.
чистая вода, затем резко выделяющиеся цветные струйки, кото-
рые и будут имитировать линии тока.
Регулируя зажимной винт, доживаются такой скорости выте-
кания воды из прибора, при которой наиболее отчетливо видны
линии течения жидкости. После этого зажим можно считать от-
регулированным, а весь прибор — подготовленным для демонст-
рации.
Помещая цилиндры различного сечения внутрь прибора, мож-
но наблюдать обтекание их жидкостью.
Предлагаемый прибор можно использовать и для демонстра-
ции скорости движения частиц жидкости при помощи линий тока.
Где площадь сечения прибора меньше, скорость движения жид-
кости больше и густота линий тока будет также больше.
Наблюдать оба явления учащиеся могут непосредственно. В
этом случае за прибором необходимо поставить белый непрозрач-
ный экран.
Для обеспечения лучшей видимости линий тока движущейся
жидкости их можно спроецировать на экран.
19
И. Н. Нечипорук
(г. Винница)
ДВА ПРИБОРА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ МЕХАНИЧЕСКИХ
АВТОКОЛЕБАНИЙ
Первый прибор (рис. 19) удобен для демонстрации обратной
связи в часах. Он состоит из маятника /, подвешенного на оси 2
так, как показано на рисунке 19, а, нитки с грузом 3, кривоши-
па 4 и скобки со стержнем 5 для закрепления прибора в штативе.
Чтобы накрутить нить на ось кривошипа, маятник смещают
влево или переводят в верхнее вертикальное положение. На ри-
сунке 19, б, в, г показаны различные положения маятника и
кривошипа через ‘А периода колебания:
в положении б после сообщения маятнику импульса криво-
шип перешел на верхнюю дугу, маятник может отклоняться
дальше;
в положении в (положение равновесия) маятник получает
очередной импульс;
в положении г кривошип на нижней дуге, маятник продолжа-
ет отклоняться влево.
Прибор можно использовать как метроном. Для хорошей
слышимости ударов на левом конце оси маятника укрепляют бу-
мажный диффузор.
Работу второго прибора можно понять из рисунка 20. При
движении по проволочной винтовой дорожке 1 шарик 2 попада-
20
ет в нижнюю трубку ротора 3 и ударом отводит рычажок 4. Тог-
да ротор 3 за счет энергии натянутой резинки И поворачивает
ся на пол-оборота, шарик быстро переносится вверх и повторяет
движения по винтовой дорожке. Получаем автоколебания.
Рычажок 4 напоминает по работе «собачку» в храповом ме-
ханизме. 5 — стержень для закрепления прибора в штативе, 6 —
Рис. 20. Прибор для демонстрации механических
автоколебаний.
штифт, 7 — ось ротора, 8 — шкив, навинченный на ось ротора, 9 —
шайба, 10 — шнур, 12— стержень, закрепляемый в штативе, 13—
пружина рычажка.
Прибор может быть использован как механическая модель
электрической цепи. На винтовую дорожку можно положить два
или три шарика на равных расстояниях. Тогда энергия растяну-
той резинки расходуется быстрее. Аналогии: 1) в замкнутой элек-
трической цепи энергия аккумулятора расходуется быстрее при
возрастании величины тока; 2) чтобы восстановить действие
электрической цепи, разрядившийся аккумулятор заряжают Ос-
лабевшую резинку в предлагаемом приборе натягивают, закру-
чивая ротор по часовой стрелке. В каждом случае необходимо
затратить постороннюю энергию.
21
Н. М. Гончаренко
(Ужгородский государственный
университет)
ШКОЛЬНЫЙ КРУТИЛЬНЫЙ МАЯТНИК
Схема предлагаемого прибора приведена на рисунке 21. Шта-
тив прибора 1 представляет собой трубу, нижнее основание ко-
торой плотно насажено на металлический цилиндр, а основание
Рис. 21. Схема устройства крутильного маятника.
последнего закреплено на доске, являющейся основанием всей
установки. На трубу насажена металлическая болванка 2, на
которой с помощью винта 3 укреплены пустотелый цилиндр 4
(в нашем варианте цилиндр изготовлен из учебной гранаты) и
скоба трубки 12. В основании цилиндра 4 запрессованы под-
шипники 5 (не обязательно шариковые), в которых может вра-
щаться ось маятника 6.
Маятник представляет собой алюминиевую пластинку 7 с
грузами 8 и 9. Пластинка с грузами образует по отношению к
22
оси вращения 6 уравновешенный рычаг, соотношение плеч кото-
рого 1:4.
На противоположном конце оси закреплена спиральная пру-
жина 10 (в нашем варианте — от патефона). Второй конец этой
пружины закреплен на выступе секторного рычага 11. Сектор-
ный рычаг изготовлен из листового металла. Форма рычага обес-
печивает достаточную прочность. Осью вращения рычага слу-
жат трубка. 12. Рычаг приводится в движение электродвигателем
через систему передач. Число оборотов двигателя регулируется
реостатом.
Поворотом винта 14, снабженного фетровым тампоном 15, ре-
гулируется сопротивление колебательной системы.
Рис. 22. Схема крепления
пружины и рычагов.
Рис. 23. Общий вид маятника.
На рисунке 22 показана схема крепления пружины и рычагов,
на рисунке 23 — общий вид прибора.
Работа с прибором осуществляется в следующем порядке.
Отклоняем на некоторый угол груз маятника 8 и определяем пе-
риод собственных колебаний. Затем включаем двигатель и, на-
блюдая за движением конца штока 13, определяем период вы-
нуждающей силы. Амплитуда вынужденных колебаний фиксиру-
ется при помощи шкалы.
При изменении числа оборотов двигателя можно опреде-
лить зависимость вынужденных колебаний маятника от часто-
ты вынуждающей силы. По полученным данным можно вы-
чертить кривую резонанса. Изменение сопротивления движе-
нию колебательной системы, осуществляемое с помощью при-
бора, позволяет выяснить изменение резонансной картины и, сле-
довательно, влияние этого изменения на форму кривой резо-
нанса.
23
Б. Г. Войцеховский
(г. Москва, средняя школа № 145)
ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ СТОЯЧИХ ВОЛН
В данном приборе стоячую волну можно наблюдать на шну-
ре, который приводится в колебательное движение возвратно-по-
ступательным движением штока.
Рис. 24. Установка для демонстрации стоячих волн.
Характеристика конструктивных элементов прибора (рис. 24).
1. Электродвигатель 1 коллекторный, переменного тока, рас-
считанный на напряжение 127 в, номинальная сила тока 0,3 а,
мощность 35 вт, число оборотов в минуту 800, тип РУ-11.
2. Муфта 2 выполнена из резинового шланга. Длина муфты
40 мм, внешний диаметр 12 мм, внутренний диаметр 6 мм.
3. Гайка упорная 3 из стали. Навинчивается на вал кривоши-
па. Препятствует продольному движению кривошипа. Длина
30 мм, диаметр 4 мм.
4. Кронштейн кривошипа 4 выполнен из дюраля. Высота
30 мм, длина 52 мм. В кронштейн запрессованы бронзовые втул-
ки. Они играют роль подшипников, в которых вращается вал
кривошипа!
24
5. Кривошип 5, шатун 6 и шток 7 преобразуют вращательное
движение вала двигателя в поступательное движение штока.
Кривошип длиной 85 мм изготовлен из стали. Диаметр вала
6 мм. Диаметр маховика 70 мм, толщина маховика 7 мм, диаметр
вырезов 8 мм.
Шатун изготовлен из дюраля. Длина 130 мм, диаметр 8 мм.
Шток изготовлен из стали. Длина 125 мм, диаметр 8 мм.
6. В отверстие, просверленное в арочном кронштейне 8, встав-
лена и приварена стальная втулка, через которую двигается
шток. Это устройство сделано для создания направленного дви-
жения штока. Высота арочного кронштейна 245 мм, ширина
145 мм, диаметр дужки 15 мм, материал— дюраль.
Рис. 25. Электрическая схема прибора для демонстра-
ции стоячих волн.
7. Для изменения числа оборотов двигателя применяется ре-
остат 9, а выключается двигатель с помощью выключателя 10.
Реостат состоит из трех сопротивлений: переменного на 70 ом
и двух трубчатых постоянных сопротивлений соответственно
75 ом и 150 ом. Комбинируя позвенное включение сопротивле-
ний реостата, можно изменять число оборотов двигателя.
Все детали смонтированы на деревянном основании. Элект-
рическая схема действующей модели прибора показана на ри-
сунке 25.
Принцип действия. Вращение вала электродвигателя преоб-
разуется в возвратно-поступательное движение штока.
Если с помощью дополнительного рычага 13 соединить шток
с пружинным маятником, то, изменяя число оборотов электро-
двигателя, можно наблюдать, как увеличивается смещение ко-
лебаний пружинного маятника при подходе к резонансу.
25
Изменение смещения пружинного маятника фиксируется, дли-
ной риски колеблющейся электрической лампочки, которая пи-
тается от гальванического элемента, подключенного к этой лам-
почке посредством гибких проводников.
С. М. Дмитриева, Ю. К. Козачук,
А. И. Коронке вин, С. Е. Рожков
(г. Львов)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ
И СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ
Способы измерения неэлектрических величин с помощью раз-
личных индикаторов электрического тока нашли широкое приме-
Рис. 26. Схема установки для
определения длины звуковой
волны.
нение в научно-исследователь-
ской работе и технике. Они при-
меняются и при проведении экс-
перимента по физике в средней
школе.
Определение длины звуковой
волны производится способом об-
разования стоячей волны. Однако
наличие узлов и пучностей опре-
деляется не по слуху, а при помо-
мощи усилителя колебаний низ-
кой частоты, снабженного «глаз-
ком»-индикатором, что обеспечи-
вает высокую точность измере-
ния.
Установка (рис. 26) состоит
из стеклянного цилиндра 1 дли-
ной 1,3—1,6 м, диаметром 50—
60 мм, соединенного при помощи
гибкого шланга 2 с бачком 3, Ба-
чок размером 350X150X90 мм,
снабженный противовесом 4, мо-
жет двигаться по направляю-
щим 5 (железным трубкам).
При перемещении бачка уро-
вень воды в цилиндре изменяется.
Высоту воздушного столба изме-
ряют при помощи шкалы, укреп-
ленной на цилиндре.
Источником звука является
звуковой генератор (например,
ЗГ-10). Ток звуковой частоты по-
26
ступает в телефон 6. Нами использован телефон ТА-4 сопротив-
лением 2000 ом.
Звуковые волны отражаются от поверхности жидкости в ци-
линдре. Наложение прямой и обратной волн приводит к обра-
зованию стоячей волны (рис. 27). Звуковые колебания через ми-
крофон 7 (нами использован микрофон МД-55) доходят до уси-
лителя (рис. 28), снабженного
Рис. 27. Образование стоячей
волны..
«глазком»-индикатором. Если ми-
крофон расположен на уровне
пучности стоячей волны, то бу-
дет восприниматься максималь-
ная звуковая энергия, если же на
уровне узла, то — минимальная.
Наблюдая за «глазком» усили-
теля, можно точно фиксировать
соответствующую высоту уровня
жидкости по расположению узла
или пучности стоячей волны.
Рис. 28. Усилитель с «глазком»
индикатором.
Стеклянная труба, в которую вмонтированы телефон и микро-
фон, должна быть сверху изолирована, чтобы в микрофон не по-
падали посторонние шумы (громкий разговор, стук дверей
и т. п.), что может влиять на работу прибора.
В качестве усилителя низкой частоты может быть использо-
ван любой стандартный усилитель, обеспечивающий достаточно
равномерное усиление в интервале от 300 до 4000—5000 гц, к ко-
торому нужно подключить индикатор настройки.
Определение длины волны сводится к следующему. Включив
звуковой генератор на определенную частоту и наблюдая за
«глазком» усилителя, устанавливают уровень воды L], в цилиндре
так, чтобы микрофон находился на уровне узла или пучности
стоячей волны (нулевой минимум или максимум). Выбор мини-
27 -
мума или максимума зависит от того, на что более остро реа-
гирует «глазок»-индикатор. Записав величину Li, нужно быстро
передвинуть бачок вверх (или вниз) и, наблюдая за «глазком»,
считать минимумы (максимумы) до тех пор, пока уровень воды в
цилиндре и в бачке не сравняются. Уровень воды L2, соответст-
вующий последнему минимуму (максимуму), нужно уста-
новить точно. Расстояние L = La—Л равно длине N полуволн
(см. рис. 27). Следовательно, длина волны определяется равен-
ством:
Х =
N ’
Опыт по определению длины волны следует повторить не-
сколько раз и вычислить среднее арифметическое из полученных
величин.
Скорость звука определяется по формуле:
с = Xv.
Определить длину волны и вычислить скорость звука следу-
ет для различных частот, для наглядности лучше выбрать крат-
ные значения, чтобы на основании экспериментальных данных
показать учащимся, что скорость звука не зависит от частоты, а
длина звуковой волны обратно пропорциональна частоте.
После экспериментального определения скорости звука по-
лезно для сравнения вычислить скорость звука по формуле:
где k — показатель адиабаты. R— универсальная газовая посто-
янная, Т — абсолютная температура, р— масса одного грамм-
моля. •
Величину k можно определить как постоянную, зависящую
от атомного веса газа, a R— как величину, постоянную для всех
ллоолс атм-л
газов и равную 0,08206—-------.
град» моль
Н. М. Сакевич
(Витебский медицинский институт)
ИЗЛУЧАТЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКА
Частота ультразвуковых колебаний превосходит 20 кгц. Дли-
на волны ультразвука в воздухе лежит в пределах от 1,6 до
0,3* 10-4сл<, в жидкостях — от 6 до 1,2» 10“4сл, а в твердых те-
лах— от 20 до 4 • 10-4 см. Таким образом, по длине волны наибо-
лее короткие ультразвуковые волны сравнимы со световыми.
(Желтая линия Na имеет длину волны 0,539» 10~4ои.)
28
Вследствие малости длин волн ультразвук может распростра-
няться направленными пучками, получившими название ультра-
звуковых лучей.
Источником ультразвука может служить камертон, длина
вилки ноторого составляет несколько миллиметров. Частота ко-
лебаний такого камертона примерно 90 кгц. Ультразвук с ча-
стотой до 35 кгц можно получить при возбуждении круглой сталь-
ной пластинки диаметром 35 мм и толщиной 10—12 мм, закреп-
ленной в центре. Однако колебания, возбуждаемые этими источ-
никами, быстро затухают.
Кроме перечисленных механических излучателей ультразвука,
широко применяются электромеханические излучатели, в кото-
рых ультразвук образуется за счет возбуждения механических
колебаний переменным электрическим или магнитным полем.
Чаще применяют преобразователи, основанные на явлениях маг-
нитострикции и пьезоэлектричества.
Явление магнитострикции заключается в том, что стержень
(или трубка) из ферромагнитного материала, помещенный в пе-
ременное магнитное поле, например внутрь катушки, обтекаемой
переменным током, изменяет свои размеры при изменении напря-
женности поля. В переменном магнитном поле такой стержень
приходит в колебательное движение, являясь, таким образом,
источником излучения ультразвука. Для увеличения амплитуды
колебаний такого стержня используется явление резонанса. Ча-
стота получаемых таким образом колебаний составляет от 10 до
200 кгц.
Для получения ультразвуковых колебаний более высоких ча-
стот используют пьезоэлектрические излучатели, которые осно-
ваны на свойстве некоторых кристаллов, например кварца, сег-
нетовой соли, титаната бария и др., менять свои размеры в пе-
ременном электрическом поле.
Рассмотрим пьезоэлектрический излучатель с кварцевой пла-
стинкой.
Вырезанная из куска кварца пластинка обладает собствен-
ной частотой, определяемой выражением:
. 2880
f = — кгц,
где d — толщина пластинки в миллиметрах.
На две противоположные широкие грани пластинки наносят
электроды в виде тонких слоев серебра, имеющих толщину по-
рядка 8—15 мк. С этой целью пластинку промывают в спирте,
высушивают и затем погружают в раствор, состоящий из
2—3-процентного аммиачного раствора окиси серебра (Д§2О> и
добавленного к нему немногим меньшего объема 35—40-процент-
ного раствора формальдегида (СН2О). Раствор предварительно
нагревают до 40—50°С. Спустя 1,5—2 ч пластинку вынимают из
29
раствора, слой серебра, осевший на ее узкие грани, счищают но-
жом, а осевший на широкие грани оставляют и высушивают.
Укрепление кварцевой пластинки в излучателе осуществле-
но так.
В центре плиты А, изготовленной из плексигласа или из дру-
гого изоляционного материала, крепится медная пластинка В,
нижнее основание которой вставлено в прорезанное в плите уг-
лубление (рис. 29).
Верхняя поверхность медной пластинки хорошо пришлифо-
вывается к кварцевой пластинке С.
Рис. 29. Способ закрепле-
ния кварцевой пластинки.
_0 0—
300-ЪОО в
Рис. 30. Схема соединения кварцевого
излучателя с колебательным контуром.
Пластинка В служит одновременно и электродом. Вторым
электродом служит медная пластинка Д. В центре медной пла-
стинки вырезано круглое отверстие О, диаметр которого на 2—
3 мм меньше диаметра кварцевой пластинки. Крепление пластин-
ки Д, которая также должна быть хорошо пришлифована к поверх-
ности кварцевой пластинки, производится тремя или четырьмя
винтами с пружинами. В отверстие пластинки Д наливают транс-
форматорное масло и ставят сосуд Е с исследуемой жидкостью
(водой, спиртом, керосином и др.). При установке сосуда надо
следить за тем, чтобы между основанием сосуда, т. е. плексигла-
совой линзой, и кварцевой пластинкой не остались пузырьки воз-
духа, так как ультразвуковые колебания сильно поглощаются
газами. Если пластинка Д недостаточно хорошо пришлифована
и масло протекает, то следует закрепленную кварцевую пластин-
ку полностью погрузить в другой сосуд, заполненный трансфор-
маторным маслом.
30
Закрепленные электроды присоединяют к колебательному
контуру лампового генератора (рис. 30). Последний собирается
в основном .из-готовых деталей. Катушка АС наматывается на
пертинаксовый каркас (или без каркаса) из медного провода
диаметром не менее 3 мм. Диаметр витков должен быть 100 мм,
шаг намотки 1,7 мм. Число витков на участках АВ и ВС соответ-
ственно равно 25 и 16 (при частоте 1000—2000 кгц).
Чтобы сфокусировать ультразвуковые волны, можно приме-
нить линзу из стекла, плексигласа, алюминия или другого ма-
териала. Для простейших опытов нетрудно изготовить плоско-
вогнутую линзу из плексигласа. Для этого в плоском плексигла-
совом диске диаметром 30 мм и толщиной 10 мм сверлят углуб-
ление диаметром 25 мм и глубиной 7—8 мм и последующей шли-
фовкой придают ему сферическую форму.
Если такую линзу поместить перед кварцевой пластинкой на
некотором расстоянии, подобранном опытным путем, то можно
сфокусировать излучаемые колебания в одну точку. В этой точ-
ке поверхность жидкости вспучивается на несколько миллимет-
ров вверх, а отдельные частицы жидкости поднимаются на высо-
ту 5—10 см, образуя фонтан.
При настройке лампового генератора добиваются наибольшей
высоты фонтанчика, что является признаком совпадения частоты
генератора с частотой упругих колебаний кварцевой пластинки.
Плавная и точная настройка обеспечивается применением
верньерного устройства (можно рекомендовать передаточное
число дисков 1:20).
Описанный выше ламповый генератор можно присоединить к
источнику повышенного напряжения (до 500 в) и получить бо-
лее интенсивные ультразвуковые волны.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОТА
М. А. Ушаков
(Московский государственный
педагогический институт
имени В. И. Ленина)
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ПРОВЕРКИ
ГАЗОВЫХ ЗАКОНОВ
В демонстрационных приборах, применяемых для проверки
газовых законов, используются либо стеклянные сосуды, в кото-
рых роль «подвижного поршня» играет ртуть, либо непрозрач-
ные металлические сосуды с резьбовым поршнем или с гофриро-
ванными стенками.
Приборы первой группы отличаются исключительной просто-
той и наглядностью Величина давления газа в этих приборах
вычисляется по разности давлений ртутных столбов, что обеспе-
чивает высокую точность измерений. Но ртуть — дефицитный
материал, а ее пары опасны для жизни.
Приборы второй группы конструктивно сложнее приборов
первой группы и менее наглядны, так как учащиеся лишены воз-
можности непосредственно наблюдать за объемом исследуемого
газа. Давление газа в этих .приборах измеряется металлическим
манометром.
В практике работы указанного выше института на протяже-
нии ряда лет используется универсальный прибор для проверки
газовых законов, который обладает наглядностью, присущей
приборам первой группы, и для его работы не требуется ртути.
Прибор * состоит из двух оксиально расположенных стеклян-
ных трубок 1 и 2, зажатых резиновыми прокладками 3 между
двумя фланцами 4, которые стягиваются длинными тонкими
шпильками 5. Давление газа измеряется манометром 6. Темпе-
ратура воды измеряется термометром 7. Объем исследуемого
газа можно изменять гидравлическим поршнем. Прибор снабжа-
ется кранами, которые отчетливо видны на схеме (рис. 31).
Исследуемый газ находится во внутренней трубке. Сжатие
его производится жидкостью, поступающей в нижнюю часть
• Авторское-свидетельство № 110402 с приоритетом от 5 апреля 1957 г.
выдано на имя автора настоящей статьи.
32
центральной трубки при накачивании воздуха в гидравлический
аккумулятор 8 насосом Шинца.
Изменять объем исследуемого газа, давление которого опре-
деляется по показаниям манометра, можно в широких пределах,
для этого, закрыв кран а, надо медленно открывать кран б. На-
ружная стеклянная трубка является «рубашкой» для внутренней
трубки. В пространство между трубками можно заливать горя-
чую воду или масло.
Рис. 31. Схема прибора для проверки газовых законов.
При проверке закона Бойля —Мариотта при комнатной' тем-
пературе газа нет необходимости заливать в «рубашку» воду,
однако наличие подкрашенной воды в «рубашке» намного улуч-
шает видимость исследуемого объема газа при малом сечении
внутренней трубки.
При проверке других газовых законов целесообразно вместо
воды использовать льняное масло (растительное), плотность на-
сыщающих паров которого очень мала, а использование воды
нежелательно, так как плотность насыщающих водяных паров
достаточно велика и при сильном нагревании исследуемого газа
могут получиться значительные отклонения от проверяемых га-
2 Заказ 277
33
зовых законов. Использование минеральных масел совершенно
недопустимо, так как летучие фракции сильно влияют на ре-
зультаты измерений.
Гидравлический аккумулятор 8 должен иметь объем около
одного литра. Его можно изготовить из металлической консерв-
ной банки.
Для измерения давления лучше всего воспользоваться
мановакуумметром с пределами измерения 760 мм рт. ст.—
0—3 атм.
Можно ограничиться обычным манометром. В этом случае,
прежде чем провести первое измерение давления, газ надо пред-
варительно сжать, а дальнейшие измерения проводить после уве-
личения объема газа и после уменьшения его объема.
Допустимое давление газа в приборе определяется прочно-
стью внутренней трубки. Однако не следует доводить давление
газа в ней более 2 атм.
Для предлагаемого прибора наиболее удобным оказывается
технический или образцовый манометр на 1 атм. Этот манометр
имеет очень большую шкалу, которую хорошо видно со всех
мест в классе. Перед демонстрацией опытов необходимо нэпом*
нить учащимся, что металлические манометры измеряют
избыточное давление газа по сравнению с атмосферным
давлением.
При определении размеров прибора следует руководствовать-
ся следующими соображениями:
а) необходимо уменьшить по возможности все «мертвые про-
странства», объем которых нельзя учесть при определении объ-
ема исследуемого газа;
б) объем, заключенный между трубками, должен быть боль-
шим, чтобы не происходило быстрого изменения температуры
воды или масла в рубашке, а следовательно, и температуры ис-
следуемого газа.
Чтобы уменьшить «мертвые пространства», манометр надо
соединять с внутренней трубкой непосредственно, без промежу-
точных шлангов, а внутреннюю трубку брать таких размеров,
чтобы объем ее значительно превосходил объем манометриче-
ской трубки манометра. С этой же целью желательно использо-
вать жидкостный манометр.
Размеры прибора, указанные на рисунке 31, являются при-
близительными.
На рисунке не показана мешалка, необходимая для поддер-
жания температуры жидкости во всем объеме рубашки равно-
мерной. Мешалку можно изготовить по типу той, которая при-
меняется в калориметре.
Для уменьшения теплообмена между газом и окружающей
средой фланцы у прибора следует изготовить из пластмассы
(винипласта).
34
В. К. Савченко
(Уманский педагогический институт)
ПРИБОР ДЛЯ ПРОВЕРКИ
ЗАКОНА БОЙЛЯ-МАРИОТТА
Толстостенный стеклянный сосуд с широким горлышком
(рис. 32) наполняют подкрашенной водой и закрывают укорочен-
ной пробкой 2 так, чтобы между уровнем воды в сосуде и проб
кой остался слой воздуха. В пробку вставляют тройник и баро
метрическую трубку 4 закры-
тым концом вверх. С помощью
резиновых трубок один конец
тройника соединяют с резино-
вой грушей (без клапана), а
второй конец тройника — с от-
крытым ртутным манометром.
На резиновый шланг, соединен-
ный с грушей, надевают за-
жи^1 3.
Пробку 2 тщательно зали-
вают менделеевской замазкой.
Подготовленный указанным
способом прибор годен для про-
верки закона Бойля — Мари-
отта.
При увеличении давления
воздуха в сосуде с помощью
груши уровень воды в трубке 4
повышается. Давление воздуха
в трубке равно:
~~ Н ^1» Рис. 32. Прибор для проверки закона
Бойля — Мариотта.
где Н — атмосферное давление в мм pm. cm., h\ — разность уров-
ней ртути в манометре.
После сжатия воздуха резиновая трубка, соединенная с гру-
шей, зажимается с помощью зажима Гофмана 5.
Подсчет ведется так.
Объем воздуха в барометрической трубке равен:
где S — площадь сечения трубки, Ц — высота столбика воздуха в
барометрической трубке.
После изменения давления воздуха в барометрической трубке
P2 = H + h*
V2 = Sl2.
3*
33
По закону Бойля — Мариотта
рЛ=(Я+ВД;
PaV2 = (//-)- h^Sl^,
откуда
(Я + AJ/j = (Я + й2)/2 = const.
При измерении давления воздуха в барометрической трубке
следует учесть допускаемую ошибку. Истинная величина давле-
ния воздуха в барометрической трубке будет меньше давления,
х
определяемого манометром, на величину мм рт. ст., т. е. на
величину давления столбика воды от уровня ее в сосуде до уров-
ня в барометрической трубке. При малом давлении эта ошибка
мала.
Прибор небольших размеров может быть использован для
работы физического практикума,, а увеличенных размеров — как
демонстрационный,
А. Л. Егоров
(г. Москва)
ДЕМОНСТРАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ХОЛОДИЛЬНОЙ
УСТАНОВКИ
Модель (рис. 33) собирается из стеклянных трубок на жест-
кой деревянной вертикальной панели размером 450x220 мм.
Принцип работы: при сжатии сильфона 1 пары эфира, находя-
щиеся в замкнутой системе, через клапан 2 поступают в змеевик3.
Змеевик помещен в так называемый «горячий» теплообменник 4,
наполненный водой. Сжатые пары конденсируются. Выделяю-
щееся при конденсации тепло передается воде. Сжиженный эфир
под давлением поступает в испаритель 5, окруженный водой, на-
литой в «холодный» теплообменник 6. При растягивании силь-
фона 1 пары эфира удаляются из сосуда 5 через клапан 7, соз-
давая в нем разрежение. Эфир, вырываясь из узкого распыли-
теля в разреженное пространство, интенсивно испаряется, что
приводит к уменьшению внутренней энергии окружающей воды.
В результате вода в сосуде 4 нагревается, а в сосуде 6 охлажда-
ется.
Ртутный манометр 8 служит для наблюдения разности давле-
ний эфира до испарителя и после испарителя.
В теплообменниках 4 и 6 помещены закрытые сосуды-термо-
скопы 9, соединенные внизу горизонтальной трубкой 10 с введен-
ной в нее каплей ртути. При изменении температуры воды в теп-
лообменниках довольно быстро начнется перемещение этой кап-
ли ртути относительно шкалы 11. Для того чтобы показать, что
36
Рис. 33. Модель холодильной установки.
при работе установки температура воды в сосуде 4 повышается,
а в сосуде 6 понижается, нужно в эти сосуды поместить термо-
метры с хорошо видимыми шкалами.
Модель собирают на панели, закрепленной на основании 12,
размером 220x150 мм. Для придания модели жесткости приме-
няют фанерные косынки 13. Панель желательно сделать из фа-
37
Рис. 34. Трубка
с клапаном.
неры толщиной 15—18 мм. Жесткость более тонкого листа фане-
ры можно увеличить рейками, прибив их с тыловой стороны.
Сильфон можно использовать любой, в том числе и от старого
автомобильного термостата. Если в сильфоне имелась жидкость,
то ее необходимо вылить, а затем тщательно промыть сильфон
внутри эфиром. В один из его торцов нужно впаять медную или
латунную трубку наружным диаметром 5—6 мм и длиной 25—
30 мм, а к другому торцу припаять проволочную петлю. При
этом нужно помнить, что пары эфира могут вызвать взрыв при
пайке, поэтому сильфон предварительно (для
удаления паров эфира) надо тщательно прогреть
на водяной бане.
При пайке нужно применять канифоль.
Подготовленный сильфон должен быть герме-
тичным.
Клапаны 2 и 7 совершенно одинаковы и пред-
ставляют из себя кружки толщиной 1,5—2,5 мм,
вырезанные из корковой пробки. Кружки долж-
ны иметь такой диаметр, чтобы они свободно пе-
ремещались в трубках и в то же время перекры-
вали отверстия в пробках (рис. 34).
На рисунке 34 показано устройство цилиндров
с клапанами. В нижнюю корковую пробку 19
вставляют изогнутую стеклянную трубку 18 диа-
метром 4—6 мм с ровными краями так, чтобы
она и меньший торец пробки были на одном
уровне. Затем этот торец нужно хорошо отшли-
фовать на мелкой шкурке, положенной на плос-
кую поверхность.
Торцы клапанов также следует отшлифовать
на шкурке, лежащей на плоской поверхности. Верхняя проб-
ка 20 и отводная трубка 21 такие же, как нижняя пробка и труб-
ка. Сами цилиндры длиной 30—40 мм можно сделать из стек-
лянной трубки диаметром 12—18 мм. Для лучшей герметично-
сти пробок их следует тщательно залить снаружи менделеев-
ской замазкой или сургучом.
«Горячий» теплообменник 4 изготовляют так. Стенки 22 и
дно 23 теплообменника (рис. 35) вырезают из фанеры толщиной
8—10 мм. Размеры их зависят от размеров баллона термостата 9
и змеевика 3. Термостат делают из стеклянной трубки диаметром
15—20 мм. Змеевик надо согнуть из тонкостенной стеклянной
трубки так, чтобы в нем не было мест, где бы мог застаиваться
жидкий эфир. Выводные патрубки термоскопа 4 и змеевика 3
вставляют на клее БФ-2 в отверстия, подготовленные в дне теп-
лообменника. Они должны плотно входить в эти отверстия. На
этом же клее стенки 22 шурупами крепят ко дну 23. Стенки и
дно внутри покрывают 2—3 раза клеем БФ-2, каждый раз про-
33
сушивая. Затем шурупами на клее БФ-2 крепят переднюю 24 и
заднюю 25 стенки теплообменника, изготовленные из органиче-
ского стекла толщиной 2—4 мм.
Высота теплообменника должна быть около 100—120 мм.
Нужно стремиться, чтобы в теплообменник входило немного
воды, поэтому он должен быть изготовлен по возможности более
компактно.
«Холодный» теплообменник изготовляют в том же порядке,
что и горячий.
Отверстие распылителя 14 следует сделать диаметром
0,2—0,3 мм, вытянув его из стеклянной трубки диаметром 4- -
6 мм. При большем диаметре
отверстия распылителя уста-
новка работает хуже.
Сборку прибора начинают
с закрепления готовых тепло-
обменников к панели при по-
мощи шурупов, ввертываемых
с тыльной ее стороны в стенки
теплообменников. Затем соби-
рают всю систему стеклянных
трубок, укрепляя, где это нуж-
но, деревянные бруски-под-
ставки.
Эфир разрушает резину.
Поэтому края соединяемых
стеклянных трубок должны
быть ровными и, насколько
возможно, близко подходить
друг к другу в местах соеди-
нений, чтобы поверхность ре-
зиновых соединительных тру-
бочек меньше соприкасалась с
Рис, 35. Теплообменник.
парами эфира.
Сильфон нижним торцом закрепляется на кронштейне 15.
Конструкция и размеры кронштейна зависят от типа сильфона
и поэтому здесь не описываются. Понятно, что своими гофрами
сильфон не должен касаться панели.
Патрубок сильфона соединяют с тройником, стоящим между
цилиндрами (^с клапанами 2 и 7). К проволочной петле, припаян-
ной к верхней крышке сильфона, привязывают прочную нить,
продетую через отверстие в деревянном ограничителе 16. К
противоположному концу нити нужно привязать небольшую па-
лочку, чтобы за нее удобно было растягивать сильфон. Огра-
ничитель 16 крепится к панели так, чтобы он уже касался про-
волочной петли, когда давление в системе равно атмосфер-
ному.
39
Все соединения системы (в том числе и манометра) должны
быть герметичными, что достигается применением в нужных слу-
чаях менделеевской замазки или сургуча. Проверяют систему на
герметичность так: через патрубок 17 откачивают воздух насо-
сом Комовского или Шинца до тех пор, пока сильфон почти пол-
ностью не спадет, затем закрывают зажим патрубка /7 и в тече-
ние 1—1,5 ч следят за сильфоном. За этот срок он не должен
заметно выпрямиться.
Затем через патрубок 17 наливают при помощи бюретки ртуть,
наклонив притом прибор так, чтобы ртуть стекала в манометр.
Ртути нужно столько, чтобы ее уровень был немного ниже сере-
дины короткой трубки манометра. Затем в трубку 10 вводят кап-
лю ртути, вынув для этого ее конец из патрубка термоскопа «го-
рячего» теплообменника. После соединения трубки с термоско-
пом капля ртути должна располагаться ближе к горячему термо-
скопу. В таком виде и хранят прибор.
К демонстрации установку готовят так: через патрубок 17 в
систему наливают эфир, наклонив прибор так, чтобы эфир по-
падал к тройнику, соединенному с распылителем 14. Эфира
нужно налить столько, чтобы он начал переливаться из распы-
лителя 14 в камеру испарителя 5 и чтобы в последнем образо-
вался его слой глубиной 3—4 мм. Поставив прибор горизон-
тально, теплообменники заполняют водой, имеющей температу-
ру 18—20° С.
К патрубку 17 присоединяют шланг от насоса Комовского или
насоса Шинца и медленно начинают создавать в системе разре-
жение, следя при этом за уровнем эфира в распылителе 14.
Очень скоро этот уровень начнет быстро понижаться. Откачива-
ние продолжают. Как только уровень эфира в распылителе по-
низится до верхнего торца пробки, через которую он проходит,
не останавливая откачивание, плотно зажимают патрубок 17.
Система будет заполнена насыщающими парами эфира. При
температуре 18—20°С давление этих паров составляет 420—
440 мм рт. ст. и сильфон поэтому оказывается достаточно сжа-
тым.
Если с помощью нитки начать растягивать и отпускать силь-
фон, то это приведет к некоторому понижению давления в испа-
рителе 5 и к повышению давления в змеевике 3. Эфир будет вы-
брасываться мелкими каплями через распылитель 14 и, испаря-
ясь, отбирать тепло воды «холодного» теплообменника, а затем,
конденсируясь в змеевике 3, отдавать тепло воде «горячего» те-
плообменника. Через несколько десятков «качаний» сильфона
капля ртути в трубке 10 передвинется по шкале 11 влево. Про-
должая перекачивание, можно добиться разности температур
воды в теплообменниках в 5—8°С.
Если в теплообменники была налита ледяная вода и хорошо
произведено откачивание воздуха, то при длительной работе
40
сильфона можно добиться, что на испарителе 5 появится тонкий
слой льда.
После демонстрации воду из теплообменников нужно удалить
сильфоном или спринцовкой, зажим 17 открыть и сделать не-
сколько качаний, сжимая сильфон рукой, а затем оставить при-
бор в хорошо проветриваемом помещении.
Методические преимущества прибора: благодаря применению
стеклянных трубок и прозрачных передних стенок теплообменни-
ков учащиеся могут наблюдать не только изменения давления и
температуры, но и видеть, как пары конденсируются в змеевике,
эфир сбегает каплями вниз и вновь испаряется, вырываясь из
распылителя.
Некоторым неудобством является то, что хранить прибор
можно только в вертикальном положении (если из него не выли-
та ртуть). Когда прибор ставится на длительное хранение, то
ртуть нужно вылить через патрубок 17, соответствующим обра-
зом наклоняя прибор. Ртутную каплю из трубки 10 при этом так-
же нужно удалить.
Л, П. Свитков
(г. Москва)
СРАВНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
(работа для физического практикума),
Метод и оборудование
Работа знакомит учащихся с одним из основных методов
экспериментального изучения теплопроводности, основанном на
следующей закономерности: температурное поле охлаждаемого
тела изменяется во времени по экспоненциальному закону, по-
этому режим охлаждения тела зависит от начального распреде-
ления температур лишь в течение некоторого начального отрез-
ка времени, а по истечении этого времени процесс охлаждения
тела будет стационарным.
Прибор (рис. 36) состоит из двух латунных или жестяных
коробок 1, трех одинаковых металлических (алюминиевых) ди-
сков 2 и нескольких дисков 3 различной толщины из различных
теплоизоляционных материалов.
Алюминиевые диски можно отлить, расплавив соответству-
ющее количество металла в электрической муфельной печи, а
после отвердевания обточить на станке.
Части металлических коробок (боковые цилиндры, основа-
ния, трубки) соединяются пайкой.
На рисунке 37 указаны примерные размеры деталей прибо-
ра. Толщина металлических дисков определяется диаметром
41
Рис 36. Прибор для сравнения коэффициен-
тов теплопроводности геплоизолятопов.
просверленного углубления, в которое должен вставляться ла-
бораторный термометр. Толщину этих дисков можно умень-
шить, если будет возможность заменить лабораторные термо-
метры соответствующими термометрами на термисторах.
Сравнительно большой диаметр коробок (и дисков) • обу-
словлен тем, что площадь боковой поверхности диска должна
42
быть значительно меньше площади основания. Тогда потерями
тепла через боковую поверхность дисков можно будет прене-
бречь. Эти потери уменьшатся, если диски 2 собранного прибо-
ра опоясать лентой, например, из войлока толщиной около
0,5 см.
Толщина теплоизоляционных дисков, с одной стороны, не
должна быть большой, чтобы время, прошедшее от начала опы-
та до установления стационарного режима, не было велико; с
другой стороны, толщина их не должна быть малой, чтобы от-
носительная погрешность вычисления толщины не была слиш-
ком большой. Поэтому в зависимости от материала толщина
теплоизоляционных дисков колеблется от 2—3 мм до 8—10 мм.
Полезно сделать два деревянных диска из одной и той же
древесины для измерения теплопроводности вдоль волокон и
поперек волокон, по одному диску из стекла, фанеры, асбеста,
войлока и др.
В собранном приборе верхний и нижний металлические дис-
ки непосредственно соприкасаются с коробками, а средний изо-
лирован двумя теплоизоляционными дисками, отношение коэф-
фициентов телопроводности которых надо определить.
В металлические диски вставляют термометры. Термометр
надо обернуть фольгой, если он не плотно входит в подготов-
ленное углубление.
Через верхнюю коробку пропускают водяной пар (темпера-
тура 100° С) или горячую воду, а через нижнюю — холодную
воду.
В начале опыта температуры дисков будут меняться, а спу-
стя некоторое время после начала опыта температуры дисков
практически будут постоянными. Это значит, что тепловой по-
ток стал постоянным (количество теплоты, проходящее через
верхний теплоизолятор, равно количеству теплоты, проходяще-
му через нижний теплоизолятор).
После установления постоянного режима охлаждения ди-
сков снимают показания трех термометров и штангенциркулем
или микрометром измеряют толщину теплоизоляционных ди-
сков.
Сведения из теории теплопроводности, необходимые для вы-
полнения работы, можно сообщить учащимся во время подго-
товки к практикуму или изложить в руководстве к проведению
работы. Они заключаются в следующем.
Рассмотрим плоскую безграничную стенку (продольные раз-
меры стенки во много раз больше ее толщины). Пусть боковые
поверхности стенки поддерживаются при постоянных темпера*
турах t° и 4°> причем пусть t°>tz. Толщину стенки обозна-
чим через d (рис. 38).
От поверхности с более высокой температурой к поверхно*
сти с более низкой температурой будет передаваться определен-
43
Рис. 38.
Изменение
температуры
в плоской
стенке.
ное количество теплоты. Опыт показывает, что это количество
теплоты Q прямо пропорционально разности температур поверх-
ностей и обратно пропорционально расстоянию между поверх-
ностями. Понятно также, что количество теплоты, передаваемое
через стенку, прямо пропорционально площади, через которую
проходит теплота, и времен^ в течение которого
эта теплота передается.
Если обозначить площадь буквой 3, время —
буквой t, коэффициент теплопроводности — че-
рез X, то зависимость количества теплоты Q от
названных величин может быть записана так:
hZh st.
d
Физический смысл коэффициента теплопро-
водности вещества выясняется способом, из-
вестным учащимся: если в написанной формуле
принять (как принято в технике) ч, 3=1 At2,
t°— t2°=l° и d=l м, то получим:
м-ч-град
Определив количество теплоты, проходящее
через диск площадью 3 за время t при разности
температур t°—/20, и зная толщину диска d, мож-
но вычислить коэффициент теплопроводности А,.
Для выполнения работы достаточно приведен-
ных сведений, которые учащиеся IX—XI классов
легко усваивают.
)бщить учащимся, что коэффициент теплопро-
водности вещества зависит также от температуры, объемного
веса, влажности и давления. Поэтому коэффициент теплопро-
водности для газов находится в пределах от %=0,005 до 1=
0р ккал и а л л/? ккал
,□--------, для жидкостей—от Х=0,08 до Л=0,6----------,
м-ч-град м-ч-град
для строительных и теплоизоляционных материалов—от Х=0,02
а ле? ккал * г» а ккал
до Х=2,5 ---------и для металлов—от Х = 2 до А,=360------.
м*ч-град м>ч*град
В зависимости от температуры коэффициент теплопроводно-
сти, например, для меди изменяется от 304 до 420 —.
м- ч- град
Для большинства материалов зависимость коэффициента те-
плопроводности от температуры выражается формулой:
X = Ao(l + W°),
Полезно
где Ал — значение коэффициента теплопроводности при 0°С,
44
b — постоянная, определяемая из опыта. Эта формула анало-
гична известным учащимся формулам, выражающим зависи-
мость длины и объема тела от температуры.
Выполнение работы
Работа по определению абсолютного значения коэффициен-
та теплопроводности какого-либо вещества в условиях школы
сопряжена с большими трудностями как в смысле оснащения ее
необходимым оборудованием, так и по технике выполнения.
Сравнение же коэффициентов теплопроводностей двух тепло-
изоляторов может быть осуществлено без особых затруднений.
Практический смысл такой работы в единстве с физическим со-
держанием обеспечивает ее педагогическую эффективность.
Пусть в результате измерений учащиеся нашли, что толщи-
на одного теплоизоляционного диска di, а второго d2, темпера-
туры дисков соответственно 6°, t2°, t3° (режим охлаждения мож-
но считать стационарным, если показания термометров заметно
не меняются в течение пяти и более минут). Обозначив через
Xi коэффициент теплопроводности одного диска, а через к2—
коэффициент теплопроводности второго диска, можем запи-
сать: количество теплоты, проходящее через первый диск,
Qi=
количество теплоты, проходящее через второй диск,
Qi == 2 « " ^2*
“2
Пренебрегая потерями теплоты через боковую поверхность
дисков, можно считать, что Qj = Q2. Так как Si « S2, a Zj = t2, то
О О 0 0
/1 — 4 л 4 — h
Л1 - — л2 - ,
О] «а
откуда
о о
t* — h . di
~ — о о ~ *
*2 6 — ^2 “2
Таким образом можно определить, например, что теплопро-
водность сосны вдоль волокон примерно в два с половиной раза
больше теплопроводности ее поперек волокон, а теплопровод-
ность войлока примерно в три раза меньше теплопроводности
кожи.
После выполнения работы учащимся станет более понятным
применение тех или иных изоляторов и проводников теплоты в
технике и в быту.
45
Руководство к выполнению работы должно содержать воп-
росы теории, содержание работы, ход работы, оборудование.
На основании изложенного учитель составит краткое содержа-
ние работы и опишет вопросы теории.
Ход работы
1. Измерить толщину теплоизоляционных дисков.
2. Собрать прибор (рис. 36) и пропустить через верхнюю ко-
робку пар (или горячую воду), а через нижнюю—воду из водо-
провода. Чтобы уменьшить потери тепла через боковые поверх-
ности дисков, надо обернуть прибор войлочным поясом.
3. После того как показания термометров не будут заметно
меняться в течение пяти и более минут, записать эти пока-
зания.
4. Подставив полученные данные в формулу, сравнить коэф-
фициенты теплопроводности взятых веществ.
5. Заменить один из теплоизоляционных дисков и повторить
опыт.
Оборудование. Прибор для сравнения коэффициентов
теплопроводности, штангенциркуль, три лабораторных термо-
метра, диски из различных теплоизоляционных материалов
(картон, войлок, фанера, асбест и др.)
В школах, дающих учащимся теплотехнические специально-
сти, проведение данной работы может быть не только умест-
ным, но и необходимым. В прочих школах эта работа может
расширить содержание практикума, либо заменить собой (по
усмотрению учителя) одну из работ, либо может быть выполне-
на на внеклассных занятиях.
Я. С. Антропова
(Шадринский
педагогический институт)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
ТВЕРДЫХ ТЕЛ
(работа для физического практикума)
Предлагаемый способ определения коэффициента теплопро-
водности основан на следующем: если исследуемое тело имеет
небольшую высоту и наблюдение за передачей теплоты ведет-
ся непродолжительное время, то тепловой поток в направлении,
перпендикулярном^ к основанию тела, можно считать постоян-
ным.
Исследуемое тело в форме цилиндра большого поперечного
сечения S, но небольшой высоты кладут на верхнее основание
46
металлической коробки, через которую пропускают водяной
пар. Нижнще основание тела во время опыта будет иметь темпе-
ратуру пара, т. е. 6’=!00оС. На верхнее основание тела ставят
теплоприемник — калориметр с водой. Наблюдение за переда-
чей теплоты проводится непродолжительное время г. Поэтому
средняя температура воды и калориметра может быть принята
за температуру верхнего основания тела, то есть
где t\ и tz—начальная и конечная температура воды и кало-
риметра. Количество теплоты, передаваемое телом (например,
песком), будет равно количеству теплоты, которое пошло на на-
гревание калориметра и воды за определенный промежуток
времени. В связи с этим можно записать:
* 2
Q = X-----—— St,
где Q—количество теплоты, переданное телом вследствие тепло-
проводности, А—коэффициент теплопроводности, S—площадь
поверхности, через которую происходит теплообмен.
Q1 = (Cjfflj Са/И2)(/ 2 1)’
где Qi — количество теплоты, полученное калориметром и во-
дой.
Из равенства Q и Qi имеем:
_ (С1/П1 +сгт2) (Г2 - t'j) I
Этот способ определения коэффициента теплопроводности
был нами заимствован из руководства к практическим заняти-
ям в физической лаборатории Московского торфяного инсти-
тута *.
Для работы был использован сделанный нами прибор А с
парообразователем Б (рис. 39). Прибор А состоит из жестя-
ного цилиндрического каркаса 1 с вставленным в него картон-
ным цилиндром 3. Пространство между цилиндрами заполнено
стеклянной ватой или войлоком 2. На металлическую коробку
4, через которую пропускают пар, надето резиновое кольцо 5 и
насыпан слой песка 6, теплопроводность которого определяется.
* Н. Н. Кулаков, Руководство к практическим занятиям в физической
лаборатории, под ред. проф. Воларовича.ГИТТЛ.М,—Л., 1940, стр. 52—53.
47
Парообразователь Б состоит из латунного цилиндрического
сосуда 12, в котором находится вода 13 и пар 14 • резиновой
трубки /5, зажима 16 и электрической плитки 11.
Диаметр основания коробки 4 должен быть равен диаметру
калориметра 7, а высота ее—немного меньше высоты калори-
метра.
Резиновое кольцо 5 надевается на паровую коробку 4 так,
чтобы оно возвышалось над верхним основанием коробки при-
мерно на 10 мм. Высотой кольца вполне определяется толщина
слоя песка.
Рис. 39. Схема прибора для определения теплопровод-
ности твердого тела.
В коробке были сделаны два отверстия, в которые впаива-
лись небольшие трубки. Верхний патрубок соединялся с резино-
вой трубкой парообразователя, а нижний патрубок предназна-
чен для стекания воды, образующейся при конденсации пара и
выхода несконденсированного пара.
Внутрь прибора А на песок ставится калориметр 7 с водой 8.
Для определения температуры воды в калориметр опускают
термометр 9.
В собранном виде прибор устанавливают на подставку 10.
Перед выполнением работы учащиеся записывают в тетра-
дях наименование используемого оборудования: электрическая
плитка или керогаз, парообразователь (может быть колба с во-
дой, нагреваемая на имеющемся источнике тепла), прибор для
определения коэффициента теплопроводности, сосуд с песком,
сосуд с водой, весы с разновесом, термометр, часы.
Ход работы
1. Поставить парообразователь на электрическую плитку и
нагреть воду до кипения.
2. Взвешиванием определить массу калориметра (Wi).
48
3. Выделить площадь (S) основания калориметра, опреде-
лив его дй^метр.
4. Налить в калориметр 100—150 г воды (/«г).
5. На верхнее основание паровой коробки насыпать слой пе-
ска толщиной 1 см.
6. Поставить калориметр с водой на песок и отметить темпе-
ратуру воды.
7. После пропускания пара через паровую коробку, когда
температура воды повысится на 1—2° С, записать время, а от-
меченную температуру считать начальной температурой (Л)
воды и калориметра.
Примечание. Перед тем как соединить резиновую трубку парообра-
зователя В с металлической коробкой 4, надо прекратить выпуск пара, вос-
пользовавшись зажимом 16.
8. Когда температура воды /2 повысится на 4—6° С, заметить
время и прекратить пропускание пара.
Данные опыта и вычисления можно записать примерно так.
Величины, характеризующие
процесс теплопередачи
1) Толщина слоя песка I.
2) Площадь основания S.
3) Температура нижнего основания
песка 4.
4) Температура верхнего слоя пе-
,о
ска .
5) Время опыта
6) Коэффициент теплопроводности X.
Величины, определяющие количество
переданной теплоты
1) Диаметр калориметра D.
2) Площадь основания S.
3) Масса калориметра
4) Удельная теплоемкость калори-
метра Ci.
5) Масса воды т2.
6) Удельная теплоемкость воды
. кал
e 1 _ .
г •град
7) Начальная температура воды .
8) Конечная температура воды t°2 .
9) Количество теплоты Q.
По окончании работы предлагаем учащимся сравнить значе-
ние коэффициента теплопроводности, полученное из опыта, с
табличным и дать ответы на следующие вопросы.
1. Объяснить зависимость количества теплоты, переданного
вследствие теплопроводности, от толщины слоя вещества, раз-
ности температур, величины площади поверхности и времени.
2. Привести примеры, где учитывается теплопроводность
твердых тел.
3. Что надо измерить и знать, чтобы вычислить потери тепла
через кирпичную (или деревянную) стену дома?
В отчете рекомендуется записать тему, цель работы, сделать
рисунок или схему установки опыта, записать уравнение тепло-
вого баланса и формулу для определения коэффициента тепло-
проводности, данные опыта и вычисления, а ответы на вопросы
подготовить устно.
49
Я. М. Раеве кий
(Ставропольский государственный
педагогический институт)
ДЕМОНСТРАЦИЯ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Рис. 40. Изготовление ванночки
из стеклянной пластинки.
Процесс кристаллизации удобно демонстрировать с помо-
щью специально приготовленного диапозитива с кристаллизиру-
ющимся веществом.
Для изготовления диапозитива необходимы две стеклянные
пластинки размером 45x60 мм. Края обеих пластинок покры-
вают толстым слоем коллодия (можно использовать ацетон, в
котором растворена кино-
пленка, или лак для ногтей),
чтобы из каждой пластинки
образовать ванночку.
Глубина каждой вайноч-
ки определяется толщиной
наносимого слоя (рис. 40).
Высохшие пластинки осто-
рожно нагревают до темпе-
ратуры 60—70° С, используя
для этой цели рефлектор
или какой-либо другой ис-
точник тепла, и на одну из
них помещают некоторое
количество изучаемого ве-
щества. Наиболее подходят
для этой цели гипосульфит,
селитра и салол.
Чтобы компенсировать
происходящее во время на-
гревания испарение кристаллизационной воды из исследуемого
вещества, расплавляемый материал увлажняют тремя-четырь-
мя каплями воды.
Во время плавления ванночка должна стоять строго гори-
зонтально. Источником тепла может служить электроплитка,
нагретая до нужной температуры кратковременным включени-
ем (на 0,5—1 мин).
Сразу после начала плавления вещества ванночку накрыва-
ют перевернутой второй ванночкой.
После того как все вещество расплавится, ванночки слег-
ка сжимают, а излишнее количество расплава сливают.
Когда начнется процесс кристаллизации, полученный диапо-
зитив располагают вертикально. Если слой получается мутный,
готовится новый диапозитив с увеличенным количеством воды
для компенсации испарившейся кристаллизационной воды.
50
Рис. 41. Фазы кристаллизации гипосульфита.
Интервал между кадрами 5 сек.
Края диапозитива надо окантовать бумажной лентой с по-
мощью клея БФ-2 и еще поверх бумаги нанести слой того же
клея.
Порядок проведения демонстрации.
С помощью проектора (с конденсором) добиваются четкого
изображения кристаллов на экране. Затем диапозитив вынима-
ют из рамки и осторожно нагревают в центре над слабым пла-
менем, например от спички. Как только начнется плавление,
нагревание прекращают и, обмыв пластинку холодной водой
(для быстрого охлаждения), вторично вставляют диапозитив в
рамку и наблюдают за ростом кристаллов.
Особенно эффектно выглядит процесс кристаллизации,
если наблюдать его в поляризованном свете. В этом случае
слой гипосульфита нужно брать порядка 0,05—0,1 мм. Поляро-
иды можно использовать из набора Архипова.
На рисунке 41 даны фазы кристаллизации гипосульфита.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
С. Я. Прокофьев
(г. Чебоксары, Чувашский
педагогический институт)
НЕСКОЛЬКО САМОДЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ
1. Модель электростатического высоковольтного генератора
Из хорошего изолятора, например граммофонной пластин-
ки, изготовляют диск. На края диска наклеивают станиолевые
полоски, охватывающие диск с обеих сторон. Диск снабжается
металлической втулкой и закрепляется на центробежной маши-
не (рис. 42). С одной сто-
роны диска на изолирую-
щей подставке укрепля-
ют коллектор, соединен-
ный с электродвигателем,
с другой — щетку, при-
соединенную к одному из
полюсов батареи гальва-
нических элементов. Дру-
гой полюс батареи соеди-
няется с землей или с ко-
робкой электрометра.
Щетка должна касаться
Рис. 42. Модель электрического
генератора.
диска. Коллектор можно
сделать из жести, а края
его во избежание утечки электричества плавно загнуть внутрь.
Внутри коллектора укрепляется вторая щетка, предназначен-
ная для снятия зарядов со станиолевых наклеек диска.
Щетки следует располагать с разных сторон диска, так как
в противном случае коллектор может заряжаться зарядами, воз-
никающими на изолирующей поверхности диска вследствие тре-
ния ее о щетку, соединенную с полюсом батареи.
При вращении диска коллектор заряжается, что можно обна-
ружить по отклонению стрелки электрометра.
53
Генератор работает по принципу генератора Ван-де-Граафа.
Э.д.с. батареи должна быть порядка 100 в. Батарею можно за-
менить выпрямителем или, наконец, микрофарадным бумаж-
ным конденсатором, который легко зарядить кратковременным
присоединением к осветительной сети.
Коллектор будет заряжаться быстрее, если поместить против
заряжаемой станиолевой наклейки заземленную металлическую
пластинку.
Если щетку соединить не с полюсом батареи, а с землей, рас-
положив с другой стороны диска заряженную пластинку на изо-
ляторе, то генератор будет работать по принципу электрофорной
машины.
2. Магнитоэлектрические весы
Коромысло магнитоэлектрических весов можно сделать из
двух проволок или из двух металлических ненамагничивающихся
полос, скрепленных изоли-
рующими, например дере-
вянными, стержнями (рис.
43). Расстояние между про-
волоками или полосами дол-
жно быть около 5 см. Коро-
мысло снабжается опорными
призмами, а также призма-
ми для подвешивания с од-
ной стороны проводника с
током, помещенного в маг-
нитное поле, с другой —
изолирующего стержня, на
который надевают рейтеры
для измерения электродинамической силы, действующей на про-
водник с током. Длина коромысла 30—40 см.
Так как электродинамические силы бывают небольшими, то
проводник с током целесообразно заменить рамкой, состоящей,
например, из 10 витков. Верхняя часть рамки практически долж-
на находиться вне рассматриваемого магнитного поля.
Если контакты призм с опорными поверхностями, а также
призм с подвешенными проводником или рамкой окажутся недо-
статочными, то параллельно им припаивают тонкие медные про-
волочные спиральки.
3. Магнитоэлектрические весы Коттона
Магнитоэлектрические весы Коттона состоят из кривого ры-
чага, вращающегося около оси О, с плечами примерно в 25 см.
С одной стороны рычага укрепляется рамка ABCD, состоящая,
например, из 10 витков, с другой подвешивается чашка для гирь.
54
Стороны АВ и CD рамки изогнуты по дугам окружностей с цент-
ром в точке О и радиусами соответственно 20 см и 25 см, Сторо-
на ВС рамки помещается в магнитное поле, направление кото-
рого перпендикулярно к плоскости рамки. Сторона AD рамки
практически находится
вне магнитного поля, по-
этому можно считать, что
на эту сторону электро-
динамические силы не
действуют. Остальные сто-
роны испытывают дейст-
вие электродинамических
сил, но вращающий мо-
мент относительно оси О
дает только сила, дейст-
вующая на сторону ВС.
Этот момент и уравнове-
шивают с помощью гирек,
Рис. 44. Магнитоэлектрические весы Коттона.
помещаемых на чашку ве-
сов (рис. 44).
Рычаг можно сделать из любого немагнитного материала.
Ось О выполняется или в виде призмы, опирающейся острым реб-
ром на опорную поверхность, или в виде цилиндрического стерж-
ня с концами, заточенными на конус и помещаемыми в гнезде.
В последнем случае, однако, весы, как правило, будут иметь
меньшую чувствительность. Чашка весов, как обычно, подвеши-
вается на призме.
Ток к рамке можно подводить различными способами: или
через контакты призмы с опорными поверхностями к стержням с
гнездами, или через коллекторы, или, наконец, с помощью спира-
лек, сделанных из мягкой тонкой проволочки и располагаемых
около оси О, В первом случае рычаг должен быть из изоли-
рующего материала и вблизи оси О иметь достаточную тол-
щину.
Ось О выполняется в виде двух стальных призм или стерж-
ней, вделанных в рычаг, и притом так, чтобы они не имели кон-
такта друг с другом, а острие ребра призм или геометрические
оси стержней были расположены на одной прямой линии. Кол-
лекторы делают в виде цилиндров диаметром около 1,5 см из
изолирующего материала, например дерева, на которые надева-
ют медные кольца. В цилиндриках делают отверстия так, чтобы
они прочно держались на призме или стержне. Оси цилиндриков
должны совпадать с осью вращения. Коллекторы располагаются
с разных сторон рычага весов. К медным кольцам коллекторов
припаивают концы рамки. Ток подводится к коллекторам с по-
мощью щеток — пучков тонких проволочек. Что касается треть-
его способа, кстати сказать, наиболее простого в выполнении и
55
наиболее надежного при эксплуатации, то он не требует поясне-
ний. Важно только, «чтобы небольшое закручивание мягких тон-
ких проволочек при повороте рычага весов не создавало замет-
ного вращающего момента относительно оси О.
С помощью описанных магнитоэлектрических весов можно
проводить демонстрационные опыты по проверке зависимости
электродинамической силы от величины тока, измерять индук-
цию магнитного поля, наблюдать явление магнитного гистерези-
са, ставить лабораторные задачи, например по исследованию
изменения величины вектора магнитной индукции между полюс-
ными поверхностями электромагнита при изменении тока в его
обмотке.
4. Раздвижной соленоид
Раздвижной соленоид состоит из трех катушек одинаковой вы-
соты, например около 25 см каждая, но немного различных диа-
метров, например 5 см, 4,8 см и 4,6 см, для того чтобы можно
было одну катушку вставлять в другую. Обмотка каждой катуш-
ки делается в один слой изолированным проводом 0 «0,5 мм.
Концы обмоток должны быть достаточно длинные, чтобы была
возможность по-разному соединять катушки между собой. На
катушках указать направление обмотки так, чтобы это было
видно всем учащимся класса.
С помощью описанного раздвижного соленоида и магнитной
стрелки можно доказать, что напряженность магнитного поля со-
леноида прямо пропорциональна числу ампер-витков на санти-
метр.
Для этого магнитную стрелку надо поместить вблизи конца
соленоида так, чтобы она была перпендикулярна к оси соленои-
да. Практически неизменный угол отклонения стрелки покажет,
что напряженность поля вблизи конца соленоида при одной и
той же величине тока будет приблизительно одинакова, если со-
леноид будет состоять из одной, двух или трех катушек, распо-
ложенных вплотную друг за другом при обтекании их током в
одном направлении.
Далее, вставляя две, а затем три катушки друг в друга, по-
казываем, что напряженность магнитного поля увеличивается
при обтекании катушек в одном направлении. Чтобы получить
напряженность поля такую же, как при одной катушке, надо ток
соответственно уменьшить в два или три раза. Наоборот, для то-
го чтобы получить отклонение магнитной стрелки при одной ка-
тушке такое же, как при двух или трех, надо ток в катушке со-
ответственно увеличить в два или три раза.
С помощью раздвижного соленоида можно непосредственно
проверить зависимость напряженности магнитного поля от чис-
ла ампер-витков на сантиметр. Такую проверку можно предло-
жить учащимся в качестве лабораторной работы, в которой из-
56
мерять напряженность магнитного поля надо достаточно чувст-
вительными весами, например описанными выше.
Вставив одну катушку в другую так, чтобы ток обтекал их в
противоположных направлениях (бифилярная обмотка), легко
убедиться при помощи магнитной стрелки, что магнитное поле
при таком расположении катушек отсутствует.
Раздвижной соленоид можно использовать также в опытах
по электромагнитной индукции при демонстрации зависимости
э.д.с. индукции от числа витков катушки. В этом случае все три
катушки соленоида соединяют последовательно и замыкают на
гальванометр, причем катушки размещают по возможности даль-
ше друг от друга. Приближая (или удаляя) магнит к одной из
катушек и наблюдая за стрелкой гальванометра, убеждаются в
возникновении индукционного тока. Вставив две, а затем и все
три катушки друг в друга, наблюдают, что при одинаковом на-
правлении обмоток катушек и при таком же, как и прежде, при-
ближении или удалении магнита отброс стрелки гальванометра
возрастет соответственно в два и три раза.
Во всех опытах соленоид надо ставить на деревянную под-
ставку.
5. Разборный гальванометр
Деревянная подставка 1 имеет столик 2 с вырезом посереди-
не, на который кладут постоянный подковообразный магнит 3.
Между полюсами магнита помещается рамка 4, сделанная из
плотной бумаги, на которую
намотано около 50 витков
тонкой изолированной про-
волоки 0 0,1 мм. Один
конец обмотки соединяют с
тонкой проволочкой 5, на ко-
торой подвешена рамка.
Другой конец обмотки сое-
диняют с такой же прово-
лочкой, свернутой в спираль
6» а нижний конец послед-
ней закрепляют на дере-
вянной подставке. Верх-
ний конец проволочки, на
которой удерживается рам-
ка, припаивают к метал-
лическому стержню 7, про-
ходящему сквозь втулку 8.
Стержень зажимается вин-
том. Втулку укрепляют на
верхнем бруске подставки
(рис. 45).
Рис. 45. Устройство разборного
гальванометра.
57
Перпендикулярно плоскости витков к рамке приклеивают
стрелку, вырезанную из плотной цветной бумаги.
Шкала 9 из плотной бумаги, изогнутая по дуге окружности,
кнопками прикрепляется к столику.
Поворотом металлического стержня легко добиться, чтобы
стрелка стояла против середины шкалы при отсутствии тока в
гальванометре. Шкала гальванометра может быть проградуи-
рована.
Разборный гальванометр демонстрируют при объяснении
принципа устройства гальванометра магнитоэлектрической сис-
темы. Его можно использовать в лабораторных работах по из-
мерению сопротивления мостиком Уитстона, по градуировке
гальванометра и т. п.
В. Г. Холяпин
(г. Балашов,
педагогический институт)
НЕКОТОРЫЕ ОПЫТЫ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ
1. Термоток и отклонение электронного луча
в электрическом поле
Демонстрация этих явлений проводится с использованием со-
ответственно лампы накаливания и катодной трубки, имеющей
люминесцирующий экран. Эффективность опытов во многом за-
висит от качества контактов между баллоном лампы (трубки) и
пластинами из фольги и от величины электронного потока.
Рис. 46. Схемы установок для демонстрации: а — термотока;
б — отклонения электронного луча в электрическом поле.
Хорошие результаты получаются, если фольгу приклеивать к
баллону силикатным, или конторским, клеем, в состав которого
входит жидкое стекло^ и соблюдать указанные ниже условия.
58
К баллону лампы приклеивают по окружности одну пластину,
а к баллону трубки—две диаметрально расположенные пласти-
ны (рис. 46). Для демонстрации термотока в цепь включают
кенотронный выпрямитель КВ с выходным напряжением 250—
300 в, демонстрационный гальванометр, нулевое деление шкалы
которого расположено посредине, и лампу мощностью 150 или
200 вт (рис. 46,а). Лампу надо укрепить горизонтально. После
замыкания цепи выключателем Вк в ней возникает ток порядка
5 ма. Отклонение стрелки гальванометра хорошо видно всему
классу. Если разомкнуть цепь указанным выключателем или по-
менять местами полюсы кенотронного выпрямителя, то стрелка
гальванометра не отклоняется от нулевого деления шкалы: тока
в цепи нет.
Хорошо будет работать установка, если вместо лампы нака-
ливания использовать диод типа 1Ц1С. Этот диод хорошо прое-
цируется на экран. Анодный ток также достигает величины 5 ма.
Подавая различные напряжения от кенотронного выпрямителя с
помощью потенциометра, демонстрируют зависимость анодного
тока от анодного напряжения диода.
Для демонстрации отклонения электронного луча в электри-
ческом поле собирают установку, катодная трубка в которой
включается по схеме, представленной на рисунке 46, б. Изменяя
режим работы индукционной катушки с помощью ее контактно-
го винта, изменяя напряжение, подаваемое на первичную обмот-
ку этой катушки, добиваются получения на экране трубки ярко
светящейся полосы, которая будет видна даже при частичном
затемнении кабинета.
Когда дополнительный провод, соединенный одним концом с
катодом трубки, другим концом будем подключать поочередно к
металлическим пластинам,наклеенным на баллон трубки, то на
экране катодной трубки можно наблюдать смещение светящейся
полосы.
2. Активное, индуктивное и емкостное
сопротивление при переменном токе
Демонстрировать зависимость сопротивления от частоты пе-
ременного тока затруднительно, так как нет источника тока с
плавно изменяющейся частотой и неизменным амплитудным зна-
чением напряжения.
Вниманию учителей предлагаем схему, в которой от источни-
ка постоянного напряжения с помощью ротационного коммута-
тора получается переменный ток изменяющейся частоты при не-
изменном амплитудном значении напряжения. Описание устрой-
ства ротационного коммутатора дано, например, в сборнике «Но-
вые школьные приборы по физике и астрономии», под ред.
А. А. Покровского, изд. АПН РСФСР, М., 1959, стр. 43—49.
59
На рисунке 47 представлена общая схема установки для про-
ведения опытов. На схеме обозначены: Б—батарея аккумулято-
ров, э'.д.с. которой 7—8 в\ К—ротационный коммутатор, у кото-
рого используются зажимы 1, 7 и 8 * (коммутатор приводится во
вращение маломощным быстроходным коллекторным электро-
двигателем, который на схеме не показан); Л—электролампочка
Рис. 47. Схема установки для исследования
зависимости сопротивления от частоты
переменного тока, длины проводника,
величины электроемкости и индуктивности.
от карманного фонаря (3,5 в; 0,28 a); R — реостат (6 ом);
L — катушка от школьного разборного универсального транс-
форматора, рассчитанная на напряжение 100 в, с разомкну-
тым стальным ярмом; С — батарея бумажных конденсаторов
(40—80 мкф).
Для проведения опыта замыкают цепь выключателем В/Ср
Включают коммутатор и, повышая напряжение, подаваемое на
электродвигатель коммутатора (с помощью потенциометра или
ЛАТРа), увеличивают частоту переменного тока, проходящего
через лампочку Л и активное сопротивление R. При небольшой
частоте проходящего тока лампочка редко вспыхивает. Если ча-
стоту тока увеличить (что определяется по высоте звука, издава-
емого электродвигателем коммутатора), то увеличится и частота
вспыхиваний лампочки, но яркость свечения останется неизмен-
ной. При частоте тока в 45—50 гц лампочка даст непрерывный
свет. Из опытов следует, что при незначительном изменении ча-
стоты тока (в данном случае до 50 гц) величина активного со-
противления не изменяется.
♦ Вместо указанного прибора можно взять ротационный коммутатор,
устройство которого описано автором статьи в «Сборнике по методике и тех-
нике школьного физического эксперимента», составитель Д. М. Мур,
Учпедгиз, М., 1960, стр. 103—105. В этом случае зажимы коммутатора, обо-
значенные на рисунке 47 данной статьи цифрами 7 и 8, следует понимать как
соответственно объединенные зажимы 7 с 8 и 10, 12 с 9. Зажим, обозначен-
ный на рисунке 47 цифрой /, соответствует зажиму, обозначенному буквой В
в вышеуказанной статье.
60
При замыкании цепи выключателем Вкг с увеличением часто-
ты тока яркость свечения лампочки уменьшается до полного га-
шения. При замыкании цепи выключателем Вкз лампочка начи-
нает давать свет только при достижении определенной частоты,
и яркость свечения увеличивается с увеличением частоты. Так
подтверждается зависимость индуктивного и емкостного сопро-
тивлений от частоты тока.
Если изменять сопротивление R (перемещением ползунка ре-
остата), величину индуктивности катушки (изменением, напри-
мер, величины зазора в ярме) или электроемкости конденсатора
при неизменной частоте тока, то по яркости свечения лампочки
можно судить, что активное сопротивление реостата и индуктив-
ное сопротивление катушки увеличиваются при увеличении со-
противления и индуктивности катушки, а емкостное сопротивле-
ние конденсатора уменьшается при увеличении его электроем-
кости.
И. А. Варенышеа
( Великолукский
педагогический институт)
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЭЛЕКТРОСКОП
К числу электронных контрольно-измерительных и сигналь-
ных приборов можно отнести электронный, или ламповый,
электроскоп.
Ниже приводятся описания трех демонстрационных лампо-
вых электроскопов, разработанных и освоенных автором.
Электроскоп с миллиамперметр-индикатором
Основной рабочей частью электроскопа является электрон-
ная лампа (рис. 48). Можно использовать лампу двухвольтовой
батарейной серии, например пентод типа 2К2М или 2Ж2М. В
анодную цепь лампы включается индикатор: миллиамперметр
или микроамперметр любого типа. Хорошие результаты получе-
ны нами с микроамперметром М24. Антидинатронная сетка сое-
динена с катодом внутри лампы. Экранная сетка присоединяет-
ся к аноду при монтаже. Анодное напряжение снимается с вклю-
ченного в цепь высокоомного потенциометра Ri (порядка 0,5—
1,5 Мом), а не непосредственно с выводов источника анодного
тока.
Для питания анода была использована батарея типа БАС-60.
Можно питать анод и от сети переменного тока через выпрями-
тель.
61
В цепь накала ставится переменное сопротивление /^ — про-
волочный реостат на 25 ом, с помощью которого подбирается
наилучший режим работы лампы.
Сопротивление /?2, кроме того, предохраняет катод лампы от
преждевременного выхода из
строя. Питание накала пентода
осуществляется от одного гальва-
нического элемента с э. д. с., рав-
Рис. 48. Принципиальная схема
электроскопа с миллиампер-
метр-индикатором.
НОЙ 1,5 в.
К управляющей сетке лампы
с помощью короткого проводни-
ка присоединяется вывод элект-
роскопа — металлический ша-
рик О.
Для шасси берется хороший
изолятор, например гетинакс или
плексиглас. Можно использовать
и сухое дерево.
Надежность в работе прибора
и увеличение его чувствительно-
сти зависят от:
а) хорошей изоляции вывода
управляющей сетки от земли.
б) наличия заземления катода.
На стрелку-указатель миллиамперметра можно наклеить не-
большой легкий кружок из цветной бумаги. Это значительно
улучшит видимость действия прибора при демонстрации в
классе.
Действие прибора основано на управляющих свойствах сет-
ки. При поднесении к шарику О наэлектризованного тела про-
исходит электризация управляющей сетки лампы с помощью
электрической индукции, что влечет за собой увеличение или
уменьшение анодного тока (в зависимости от знака заряда, воз-
никающего на сетке). Изменение величины анодного тока отме-
чается миллиамперметром. Поднесение к выводу электроскопа
эбонитовой палочки, предварительно потертой о мех, уменьшает
значение анодного тока; поднесение же к шарику О стеклянной
палочки, потертой об амальгамированную кожу, увеличивает
анодный ток. Это согласуется с теорией.
Электроскоп с неоновым индикатором
В анодной цепи пентода вместо миллиамперметра в качест-
ве индикатора используется неоновая лампа. В остальном —
схема и детали те же самые, какие были использованы в элект-
роскопе с миллиамперметр-индикатором. Источник анодного пи-
62
тания должен иметь э.д.с. не менее 85—90 в. (В предыдущем
случае —1,5 в.)
Неоновая лампа может быть применена любого типа. Хоро-
шо работает лампа типа СН-1. Можно использовать маленькую
лампу МН-4 или подобные ей.
Применение в данной схе-
ме в качестве индикатора нео-
новой лампы обусловлено ее
особыми свойствами. Извест-
но, что неоновая лампа зажи-
гается при строго определен-
ном значении напряжения на
ее электродах (при так назы-
ваемом потенциале зажигания
V8, который для нее равен
приблизительно 80 в). Потен-
циал гашения неоновой лам-
пы Уг имеет также вполне оп-
ределенное значение, причем
Рис. 49. Вольт-амперная харак-
теристика неоновой лампы.
всегда несколько меньше, чем
потенциал зажигания. Примерная вольт-амперная характери-
стика неоновой лампы приведена на рисунке 49. Зная особен-
ности данной лампы, нетрудно уяснить действие прибора.
Если поднести к шарику электроскопа О положительно за-
ряженное тело, то увеличится разность потенциалов на электро-
дах неоновой лампы, и, если до этого разность потенциалов бы-
ла несколько ниже потенциала зажигания У3, лампа вспыхнет
и будет светиться. Необходимая разность потенциалов перед
электризацией тела подбирается с помощью потенциометра Ri.
Если удалить от шарика положительно наэлектризованное тело,
то лампа погаснет.
Отрицательный заряд на теле, поднесенном к шарику О,
можно обнаружить так. С помощью потенциометра Ri предва-
рительно подбирают напряжение на электродах неоновой лампы
таким, чтобы оно было несколько больше ее потенциала зажи-
гания Уз. Если после этого поднести к шарику отрицательно
заряженное тело, то лампа погаснет. При удалении от шарика
тела, заряженного отрицательно, лампа вновь зажжется.
Описанный прибор отличается высокой чувствительностью.
Например, тщательно подготовленный прибор сигнализирует о
появлении наэлектризованного тела на расстоянии в несколько
метров.
Оба описанных выше варианта электроскопа можно совмес-
тить, составив одну схему его с соответствующим переключа-
телем.
63
Ламповый электроскоп с электронно-оптическим
индикатором
Электронная лампа 6Е5С, называемая электронно-оптиче-
ским индикатором настройки или, иначе, «магическим глазом»,
по своему устройству, действию и назначению существенно от-
личается от прочих радиоламп. Эта лампа является триодом,
имеющим следующую особенность: катод несколько длиннее
анода и управляющей сетки и выступает над ними. С выступаю-
щей части катода во время работы лампы выбрасываются сво-
бодные электроны в верхнюю часть лампового баллона. Между
этим выступом катода, анодом и сеткой лампы помещен конусо-
образный экран (анод индикатора), внутренняя поверхность ко-
торого обращена к вершине лампового стекла. Когда подается
положительный потенциал, экран бомбардируется электронами,
исходящими от верхней, выступающей части катода; эта элект-
ронная бомбардировка вызывает яркое зеленое свечение вилло-
мита, которым покрыта внутренняя поверхность конуса — анода
индикатора. На пути кругового веера летящих электронов (меж-
ду катодом и экраном) помещен управляющий электрод инди-
катора— «нож», на который подается положительный по отно-
шению к катоду потенциал. Если потенциалы экрана и «ножа»
равны, то экран светится сплошным кольцом, если же потенциал
«ножа» меньше потенциала экрана, то электрическое поле в об-
ласти «ножа» искажается, на экране индикатора появляется
тень — затемненный сектор, раствор которого зависит от степени
искаженности поля в области «ножа», то есть от разности потен-
циалов «ножа» и экрана.
Такое устройство лампы делает ее удобной для применения
не только в качестве индикатора настройки приемника, но и для
электронного электроскопа, поскольку в одном баллоне заклю-
чены и управляющая часть — триод — и индикатор.
На рисунке 50 представлена схема электронного электроско-
па с применением лампы 6Е5С. Сопротивление порядка
1 —2 Мом, включенное в цепь анода триода (а следовательно, и
управляющего электрода — «ножа», соединенного с анодом
триода непосредственно внутри лампы), создает разность по-
тенциалов на электродах «нож» — анод индикатора. Напряже-
ние на анод индикатора подается и регулируется потенциомет-
ром /?2. этим регулируется яркость свечения индикаторного
экрана.
Действует прибор так. Поднесем ж шарику О, например, по-
ложительно заряженное тело. На управляющей сетке лампы бу-
дут индуцироваться отрицательные заряды. Электризация сетки
в свою очередь вызовет изменение анодного тока триода. След-
ствием изменения анодного тока явится изменение напряжения
на управляющем электроде индикаторной части — «ноже». В за-
64
висимости от знака прираще-
ния потенциала «ножа» затем-
нение сектора на экране инди-
катора увеличится или умень-
шится.
Если на управляющей сет-
ке индуцируется отрицатель-
ный заряд, то анодный ток
уменьшается, уменьшается и
разность потенциалов на
электродах, это и вызывает
уменьшение электронной тени
на экране, то есть сужение
сектора. Если поднести к ша-
рику электроскопа положи-
тельно наэлектризованное те-
ло, то разность потенциалов
Рис. 50. Схема электроскопа
с электроннооптическим
индикатором.
на электродах «нож» — экран
увеличится, искажение электрического поля в зоне «ножа» уве-
личится, ширина затемненного сектора тоже увеличится.
Описанный ламповый электроскоп с электронно-оптическим
индикатором также достаточно чувствителен, но возможности
использовать его на уроках физики значительно меньше. Этот
электроскоп полезно изготовить и использовать на занятиях фи-
зического или радиотехнического кружка.
А. А. Филатов
(г. Симферополь, Крымский
медицинский институт)
ДЕМОНСТРАЦИЯ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
ВОКРУГ ЗАМКНУТОГО СЕРДЕЧНИКА
ТРАНСФОРМАТОРА
Подготовка к демонстрации заключается в следующем: учеб-
ный разборный трансформатор устанавливают так, чтобы
съемное ярмо 1 с надетым на него белым картонным экраном 2
находилось в вертикальном положении (рис. 51). Вторичную ка-
тушку 3 на 12 в замыкают медным проводом с малым сопротив-
лением. На экран насыпают через марлевое сито железные (или
чугунные) опилки ровным негустым слоем. Через первичную
катушку 4, рассчитанную на 220 в, пропускают ток от городской
сети. На экране получится картина силовых линий магнитного
поля (рис. 52). Силовые линии окончательно формируют, посту-
кивая легкой деревянной палочкой снизу по экрану. Подобную
картину силовых линий магнитного поля можно получить вокруг
3 Заказ 277 €5
Рис. 51. Установка для демонстрации
переменного магнитного поля вокруг
замкнутого сердечника трансформатора.
Рис. 52. Картина силовых линий пере-
менного магнитного поля.
любой части замкнутого
сердечника нагруженного
трансформатора.
Если же через первич-
ную катушку пропустить
постоянный ток той же
силы и насыпать на эк-
ран железные опилки, то
они не изменят своего
расположения на экране,
не создадут никакой карти-
ны силовых линий маг-
нитного поля. Постоян-
ный электрический ток
при прохождении через
сердечник не образует во-
круг него магнитного по-
ля. Однако в момент раз-
мыкания постоянного то-
ка силовые линии маг^
нитного поля вокруг зам-
кнутого сердечника вновь
возникают. То же проис-
ходит и в момент замы-
кания тока.
Описанные явления
можно демонстрировать
с помощью зеркала, по-
ставленного рядом с эк-
раном наклонно к ауди-
тории.
Опыт интересен тем,
что силовые линии маг-
нитного поля возникают
не вокруг разомкнутых
полюсов, а вокруг замк-
нутого сердечника.
Н. И. Харченко
(г. Москва, средняя школа Л® 522)
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАЯТНИК
Из листа фольги вырезают полоску, углы которой закругля-
ют. Один конец полоски наматывают на стеклянную палочку
так, чтобы она свободно вращалась. Стеклянную палочку ук-
репляют в зажиме штатива. Изолированные проводники элек-
66
трофорной машины соединяют с бумажными султанами, уста-
новленными на изоляторах.
Устанавливают штатив около электрофорной машины так»
чтобы полоска фольги оказалась между шариками на провод-
никах машины, как показано на рисунке 53.
Рис. 53. Перенос заряда электрическим маятником.
При очень медленном вращении дисков электрофорной ма-
шины бумажные полоски султана поднимутся, а фольга, кос-
нувшись одного из шариков и получив от него заряд, перенесет
Рис. 54. Зажигание неоновой лампы электрическим
маятником.
его на другой шарик. Полоски султанов, являясь индикаторами
зарядов на изолированных проводниках машины, будут опадать
или подниматься в зависимости от знака зарядов, перенесенных
маятником. Изменяя расстояние между шариками, можно ме-
нять частоту колебаний, а с ней и скорость механического пере-
носа зарядов.
Можно к одному из проводников электрофорной машины
прикрепить с помощью проволоки низковольтную неоновую лам-
почку так, чтобы полоска фольги во время колебательных дви-
жений периодически касалась цоколя лампочки (рис. 54). Лам-
почка будет зажигаться. Частота зажиганий зависит от расстоя-
ния между шариками. Можно добиться такой частоты колеба-
ний маятника (фольги), при которой горение лампочки практи-
чески будет непрерывным.
Маятник могут изготовить учащиеся на занятиях физическо-
го кружка.
4. Н. Руднев
(с. Рашков,
Рыбницкого р-на, Молд* ССР)
ДВУХКОНДЕНСАТОРНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ
Конденсатор с одной подвижной пластиной устроен так.
Внешняя пластина U-образной формы укреплена неподвижно
Рис. 55. С подвижных пластин конденсато-
ров снимают несвязанные заряды кратко-
временным заземлением.
на изолирующей подстав-
ке. Внутренняя пластина
должна быть съемная. Не-
подвижную пластину кон-
денсатора соединяют со
стержнем электроскопа.
Рассмотрим, как про-
исходит возбуждение
электростатических заря-
дов одновременно на двух
конденсаторах, каждый
из которых имеет одну
неподвижную пластину.
Неподвижные пласти-
ны конденсаторов слегка
заряжают разноименны-
ми зарядами. С подвиж-
ных пластин снимают не-
связанные заряды крат-
ковременным заземлени-
ем (рис. 55). После этого подвижные пластины меняют места-
ми и приводят в соприкосновение с неподвижными пластинами
(рис. 56). Часть заряда перейдет с подвижных пластин на не-
68
Рис. 56. Подвижные пласти-
ны конденсатора меняют
местами.
Рис. 57. При повторении цикла величина
заряда каждого конденсатора возрастает.
Рис. 58. Принципиальная схема электростатической машины.
подвижные. Цикл завершается отделением подвижных пластин
от неподвижных и освобождением подвижных пластин от не-
связанного заряда кратковременным соединением с землей
(рис. 57)*
32 Заказ 277
69
При повторении цикла величина заряда каждого конденсато-
ра возрастает. Это обнаруживается по увеличению угла между
листочками электроскопа.
На рисунке 57 обозначены: 1 — неподвижные пластины, 2 —
подвижные пластины. На внутренней поверхности каждой не-
подвижной пластины нахо-
дится слой изоляции (за ис-
ключением места сгиба, ос-
тавленного без изоляции для
соприкосновения пластин).
На этом принципе мож-
но построить электростати-
ческую машину. Принципи-
альная схема модели такой
машины приведена на ри-
сунке 58. Данные модели:
наружный радиус сектора
подвижных пластин немно-
гим более 3 см, расстояние
Рис. 59. Модель электростатической
машины в собранном виде'.
между неподвижными и
подвижными пластинами
0,5 см. Конденсаторы по
форме напоминают конден-
саторы переменной емкости. Для получения заметной в дневное
время искры нужен дополнительный конденсатор небольшой
емкости. При вращении модели со скоростью 2—3 об!сек каждые
10—15 оборотов через миллиметровый промежуток проскакива-
Рис. 60. Составные части
электростатической машины.
ет искра. Наличие переменного тока в цепи замыкателей по-
движных пластин определялось по чередованию знаков зарядов,
поступавших от подвижных пластин и регистрировавшихся трех-
зарядным электроскопом с двумя рамочными стойками. Модель
70
машины в собранном виде показана на рисунке 59, а ее состав-
ные части — на рисунке 60.
На рисунке 60 обозначены: 1 — неподвижные пластины кон-
денсаторов, 2 — подвижные пластины конденсаторов, 3 — кон-
тактные пружины неподвижных пластин, 4—контактные пру-
жины замыкателя.
Я. М. Гончаренко
(Ужгородский государственный
университет)
ПОЛУЧЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАММЫ СВОБОДНЫХ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Осциллограмму свободных электромагнитных колебаний
можно получить методом многократного наложения одних ите>
же контуров кривой на экране. С этой целью применена уста
новка (рис. 61), в которой вместо гальванометра включен
Рис, 61. Схема установки для
демонстрации затухающих
электромагнитных колебаний.
Рис. 62. Рабочая поверх-
ность коммутатора.
Щ1 Щ2 Щз — места кон-
тактирования щеток.
школьный осциллограф и налажено автоматическое подключе-
ние конденсатора к батарее и последующее его переключение к
индуктивности. Этот процесс синхронизиррван с вращением вось-
мигранного зеркала.
Основной частью автоматического переключателя является
коммутатор со щетками. Коммутатор — это диск из изолирую-
щего материала, на одной из поверхностей которого наклеена
пластинка листовой латуни. Последняя разрезана на две части,
как показано на рисунке 62. Линия разреза представляет собой
совокупность прорезей, выполненных по двум окружностям не-
одинакового радиуса с центрами, совпадающими с центром
32*
71
диска, и радиальных прорезей вдоль радиусов, делящих пло-
щадь диска на восемь равных частей. Части пластинки изоли-
рованы одна от другой. На том же рисунке показано распо-
ложение щеток, приведенных в
контакт с поверхностью комму-
татора.
Диск коммутатора в центре за-
крепляется на оси вращения вось-
мигранного зеркала. При враще-
нии диска щетка Шг поперемен-
но касается то внешней части
латунной поверхности, то ее
внутренней поверхности. Щетки
Ш,\ и Шз все время прижаты со-
ответственно к внешней и внут-
ренней частям поверхности.
На рисунке 63 воспроизведена
схема колебательного контура с подключенными к нему щетка-
ми. Сопоставляя рисунки 62 и 63, нетрудно понять, что
при каждом повороте зеркала (вместе с коммутатором, наса-
женным на его ось) на один оборот попеременно замыкают-
ся то цепь конденсатора на ба-
тарею, то цепь индуктивности
Щ,
Рис. 63. Схема переключения щеток
осциллографа в колебательном
с осциллографом на конден-
сатор.
Таким образом, каждая
грань зеркала создает полную
картину изменения тока в ко-
лебательном контуре. При по-
вороте зеркала на 2/а оборота
картина повторяется. Это по-
зволяет получить устойчивую
графическую запись разряда,
примерно такую, какая приве-
дена на рисунке 64.
Чтобы картина графика не
искажалась зайчиком от нсна-
груженного осциллографа, че-
тыре соответствующие грани
восьмигранного зеркала по-
крывают черной бумагой.
Описанный коммутатор с
успехом может быть использо-
ван при наличии электронного
осциллографа.
В наших опытах индуктив-
ной катушкой в колебательном
Рис. 64. Графическая запись
разряда.
72
контуре служила 110-вольтовая обмотка универсального школь-
ного трансформатора без сердечника, емкостью — батарея бу-
мажных конденсаторов школьного типа. Источник напряже-
ния — батарея на 60—65 в. В опыте использован школьный ос-
циллограф.
Рис. 65. Соединение зеркала с двигателем.
Регулируя емкость и, таким образом, изменяя собственную
частоту контура при одной и той же скорости вращения зер-
кала, можно по виду осциллограммы определять измене-
ние частоты электромагнитных колебаний в колебательном
контуре.
Демонстрация получается наглядной и убедительной.
Зеркало вместе с коммутатором приводится во вращение
электродвигателем постоянного тока мощностью 4 вт, рассчи-
танным на напряжение 12 в. В цепь двигателя включается реос-
тат для изменения скорости его вращения. Ось зеркала и ось
двигателя соединены ременной передачей с соотношением 1:10.
На рисунке 65 изображено зеркало с коллектором, щетками и
двигателем.
73
A. M. Чельцов
(г. Калининград Московской обл.
средняя школа 4)
ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЗАТУХАЮЩИХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Для демонстрации затухающих электрических колебаний при
помощи электронного осциллографа требуется автоматически
переключать контур. В ряде статей, опубликованных в журнале
«Физика в школе», рекомендовано использовать генератор ре-
лаксационных колебаний с иеоиовой лампой для получения
кратковременных импульсов. Такие генераторы дают сравни-
тельно стабильную картину затухающих колебаний, но эта ус-
тановка сложна.
Значительно проще и доступнее демонстрировать затухаю-
щие электрические колебания с применением поляризованных
реле, например РП-5, РП-4, РПБ-4, РП-7.
220-121&
Рис. 66. Схема установки для демонстрации
затухающих электрических колебаний.
Собираем схему согласно рисунку 66, в которой Р — поляри-
зованное реле, R — сопротивление порядка 15—30 ком, Ci и С%—
конденсаторы по 1 мкф, L — катушка школьного трансформа-
тора на 220 в, Bi — вилка штепсельная для изменения емкости
(накоротко замкнутая), /, 2, 3, 4 — гнезда для штепсельной вил-
ки, а и в — зажимы для подключения переменного тока, с по-
мощью которого якорь реле приводится в колебание, А, В, С —
зажимы для подключения аккумуляторной батареи или гальва-
нических элементов и катушки индуктивности.
В качестве емкости следует брать либо один конденсатор,
либо батарею конденсаторов.
При разрядке конденсатора возникают затухающие электри-
ческие колебания. Осциллограмму этих колебаний можно наб-
людать, присоединив зажимы катушки школьного трансформа-
тора на 220 в к вертикальному входу осциллографа.
В этой схеме конденсаторы Cj и С2 и катушка L индуктив-
ности образуют колебательный контур. Конденсаторы по 1 мкф
при этом соединены последовательно.
Эквивалентная емкость системы Собш =-----—— составля-
оош Ci + С2
ет 0,5 мкф.
Если замыкающую вилку 5 перенести в другое положение и
замкнуть гнезда 1 и 2, то тем самым конденсатор С2 выключа-
ется и емкость становится равной 1 мкф.
Можно вилкой В замкнуть отдельно края гнезд 1 и 2, 3 и 4.
Тогда конденсаторы будут соединены параллельно, и эквива-
лентная емкость системы будет равна сумме емкостей обоих
конденсаторов, то есть Собщ=С14“С2 составит 2 мкф.
Таким образом, в последнем видоизмененном опыте величина
емкости по сравнению с предыдущим опытом увеличивается в
4 раза, а частота в колебательном контуре уменьшается в 2 ра-
за. Уменьшение частоты колебаний хорошо наблюдать на экра-
не электронного осциллографа.
Зависимость частоты электрических колебаний от индуктив-
ности демонстрируем на следующем опыте. Снова ставим замы-
кающую вилку так, как показано на рисунке 66, и вводим в ка-
тушку ярмо от трансформатора.
Увеличение индуктивности катушки приводит к тем же ре-
зультатам, какие были получены и при увеличении емкости.
В заключение можно провести опыт с одновременным увели-
чением емкости и индуктивности. Эти опыты дают возможность
проанализировать зависимость периода собственных колеба-
ний Т от величины емкости С и индуктивности L колебательного
контура, определяемую формулой Томсона:
T = 2kVLC
и формулой для определения частоты:
/ = —
2л/LC
Частота электрических колебаний определяется по величи-
не емкости и индуктивности установки. Учащимся можно дать
задание определить частоту и период электрических колебаний
•при параллельном соединении конденсаторов С\ и С2.
Установка проверялась на поляризованных реле типа РПБ-4,
РПБ-5, РП-4, РП-7. В реле РПБ-4 переменный ток надо под-
ключить к / и 4 контактам, а 2 и 3 контакты соединить между
75
собой. Если Обмотки имеют активное сопротивление по 8,5 ком,
то общее сопротивление равно 17 ком. К этому типу реле сопро-
тивление R. можно не подключать (7?вбш>17 ком).
В реле другого типа надо к контактам, к которым подключе-
на катушка с большим сопротивлением, последовательно вклю-
чить сопротивление на 10—30 кож (в Зависимости от напряже-
ния катушки и сопротивления обмотки реле).
С. Н. Прокофьев
(г. Чебоксары, Чувашский
педагогический институт)
ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ
ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Толстую голую проволоку длиной «1 м изгибают в виде пет-
ли диаметром ~ 10 см (рис. 67). Промежуток А делается 1 мм.
Рис. 67. Петля для демон-
страции индуктивного со-
противления.
Петлю укрепляют на изолирующем шта-
тиве.
Если изготовленный прибор помес-
тить рядом с электрофорной машиной
так, чтобы один конец петли был на не-
большом расстоянии от кондуктора ма-
шины во время вращения дисков, то при
разряде кондуктора через петлю в про-
межутке А будет наблюдаться искра.
Следовательно, в петле возникло
большое напряжение, которое можно
объяснить большим индуктивным сопро-
тивлением петли быстро изменяющему-
ся току.
Объяснив явление, полезно расска-
зать учащимся, почему молниеотводы
соединяют с землей кратчайшим путем.
Во время демонстрации прибор дол-
жен быть заземлен.
В. А. Драгель
(г. Бийск)
ЭКРАНИРОВАНИЕ
ЭКРАНИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ (ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ)
Приборы: индукционная стрелка-индикатор, демонстрацион-
ный раздвижной плоский конденсатор, шаровой кондуктор,
электрофорная машина.
76
Для индукционной стрелки-ин-
дикатора из текстолита выпилива-
ют П-образную полоску (рис. 68).
Она служит скобой, в которой
удерживается стрелка. В скобу с
торцовой части ввинчивается стер-
жень, для этого в скобе сверлится
отверстие и нарезается резьба. В
боковые стенки скобы вставляют
стеклянные подшипники (шляпки
от небольших магнитных стрелок),
в которых удерживается и может
свободно повертываться стрелка,
вырезанная из листового алюминия.
Защитный экран делают тоже из
листового алюминия. В защитном
экране (в форме цилиндра), надо
просверлить два отверстия: одно —
для стержня от стрелки-индикато-
ра, другое — для заземляющего
проводника.
Стрелка всегда устанавливается
в направлении сил, действующих со
Рис. 68. Скоба с алюминие-
вой стрелкой.
стороны ПОЛЯ.
Рис. 69. Установка стрелки между пластинами конденсатора.
77
1-й вариант. Экранирование от внешнего поля
Стрелку устанавливают вертикально между пластинами кон-
денсатора (рис. 69). Если возбудить электростатическое поле,
то стрелка-индикатор установится вдоль действующих сил поля.
Рис. 70. Установка для демонстрации экранирования от внешнего
поля.
Рис. 71. Установка для демонст-
рации экранирования от внутрен-
нею поля..
После демонстрации описан-
ного явления всю установку
разряжают, а стрелку-индика-
тор вставляют внутрь защит-
ного экрана, как показано на
рисунке 70. Несмотря на со-
общенный конденсатору за-
ряд, стрелка не отклоняется.
2-й вариант. Экраниро-
вание от внутреннего поля
Расположив стрелку рядом
с шаровым кондуктором, по-
следний электризуют. Стрелка
ориентируется в поле кондук-
тора. Затем, разрядив кондук-
78
тор, накрывают его экраном, закрепленным в штативе с по-
мощью эбонитового стержня, а сверху кладут металлическую
пластинку. Экран заземляется (рис. 71). Если вторично наэлек-
тризовать кондуктор, то стрелка не отклонится.
ЭКРАНИРОВАНИЕ МАГНИТНОЕ
Приборы: магнитная стрелка-индикатор, стрелка-указатель,
экранирующее кольцо, два полосовых магнита, вертикальный
экран с опорной подставкой.
Магнитная стрелка-индикатор по форме и размерам такая
же, как и индукционная стрелка-индикатор (см. рис. 68), но
вместо алюминиевой
стрелки используется по-
лосовой магнит ♦, а скоба
изготовляется из листо
вой меди.
Стрелку-указатель де
лают из картона и покры-
вают черной тушью. Экра-
нирующее кольцо можно
вырезать из толстостен-
ной железной трубы. В
кольце надо просверлить
отверстие, сквозь которое
мог бы проходить стер-
Рис. 72. Установка стрелки для экраниро-
вания.
жень стрелки-индикатора.
Экран фанерный. В
центре экрана выпилива-
ют круглое отверстие, ди-
аметр которого немного больше внешнего диаметра экранирую-
щего кольца. Слева и справа от отверстия наносят черной
тушью деления и закрепляют по две алюминиевые скобы для
полосовых магнитов.
Стрелка-индикатор закрепляется на вертикальном экране
так, чтобы ось стрелки оказалась в центре вырезанного отвер-
стия. Затем на экране прикрепляется стрелка-указатель так,
чтобы ее направление составило с горизонталью некоторый угол,
например в 45°.
Полосовые магниты сближают до тех пор, пока при их сим-
метричном расположении относительно отверстия направление
стрелки-индикатора не совпадает с направлением стрелки-ука-
зателя (рис. 72). Отмечают число делений между ближайшими
полюсами магнитов. Затем магниты отодвигают и вставляют в
♦ Полосовой магнит можно взять из набора «100 занимательных опытов
по физике».
79
экран экранирующее
кольцо. После этого
магниты вновь сближа-
ют до тех пор, пока на-
правление стрелки-ин-
дикатора не совпадет
с направлением стрел-
ки-указателя (рис. 73).
Вторично отмечают
число делений между
ближайшими полюса-
ми магнитов, сравнива-
ют результаты и дела-
ют соответствующий
вывод.
Магнитное экрани-
рование используется главным образом для защиты электроиз-
мерительных приборов от влияния посторонних магнитных по-
лей, в частности магнитного поля Земли.
ЭКРАНИРОВАНИЕ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
ТОКА ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
на маловольтную лампочку,
Рис. 74. Экранирование от электро-
магнитного поля осветительной сети.
Приборы: индукционная катушка с сердечником, проволоч-
ный виток-катушка, замкнутый
экраны.
Экраны изготовляют в фор-
ме цилиндров: один — из тон-
кой листовой жести, другой —
железный (кольцо, вырезанное
из толстостенной железной
трубы). Высота экранов долж-
на несколько превышать вы-
соту катушки с сердечником
(рис. 74).
Проволочный виток-катуш-
ку надо изготовить самодель-
ный. Диаметр витка должен
быть немного больше диамет-
ра цилиндров.
Включив катушку в осве-
тительную сеть, демонстриру-
ем яркое освещение лампочки,
соединенной с витком, в от-
сутствие экрана. Затем наблюдаем за яркостью свечения экрана
при последовательном использовании тонкостенного и толсто-
стенного экранов. Выявляем роль толщины стенок экрана.
80
Меняя напряжение, подаваемое на катушку, можно добить-
ся едва заметного накала нити лампочки, хотя в отсутствие эк-
рана свечение ее было весьма яркое.
ЭКРАНИРОВАНИЕ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ТОКА
Приборы: трансформатор высокой частоты (новой конструк-
ции), индуктор, высоковольтный селеновый выпрямитель на
10—12 в, экран, трубка стеклянная с электродами и патруб-
ком, насос Комовского, безэлектродные газосветные трубки.
Экран изготовляют из листового алюминия в форме цилинд-
ра, высота и диаметр которого несколько больше высоты и диа-
метра вторичной катушки трансформатора высокой частоты, за
тем трансформатор подготавливают к работе в резонансном ре-
жиме.
1-й вариант. Экранирование от внешнего электромагнитного
поля
ДвухэлекТродную стеклянную трубку укрепляют на штати-
ве. Соединив ее с катушкой трансформатора, устанавливают
трубку так, как показано на рисунке 75.
Рис, 75. Экранирование от внешнего электромагнитного поля высокочастотного
тока.
Создавая насосом разряжение в трубке, наблюдают яркое
(в темноте) свечение воздуха. Если вторичную катушку транс-
форматора экранировать, то никакого свечения воздуха в труб-
ке не происходит.
2-й вариант. Экранирование от внутреннего
электромагнитного поля
Безэлектродная газосветная трубка, расположенная рядом
со вторичной катушкой трансформатора (рис. 76), во время ра-
Рис. 76. Экранирование от внутреннего электромагнитного поля
высокочастотного тока.
боты трансформатора ярко светится (влияние электромагнит-
ного поля вторичной катушки).
Если вторичную катушку трансформатора экранировать, то
этого свечения уже не наблюдается.
В качестве примеров можно указать экранирование контур-
ных катушек, электронных ламп и т. д.
В заключение можно показать экранирование от свободных
электромагнитных волн, пользуясь демонстрационным генера-
тором УВЧ, приемным диполем (с детектором и гальваномет-
ром) и плоским металлическим листом.
82
В. С. Масловский
(г. Березовка Одесской обл.;
средняя школа № 1)
ЭЛЕКТРОННЫЙ ОСЦИЛЛОСКОП С ПИТАНИЕМ
ОТ АККУМУЛЯТОРОВ
Простой осциллоскоп с питанием от 5—8-вольтовой аккумуля-
торной батареи, пригодный для школьных опытов по физике,
может быть построен так, как показано на рисунке 77.
Для осциллоскопа необходима электронно-лучевая трубка
ЛО-247. Можно применить трубку 8ЛО-29, но для питания нити
накала этой трубки необхо-
димо напряжение 6,3 в, а не
4 в, как для трубки ЛО-247.
Осциллоскоп питается
током шести последователь-
но соединенных щелочных
(или четырех последова-
тельно соединенных свин-
цовых) аккумуляторов. Для
питания нити накала элект-
ронно-лучевой трубки по-
дается напряжение 3,5 в от
трех аккумуляторов.
Для питания нити нака-
ла лампы подается напря-
жение 6,25 в от пяти акку-
муляторов. На преобразова-
Ф66
Рис. 77. Электронный осциллоскоп
с питанием от аккумуляторов.
тель тока на полупроводни-
ках подается напряжение
7,5 в от шести аккумуля-
торов.
.Высокое напряжение 400—500 в для питания анодов трубки
и напряжение 200—250 в для питания анодной цепи лампы 6Ж4
получают от преобразователя тока, работающего на двух полу-
проводниковых триодах типа ПЗ-Б или ПЗ-В.
Преобразователь тока представляет собой блокинг-генера-
тор, построенный по двухтактной схеме (рис. 78).
Трансформатор преобразователя имеет четыре обмотки: об-
мотка / в цепи оснований триодов имеет 2X10 витков провода
ПЭЛ-0,25; обмотка // в цепи коллекторов триодов имеет 2x3
провода ПЭЛ-0,75; повышающие обмотки III и IV имеют по
1200 витков провода ПЭЛ-0,14. Переменное напряжение с об-
мотки /// подается на выпрямитель, работающий по схеме удво-
ения напряжения. В выпрямителе использованы диоды ДГ-Ц27
(или Д7Ж). Конденсаторы Си и имеют рабочее напряжение
83
60 в. Удвоенное выпрямленное напряжение порядка 400—500 в
подается на цепочку сопротивлений, с которых необходимые на-
пряжения поступают на электроды трубки.
С помощью переменного сопротивления можно регулиро-
вать яркость луча, а с помощью переменного сопротивления R^
осуществлять его фокусировку.
Переменные сопротивления /?ц и Ru используются для сме-
щения луча в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Рис. 78. Принципиальная схема блокинг-генератора.
Переменное напряжение, снимаемое с обмотки IV, выпрямля-
ется с помощью двухполупериодного выпрямителя, построенного
по мостиковой схеме на полупроводниковых диодах ДГ-Ц27 (или
Д7Ж). Фильтр последнего выпрямителя состоит из двух электро-
литических конденсаторов С15 и Ci6, имеющих рабочее напряже-
ние не ниже 300 в, и сопротивления' /?ц.
Постоянное напряжение 200—250 в, полученное от этого вы-
прямителя, подается на анод и экранирующую сетку лампы 6Ж4,
генерирующей .пилообразное напряжение, необходимое для гори-
зонтальной развертки луча.
Генератор пилообразного напряжения собран по транзитрон-
ной схеме.
Частоту развертки генератора можно скачкообразно изменять
путем включения одной из пар конденсаторов (С8 и Се, С4 и Cj,
84
С5 и Се). Переключение их осуществляется с помощью однопо-
люсного (или двухполюсного) переключателя на три положения.
В пределах каждого поддиапазона развертки плавное изме-
нение частоты последней осуществляется переменным сопротив-
лением /?б-
Включив конденсаторы С3 и С& получаем поддиапазон с час-
тотой развертки от 1,5—2 гц до нескольких герц. Этот поддиапа-
зон служит только для демонстрации движения луча под дейст-
вием пилообразного напряжения, медленного в одном направле-
нии и очень быстрого в противоположном.. Медленное движение
луча дает возможность учащимся получить четкое представле-
Рис. 80. Цоколевка лам-
пы 6Ж4.
Рис. 79. Цоколевка элект-
ронно-лучевой трубки.
ние об этом движении, так как отдельные положения луча не сли-
ваются на экране трубки в одну прямую. Два других поддиапа-
зона, получаемые при включении конденсаторов С4, С7 и С5, С8,
имеют частоту развертки соответственно 20—200 гц и 120—
900 гц. Эти поддиапазоны используются для получения осцилло*
грамм исследуемых токов.
С целью максимального упрощения конструкции осциллоско-
па в его схему не вошел усилитель вертикального отклонения лу-
ча, так как для проведения опыта всегда можно подобрать необ-
ходимую величину напряжения для того, чтобы добиться доста*
точно большого вертикального смещения луча.
На рисунке 79 приведена цоколевка электронно-лучепой труб-
ки ЛО-247, а на рисунке 80 — цоколевка лампы 6Ж4.
Осциллоскоп монтируется на деревянном шасси (можно ис-
пользовать фанеру толщиной 6—8 мм).
На передней стенке укрепляют переменные сопротивления и
переключатель диапазонов. Ламповая панелька и часть кондец;
саторов располагаются на верхней горизонтальной стенке uiacCkl,
а все остальные детали — внутри последнего.
85
Зажимы для подачи напряжений питания монтируют на зад-
ней стенке шасси, а зажимы для подачи исследуемого напряже-
ния и напряжения синхронизации — на одной из боковых стенок.
Электронно-лучевая трубка может быть экранирована, хотя
и без этого осциллоскоп работает хорошо. Экраном может слу-
жить отрезок железной трубы длиной 20 см. толщиной стенок
1—3 мм и внутренним диаметром 70—80 мм. Трубу для экрана
можно изготовить из кровельного железа, обернув им несколь-
ко раз болванку соответствующего диаметра и пропаяв края.
Подготовку осциллоскопа к работе начинают с преобразова-
теля тока. Правильно собранный генератор преобразователя на-
чинает работать сразу. При отсутствии переменного напряжения
на концах обмоток /// и IV следует поменять местами концы об-
мотки / в цепи оснований триодов или концы обмотки // в цепи
коллекторов (но не одновременно). Другой причиной бездейст-
вия генератора может быть замыкание витков одной из обмо-
ток. Чтобы устранить этот дефект, нужно перемотать обмотки
трансформатора.
Переменное напряжение на концах обмоток 777 и IV должно
быть равно 200—250 в. Его измеряют или высокоомным вольт-
метром, или школьным авометром, или тестером ТТ-1 или ТТ-2.
Все дальнейшие измерения следует производить одним из этих
приборов.
С помощью переменного сопротивления /?21 добиваются устой-
чивой работы генератора.
Далее, к обмоткам III и IV присоединяют выпрямители и
фильтры; постоянные напряжения на их выходах должны быть
соответственно равны 400—500 в и 200—250 в.
Высокое напряжение (400—500 в) подают на цепочку сопро-
тивлений и накаливают нить электронно-лучевой трубки, на эк-
ране которой при этом появляется светлое пятнышко. Яркость
пятна можно регулировать сопротивлением /?18, а фокусировать
его сопротивлением /?16. Если пятно сразу не появится на экране
трубки, то следует изменить сопротивление и добиться появ-
ления его.
До,включения генератора развертки пятно следует несколько
расфокусировать, чтобы не прожечь экран трубки. Пятно пере-
мещают в центр экрана, меняя сопротивления реостатов /?и и
/?12- После того как катод лампы 6Ж4 разогреется, на анод и эк-
ранирующую сетку подают напряжение 200—250 в; при этом на
экране появляется светлая полоса При включении конденсато-
ров Сз и Сб наблюдается медленное движение пятна в одну сто-
рону и быстрое — в противоположную.
Для проверки работы осциллоскопа в поддиапазоне разверт-
ки с частотой 20—200 гц на его вход подают переменное напря-
жение 12—30 в от сети или генератора (напряжение сети снижа-
ется с помощью трансформатора или делителя напряжения)
86
Этот же источник напряжения используется и для синхрониза-
ции, для чего вход сигнала соединяют с входом синхронизации.
•Плавно изменяя сопротивление реостата /?б, получают на экране
кривую поданного на вход осциллоскопа напряжения. Поддиапа-
зон развертки с частотой 120—900 гц проверяют подключением
к входу осциллоскопа генератора, в колебательный контур в цепи
анода которого включают конденсатор емкостью 25000пф (при
проверке поддиапазона с частотой развертки 20—200 гц включа-
ют конденсатор емкостью 70000 пф).
Изменяя сопротивление реостата /?б> устанавливают нужную
частоту развертки и получают на экране кривую напряжения.
В осциллоскопе предусмотрена возможность зажигания об-
ратного хода луча с помощью включения конденсатора Сн.
На рисунке 77 показан смонтированный осциллоскоп. К ос-
циллоскопу полезно изготовить приставки для получения затуха-
ющих и незатухающих электрических колебаний.
В. В. Паненко
(г. Симферополь, Крымский
педагогический институт) .
имени М. В, Фрунзе)
ЛАМПОВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ
С РЕГУЛИРУЕМЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ
В кенотронных выпрямителях для регулирования напряже-
ния обычно применяют автотрансформаторы или омические по-
тенциометры. В школьных условиях удобно иметь ламповый вы-
прямитель небольшой мощности с плавно регулируемым выход-
ным напряжением. Работа подобных схем основана на примене-
нии электронных ламп с небольшим внутренним сопротивлени-
ем, величина которого изменяется при изменении потенциала
сетки.
В журнале «Физика в школе», 1959 г., № 6, стр. 86—87,
описан выпрямитель с применением лампы 6Н5С (для регули-
рования выпрямленного напряжения). Однако такой выпрями-
тель имеет плохую внешнюю характеристику, особенно при низ-
ком выпрямленном напряжении, которое уменьшается по мере
роста тока нагрузки. За выходным напряжением приходится
следить и вручную регулировать его, а это очень неудобно в том
случае, если выпрямитель используют несколько групп.
Внешнюю характеристику выпрямителя этого типа можно
значительно улучшить, построив его по схеме, указанной на ри-
сунке 81.
Для улучшения работы выпрямителя используется плоскост-
ной полупроводниковый триод П2Б. В качестве выпрямительной
87
лампы применена наиболее распространенная лампа 6ПЗ, мож-
но также применять лампы 6П6С, 6П9С. При небольших токах
можно включать в каждое плечо выпрямителя по две лампы.
После фильтра выпрямителя установлен потенциометр /?1 =
Рис. 81. Схема лампового выпрямителя с регулируемым
напряжением.
= 150 ком, которым регулируется напряжение. Сопротивления
/?2== 30 ом и /?з = 450 ом необходимы для получения управля-
ющего тока в цепи эмиттера триода.
При регулировке напряжения потенциометром Z?i отрица-
тельное напряжение подается не только на управляющую сет-
ку лампы, но и на кол-
лектор триода. При от-
рицательном напряже-
нии на коллекторе и
при отсутствии тока в
цепи эмитгера сопро-
тивление цепи коллек-
тор — основание вели-
ко (незначительно
шунтирует верхнюю
часть потенциометра
/?,).
При появлении то-
ка в выпрямителе за
счет сопротивлений /?2
и /?3 возникает ток
эмиттера, а сопротив-
Рис. 82. Внешние характеристики выпря-
мителя.
ление коллекторного
перехода уменьшается. Это приводит к шунтированию верхнего
участка потенциометра Отрицательное напряжение на сетках
выпрямительных ламп становится меньше, внутреннее сопротив-
ление их автоматически, по мере роста тока, уменьшается, а на-
пряжение на выходе остается постоянным или может даже на-
88
растать. На рисунке 82 показаны внешние характеристики вы-
прямителя. Кривая / — внешняя характеристика выпрямителя
при отсутствии отрицательного смещения на сетках лампы; кри-
вые 2, 3 и 4 — тоже для меньших напряжений; кривая 5 дана
для сравнения с кривой 3. Она получена на том же выпрямителе,
но без полупроводникового триода.
Таким образом, используя для обратной связи полупровод-
никовый триод, можно добиться в довольно больших пределах
независимости выходного напряжения от тока нагрузки. При
настройке нужно подобрать сопротивление /?з такой величины,
чтобы при увеличении нагрузки напряжение не изменялось. Со-
противление 7?4=4 ком необходимо для того, чтобы стабилизи-
ровать самое низкое напряжение. В данном выпрямителе можно
плавно изменять напряжение от 340 до 50-е при максимальном
токе 90 ма.
Данные трансформатора — первичная обмотка: 220 в, ПООвт,
ПЭ-0,6; вторичная обмотка: 2x300 в по 1500 витков ПЭ-0,25; на
накал ламп: 6,3 в по 32 витка ПЭ-1,0. Сечение стали 10 см2.
Для выпрямителя можно использовать заводской силовой транс-
форматор от радиоприемника.
Сборку и демонстрацию выпрямителя можно осуществить на
занятиях электротехнического или радиотехнического кружка.
А. М. Чельцов
(г. Калининград Московской обл.,
средняя школа № 4)
ЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР
НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТРИОДАХ
Приводим описание самодельного звукового генератора, из-
готовленного на двух разных полупроводниковых триодах. На
рисунке 83 приведена схема генератора звуковой частоты с ши-
роким диапазоном частот. Для этой схемы можно применить
один из германиевых триодов (типа п-р-п: П8, П9, П9А и др.)
и плоскостный триод (типа р-п-р: П13, П13А, П1А, П1Д, П1Е
и др.).
Частота генератора зависит от емкости, а следовательно, от
положения переключателя П и от переменных сопротивлений Т?2
и /?3. Сопротивление /?з служит для грубой настройки генерато-
ра, а сопротивление Rj—для более точной настройки и для пред-
отвращения выхода триодов из строя. Для предупреждения из-
менения полярности питающего напряжения можно поставить
диод-предохранитель Д.
Для питания могут быть использованы от одного до трех су-
хих элементов типа ФБС или какой-нибудь другой источник по-
4 Заказ 277
89
стоянного тока напряжением от 1 до (у в. Установка очень эконо-
мична, потребляет ток около 10 ма, так что сухие элементы ти-
па ФБС могут продолжительное время питать генератор. Если
к зажимам СД подключить звуковую катушку громкоговорите-
ля, то можно слышать звук, однако зажимы лучше соединить
с гнездами адаптера какого-нибудь усилителя низкой частоты,
например от кинопередвижки.
Рис. 83. Схема генератора звуковой частоты.
При помощи этого генератора вместе с усилителем низкой
частоты и электронным осциллографом можно показать ряд
опытов по акустике, механическим колебаниям и переменному
току.
О. А Львов
(г. Барнаул,
средняя школа №42)
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ АВТОТРАНСФОРМАТОР
Предлагаемый нами автотрансформатор трехфазного тока
имеет нулевую точку и дает линейные напряжения 380 в, 220 в
и 127 в. Он составлен из трех автотрансформаторе КАТ-14 одно-
фазного тока, соединенных звездой.
90
Внутреннее сопротивление автотрансформатора КАТ-14 очень
небольшое. Это позволяет снимать нагрузки до 5—7 а по фазе
без заметного падения напряжения на нем. Мощность его дости-
гает 4 кет, что вполне обеспечивает потребности кабинета фи-
зики.
При монтаже автотрансформаторы извлекают из металличе-
ских чехлов, отпаивают ступенчатый переключатель, вольтметр
и предохранитель и шурупами крепят к монтажному щиту. Со-
блюдая полярность обмоток, соответствующие концы (рис. 84)
О
.. - —————•
$
Рис. 84. Монтажная схема автотрансфор-
матора.
соединяют в общую нулевую точку. Далее каждый автотранс*
форматор включается поочереди в сеть однофазного тока и при
помощи вольтметра отыскивается вывод секции, дающий с об-
щей нулевой точкой 74 в. После этой операции все остальные
выводы секций обмоток автотрансформаторов надежно изолиру-
ют. Автотрансформаторы закрывают общим самодельным же-
стяным кожухом, в который вставлено 10 проходных фарфоро-
вых изоляторов (нами использовались изоляторы от антенн ра-
диостанций).
Три проходных изолятора соединяют начала обмоток авто-
трансформаторов, другие три—«выводы на 127 в, наконец, еще
4*
91
три проходных изолятора соединяют выводы автотрансформато-
ра на 74 в. Через десятый изолятор проходит нулевой провод
(рис. 85) Каждый автотрансформатор имеет такие данные: вся
обмотка рассчитана на 220 в, первый вывод—127 в и второй
Рис. 85. Общий вид автотрансформатора.
вывод — 74 в. При соединении звездой получаем: (7л®=380 в,
(/л = 220 в, С/л= 1 >7 в, (7ср==220 в, С7ср= 127 в. С/ср = 74 в.
У автотрансформаторов КАТ-14 имеется вторичная обмотка
на 5 в. Эти обмотки использовались в качестве индикаторов на-
личия питания во всех трех фазах. Для этого обмотки замкну-
ли на три лампочки по 6 в. Лампочки поместили внутри кожуха
автотрансформатора. В кожухе сделали три отверстия, которые
закрыли светофильтрами: красным — фазу А, желтым — фазу В
и зеленым — фазу С.
Описанный автотрансформатор доступно изготовить многим
школам. Он универсален для всех схем питания. Если питание
осуществлено по схеме «звезда» 380 в, автотрансформатор пи-
92
тается через клеммы по фазе на 220 в, если по схеме «звезда»
или «треугольник» 220 в, автотрансформатор питается через
клеммы по фазе на 127 в; если по схеме «треугольник» 127 в,
автотрансформатор питается через клеммы по фазе на 74 в.
\Н. Г. Иоффе\
(Московский государственный
педагогический институт)
имени В. И. Ленина)
МАГНИТНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ
(практическая работа)
Нереверсивный магнитный пускатель является объектом из-
учения на практических занятиях.
При изучении пускателя учащиеся должны сами собрать его
из контактора, теплового реле и кнопок управления. Это помо-
жет учащимся лучше усвоить взаимосвязь между этими элемен-
тами. Рекомендуемый методическими руководствами обратный
путь — изучение скомпонованного пускателя и составление толь-
ко принципиальной схемы его — не дает удовлетворительных ре-
зультатов, так как проследить за электрической цепью пускате-
ля фабричной компоновки при первом знакомстве с ним доволь-
но трудно и учащиеся нередко срисовывают готовую схему из
книги.
Магнитный пускатель может быть собран из деталей, весьма
различных по конструкции. Для учебных целей должны быть
отобраны наиболее типичные из этих деталей и вместе с тем
удобные для изучения с хорошо видимым устройством и дей-
ствием. К ним относятся контактор типа МП КО на 220 и 127 в,
тепловое реле типа РТ-1 и кнопочные элементы КУ-2.
Контактор указанного типа четырехполюсный, с вертикаль-
ным ходом якоря и подвижных контактов. Его необходимо уста-
новить на подставку П-образной формы, сделанную из листово-
го железа (1 мм) или алюминия (1,5—2 мм). Контактор должен
иметь удобные винтовые зажимы для присоединения проводов
с наконечниками. Зажимы на стойках неподвижных контактов
следует расположить по разные стороны каждой стойки. Тогда
сетевые проводники цепи управления, которые присоединяются
к одним и тем же стойкам контактора, не будут мешать друг
другу.
Тепловое реле РТ-1 удобно тем, что оба его нагревательных
элемента управляют одной парой нормально закрытых контак-
тов, цепи реле более наглядны, чем цепи реле РТ-1. обычно ппи-
меняемого в пускателях фабричной компоновки. Оно не нужда-
ется в каком бы то ни было оснащении»
93
Нагревательные элементы реле подбирают по справочнику
такими, чтобы ток срабатывания составлял 120% от номиналь-
ного тока двигателя — объекта управления на практическом за-
нятии. Если таких элементов не окажется, можно перемотать
имеющиеся в наличии элементы нихромовой проволокой, подо-
брав экспериментально число витков и сечение.
Кнопочный элемент КУ-2 имеет независимые группы контак-
тов, которые легко могут устанавливаться как нормально откры-
тые, так и нормально закрытые. Чтобы изменить род контактов,
достаточно перевернуть их подвижные и неподвижные детали.
Для работы нужны два кнопочных элемента: один — с нормаль-
но открытыми, а другой —с нормально закрытыми контактами.
Соответствующих надписей «пуск» и «стоп» на кнопках нет. При
выполнении. практической работы используется только одна
группа контактов на каждой кнопке, однако лишние снимать не
следует, чтобы не исказить конструкцию аппарата. Оба кнопоч-
ных элемента блокируются в кнопочную станцию с помощью
П-образной подставки. Для маркировки кнопок, которая выпол-
няется во время практикума, нужны два съемных знака с сим-
волами «пуск» и «стоп», устанавливаемые на подставку. Изобра-
жать постоянные знаки прямо на кнопках не следует: учащиеся
должны научиться распознавать кнопки по роду контактов.
Хорошей заменой кнопок КУ-2 может явиться только кнопоч-
ная станция К-12, контактная система которой весьма наглядна.
Однако при ее использовании отпадает работа по расшифровке
кнопок, имеющих надписи «пуск» и «стоп».
В комплект пускателей добавляют 6 тонких проводников с
наконечниками длиной по 250 мм для монтажа цепи управления.
Если указанные детали приобрести не удается, можно заме-
нить их другими, но обязательно отдельными одна от другой,
например, расчленив фабричный пускатель. Контактор с пово-
ротным якорем (лучше всего типа КТВ-132) можно устанавли-
вать в коллекторе стола *. Для этой цели к нему достаточно при-
крепить сзади две вертикальные планки.
Принципиальная схема пускателя должна быть известна
учащимся из теоретического занятия, и прилагать ее к описанию
работы нет необходимости. Что касается характера этой схе-
мы— совмещенная (монтажная) или развернутая (рис. 86), то
мы отдаем предпочтение последней. На ней очень хорошо видны
разделенные цепи (рабочая и управляющая) и взаимосвязь эле-
ментов пускателя. Что касается совмещенных схем, которые при-
водятся в большинстве учебных пособий, то они читаются уча-
щимися с трудом, и практическая работа по таким схемам мо-
жет свестись к-неосознанным механическим действиям.
* См. «Физика в школе», 1960, Ns 1, Способ установки приборов на
лабораторном столе,
94
Цель работы. 1. Изучить устройство отдельных элемен-
тов магнитного пускателя: контактора, теплового реле и кнопоч-
ной станции.
2. Собрать схему пускателя из тех же элементов.
3. Проверить работу пускателя в блоке с асинхронным дви-
гателем.
Оборудование: комплект деталей пускателя (контактор
на подставке, кнопочная станция, тепловое реле, 6 тонких про-
водников с наконечниками, съемные знаки «пуск» и «стоп»),
асинхронный двигатель с тормозом, амперметр, проводники для
рабочей цепи, отвертка и плоскогубцы.
Ход работы
А. ИЗУЧЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПУСКАТЕЛЯ
Контактор
1. Расшифруйте паспорт контактора. Проверьте, можно ли с
помощью этого контактора управлять данным вам асинхронным
двигателем.
2. Снимите контактор с подставки и укажите: катушку, ярмо
магнитопровода и якорь, главные полюсы контактора и вспомо-
гательный полюс с блок-контактами (последний отличается уко-
роченными стойками зажимов).
3. Рассмотрите электрическую цепь каждого полюса и взаи-
модействие неподвижных и подвижных контактов, передвигая
от руки нижнюю часть контактора. Укажите зажимы для присо-
единения проводов к полюсам.
95
4, Ознакомьтесь с табличными данными, указанными на ка-
тушке контактора. Подумайте, можно ли включать ее в цепь с
тем же напряжением, что и двигатель. Найдите выводные за-
жимы катушки.
5. Установите контактор снова на подставку.
Тепловое реле
1. Найдите и расшифруйте марку реле.
2. Укажите нагревательные элементы реле и его контактную
систему.
3. ' Снимите и осмотрите один из нагревательных элементов,
заметив его расположение относительно реле. Как соединены
между собой спирали элемента, последовательно или параллель-
но? Какая деталь теплового реле находилась между спиралями
до снятия элемента и теперь хорошо видна?
4. Ознакомьтесь с механизмом срабатывания реле. Для
этого:
а) Проверьте, замкнуты или разомкнуты контакты реле. Ес-
ли разомкнуты, нажмите на кнопку возврата.
б) Отожмите книзу биметаллическую пластинку, наблюдая
за контактами. Что происходит?
в) Перевернув реле и повторив нажим на биметаллическую
пластинку, затем на кнопку возврата, проследите за взаимодей-
ствием деталей реле.
5. Установите на место снятый нагревательный элемент.
Кнопочная станция
1. Выясните марку кнопок (проставлена на колодке).
2. Нажимая на толкатели кнопок, наблюдайте за их контак-
тами. Укажите неподвижные контакты и контактные мостики.
Различите по роду контактов кнопку «пуск» и кнопку «стоп».
Примечание. При монтаже простого пускателя, используется только
одна (любая) группа контактов каждой кнопки.
3. Ознакомьтесь со способом крепления кнопки. Снимите од-
ну кнопку с подставки, отвернув обод (верхнее кольцо), и вновь
поставьте кнопку на место. Надежность крепления обеспечива-
ется контргайкой.
4. Установите на подставку станции знаки «пуск» и «стоп».
Б. МОНТАЖ И ОПРОБОВАНИЕ ПУСКАТЕЛЯ
1. Нарисуйте известную вам схему магнитного пускателя.
(Ею вы будете руководствоваться при монтаже.)
2. Найдите зажимы контактора для подключения к сети и
зажимы для присоединения двигателя.
9S
3. Присоедините контактор к зажимам трехфазной сети, не
включая рубильник.
4. Соберите цепь управления пускателя, используя тонкие
проводники. Конечные провода этой цепи присоединяются ко
вторым зажимам на контактных стойках контактора, подклю-
ченных к сети.
Примечание. Внутренние соединения кнопочной станции можно вы-
полнить оголенным проводником.
5. После проверки собранной цепи преподавателем опробуй-
те пускатель.
6. Разомкнув рубильник сети, подключите к пускателю
двигатель через тепловое реле. С разрешения преподавате-
ля осуществите автоматический пуск и остановку двига-
теля.
7. Проверьте действие теплового реле при 20-процентной пе-
регрузке двигателя по току. Для этого:
а) Выясните, подходит ли амперметр, стоящий на вашем сто-
ле, для регистрации заданного тока. Если нет, подберите другой
амперметр и по согласованию с преподавателем включите в
цепь.
б) С помощью тормоза быстро создайте требуемую перегруз-
ку двигателя и сразу начните измерение времени до момента
срабатывания реле. Запишите выдержку времени перед сраба-
тыванием.
в) Возвратите контакты реле в исходное положение. Проду-
майте, можно ли это сделать сразу после срабатывания реле?
Почему?
г) Попробуйте вновь запустить двигатель.
8. Разберите цепи и сдайте рабочее место преподавателю.
В. ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
Рассмотрите способ компоновки фабричного пускателя и про-
следите за соединениями его элементов, пользуясь известной
вам принципиальной схемой.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Расшифровка паспортных данных элементов пускателя.
2. Схема магнитного пускателя.
3. Соображения, которыми вы руководствовались при подбо-
ре амперметра для регистрации тока при перегрузке двига-
теля.
4. Выдержка времени до срабатывания теплового реле.
97
Г. И. Жерехов
(г. Уфа, Башкирский
государственный университет)
НЕКОТОРЫЕ ДЕМОНСТРАЦИИ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ
1. ДЕМОНСТРАЦИЯ СДВИГА ФАЗ МЕЖДУ ТОКОМ И НАПРЯЖЕНИЕМ
Для проведения этой демонстрации необходимы были два
осциллографа или двухлучевой электронный осциллограф, или
же один осциллограф, но с применением электронных или меха-
нических коммутато-
ров. Однако сдвиг фаз
можно наблюдать на
более простом опыте,
для проведения кото-
рого необходим любой
однолучевой электрон-
ный осциллограф.
Собираем схему,
представленную на ри-
сунке 87. Реостат,
бумажный конденса-
тор (4 мкф) и ин-
дуктивность (катушка
от трансформатора)
включаются последова-
тельно. Параллельно
Рис. 87. Схема установки для демонстрации
сдвига фаз между током и напряжением.
конденсатору и параллельно катушке ставят выключатели. Вход-
ные зажимы электронного осциллографа присоединяем к рео-
стату. Посередине экрана осциллографа укрепляем полоску из
красной бумаги. Замкнув ключи К\ и К.г, подаем на реостат, а
следовательно, и на осциллограф напряжение из сети. Пусть ча-
стота развертки осциллографа будет 30 гц. Ручку ослабителя
ставим на цифру 1:100 (снижением напряжение в 100 раз).
Известно, что электронный осциллограф с электростатиче-
ской трубкой реагирует только на поданное напряжение. Но на-
пряжение на реостате всегда совпадает по фазе с током через
реостат. Поэтому получающаяся осциллограмма будет и гра-
фиком тока.
Получив на экране осциллографа синусоиду (график сетево-
го напряжения), перемещаем луч так, чтобы максимум графи-
ка был в середине экрана, против красной полоски (рис. 88,а).
Введем в цепь индуктивную катушку, размыкая ключ Кг- Ток,
пропущенный через реостат, будет отставать по фазе. Напря-
жение на реостате также отстанет по фазе от сетевого напряже-
ния, и на экране осциллографа максимум окажется правее крас-
98
Рис. 88. График сетевого напряжения.
Разомкнув ключ Кг и замкнув ключ Kt, введем в цепь кон-
денсатор. Ток в цепи, в том числе и ток через реостат, станет
опережать по фазе сетевое напряжение. График на экране ос-
циллографа сразу же сместится влево (рис. 88,в). Одновремен-
но уменьшится и амплитуда.
2. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
В АВТОМОБИЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В автомобильных генераторах регулирование напряжения
производится с помощью реле-регулятора. Электрическая схема
модели реле-регулятора представлена на рисунке 89. Обмотка
электромагнита должна содер-
жать не менее 10ОО витков про-
волоки 0 0,3 мм. При мень-
шем числе витков' указанной
обмотки ток не возбуждается.
Якорь 2, сделанный из упру-
гой стальной пластинки, дол-
жен достаточно надежно ка-
саться контактного винта 3.
Место контакта должно быть Рис. 89. Электрическая схема модели
хорошо зачищено. Все детали реле-регулятора.
модели реле-регулятора нами
выкрашены в черный цвет и укреплены на светлой панели.
Для проведения опыта берут любой автомобильный генера-
тор и включают его в цепь реле-регулятора, как показано на
том же рисунке 89. Демонстрационный вольтметр соединяют со
щетками генератора. Реостат R вводится в цепь обмотки воз-
буждения машины последовательно.
Принцип работы реле-регулятора следующий. С увеличени-
ем напряжения, возникающего в обмотке генератора, увеличи-
99
вается и ток. Когда ток достигнет предельной величины, то якорь
реле 2 притянется к электромагниту 1, а в цепь обмотки возбуж-
дения будет введен реостат R. Напряжение в обмотке генерато-
ра начнет уменьшаться. Но тогда электромагнит реле отпуска-
ет якорь, и реостат вновь замкнется накоротко. Ток в цепи воз-
буждения возрастает, и напряжение машины вновь увеличивает*
ся. Так возникающее напряжение будет колебаться около неко-
торого среднего значения.
Величина сопротивления реостата R влияет также на частоту
колебаний якоря реле. Чем чаще колеблется якорь, тем более
постоянным будет напряжение машины. Частота колебаний
якоря зависит и от упругости пружины.
3. МАГНИТНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ
Для дистанционного управления электродвигателями в насто-
ящее время получили распространение магнитные пускатели.
Схема действующей модели магнитного пускателя представлена
на рисунке 90. Все части модели укрепляют на вертикальной па-
Рис. 90. Электрическая схема действующей модели
магнитного пускателя.
нели, а их соединение выполняют цветными проводами. Катуш-
ка /, которая надевается на сердечник электромагнита Ш-образ-
ной формы, состоит из 1000 витков провода 0 0,2 мм. Железный
якорь 2 находится от электромагнита на расстоянии « 5 мм, но
не меньше. Если это расстояние сделать меньше, то может
случиться, что при поднятии якоря 2 вверх не будет хороше-
го контакта между неподвижными 5 и подвижными 4 пласти-
нами.
Горизонтально расположенные упругие пластинки 4 насажи-
ваются на изолирующую пластинку 3 из текстолита или другой
100
прочной пластмассы. Неподвижных контактов 4 пары. Верхние из
них называются блок-контактами 6. Они подключены параллель-
но пусковой кнопке 7. Кнопка остановки 8 включается после-
довательно с пусковой кнопкой 7; таким образом, обе кноп-
ки включаются последовательно с электромагнитом /. Напря-
жение (трехфазное) сети подают на зажимы, расположенные
на панели слева, а двигатель подключают к правым за-
жимам.
После нажатия пальцем на кнопку пуска 7 электромагнит
/ притянет к себе якорь 2. Вместе с якорем поднимаются четыре
подвижные пружинящие пластины 4. Когда подвижные пружи-
нящие пластины соединят неподвижные, двигатель начнет рабо-
тать. Одновременно блок-контакты 6 замыкают накоротко пус-
ковую кнопку, и можно убрать палец от пусковой кнопки 7, а
двигатель будет продолжать работать. Если нажать на кнопку
остановки, то цепь электромагнитов размыкается, якорь отпа-
дает и контакты цепи двигателя размыкаются.
Выяснив принцип работы магнитного пускателя, можно про-
демонстрировать следующее интересное свойство его. Выключим
рубильник на распределительном щите. Электромагнит пуска-
теля размагничивается, якорь отпадает, двигатель останавли-
вается. Если вновь включить рубильник, то двигатель не при-
дет в движение до тех пор, пока мы не нажмем пусковую кноп-
ку. Если' бы двигатель включался в сеть без пускателя, то, как
только с электростанции было бы подано напряжение, двига-
тель начал бы вращаться «сам собой», что представляло бы
большую опасность для рабочего.
4. РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА
Реле максимального тока, или автомат максимального тока,
служит для выключения различных электрических установок
при их перегрузке.
Принцип действия реле максимального тока можно понять,
если рассмотреть установку, изображенную на рисунке 91. Ос-
новными деталями установки являются электромагнит 1 и пово-
рачивающийся якорь 2. Для электромагнита можно использо-
вать катушку от школьного разборного трансформатора, вста-
вив в нее железный сердечник. Поворачивающийся якорь 2
можно сделать из полоски жести, согнув ее под прямым углом.
Полоска насаживается на круглый медный стержень 3, закреп-
ленный в штативе 4.
Около якоря укрепляют неподвижный контакт 8, при соеди-
нении с которым якорь замыкает цепь. Электромагнит /, потре-
битель— мощная лампа или двигатель, реостат 6'и амперметр 7
включаем в цепь последовательно. Если сопротивление цепи
уменьшится (в данной установке уменьшаем сопротивление рео-
101
стата), то ток увеличится. Наконец, наступает такой момент,
когда под влиянием сил поля электромагнита якорь притянет*
ся к нему и цепь окажется разомкнутой.
|Я. Г. Иоффе\
(Московский государственный
педагогический институт
имени В. И. Ленина)
ПРАКТИКУМ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ
А. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА УЧАЩИХСЯ К ПРАКТИКУМУ
На теоретических занятиях должны быть тщательно изуче-
ны принципиальные схемы усилителя низкой частоты и элект-
ронных реле, положенные в основу электронных приборов для
практикума. Изучать схемы усилителя можно следующим обра-
зом (рис. 92, а — ж). В исходную схему (рис. 92, а) пооче-
редно и обоснованно вносятся улучшающие элементы: утеч-
ка /?у (рис. 92 б), батарея смещения (рис. 92, в), взамен
102
Рис. 92. Стадии развития принципиальной
схемы усилителя.
нее — сопротивление автоматического смещения (рис. 92,г), со-
противление автоматического смещения с последующей блоки-
ровкой конденсатором (рис. 92,д). Так приходят к усовершенст-
вованной схеме однокаскадного усилителя, где сопротивление
символизирует потребителя усиленных колебаний.
Чтобы переход к двухфазному усилителю был вполне ясен,
лучше всего пристроить вторую ступень к уже полученной схеме
однокаскадного усилителя. Начать нужно с рисунка 92, е, на ко-
тором связь между каскадами особенно наглядна.
Далее шаг за шагом в схему вносятся: утечка второй лампы,
сопротивление автоматического смещения с конденсатором (С2)
и осуществляется переход к тетроду или пентоду. Наконец,
утечку второй лампы заменяют потенциометром — регулятором
амплитуд. В итоге приходят к схеме, изображенной на рисун-
ке 92, ж.
Необходимо отметить, что второй каскад служит для усиле-
ния мощности. Нагрузкой второго каскада, подключаемой к
гнездам выхода, может быть, в частности, громкоговоритель.
Однако, чтобы выходная мощность была достаточной, сопротив-
ление потребителя не должно быть меньше 27?у для триода и
(0,1 0,2) для пентодов и лучевых тетродов. Динамик для
приемников нельзя непосредственно подключать через понижа-
ющий трансформатор, первичная обмотка которого обладает
нужным сопротивлением. Трансформатор полезен и в том отно-
шении, что постоянная составляющая анодного тока, нежела-
тельная для потребителя, в него не попадает.
Прежде чем приступить к изучению электронного реле, надо
определить границы применения уже известных учащимся элект-
ромагнитных реле управления. Учащимся напоминаем структу-
ру простейших автоматических установок, с которыми они по-
знакомились при изучении магнитного пускателя: датчик (кноп-
ка, путевой переключатель и т. д.), реле (контактор), объект
управления (двигатель).
Датчик находился в одной цепи с катушкой реле и подавал
командные сигналы, замыкая или размыкая эту цепь. Токи в це-
пи управления были гораздо слабее, чем токи в рабочей цепи,
где находился объект управления — двигатель. Поэтому датчи-
ками могли служить очень легкие контактные устройства. Уча-
щиеся знают, что ток в цепи управления можно еще более осла-
бить, если использовать чувствительные промежуточные реле.
Теперь надо перейти к таким случаям, когда даже самые
слабые токи, необходимые для срабатывания чувствительного
электромагнитного реле, оказываются слишком сильными, что-
бы датчик мог их выдержать. Можно привести два примера.
1-й пример. Если в автоматическом устройстве предусмот-
реть замыкание цепи электромагнитного реле с помощью стрел-
ки прибора, нажимающей при некотором отклонении на контакт,
104
то стрелка быстро обгорит и выйдет из строя. Это случится и
при небольших токах.
2-й пример. В качестве датчика нередко используется фо-
тоэлемент. Однако если его включить непосредственно в цепь
катушки электромагнитного реле, то срабатывать реле не будет,
так как фототок слишком слаб.
В подобных случаях, когда в цепи датчика могут быть толь-
ко очень слабые токи, применяется электронное реле. Оно пред-
ставляет собой сочетание электромагнитного реле и лампового
усилителя. Слабые сигналы усиливаются лампой до такой сте-
пени, что электромагнитное реле будет срабатывать.
По исходной схеме (рис. 93, а) знакомим учащихся с общим
принципом работы электронных реле. Когда промежуток 3—4
цепи управления замкнут датчиком-кнопкой Д, отрицательный
потенциал батареи подается на сетку лампы и реле бездейству-
ет (якорь отпущен). При этом лампа может и не быть заперта
полностью, важно, чтобы анодный ток был меньше тока сраба-
тывания электромагнитного реле. При разрыве цепи управления
датчиком контактная система К реле срабатывает, вызывая не-
обходимые изменения в исполнительной цепи (включение, вы-
ключение, переключение), присоединенной к гнездам И.
Очевидное неудобство рассмотренного реле — необходима
специальная батарея смещения. Между тем при изучении уси-
лителя уже выяснилось, что смещение на сетке можно сделать
автоматически — путем включения сопротивления в цепь като-
да. В схеме электронного реле для этой-цели можно использо-
вать сопротивление самой катушки реле, обычно довольно зна-
чительное. Так совершается переход к схеме, представленной на
рисунке 93, б. Реакцию реле на сигнал можно ускорить и сде-
лать почти мгновенной путем введения в схему реле сопротив-
ления R (утечка), по которому электроны будут быстро стекать
к катоду (рис. 93, в).
Размыкание и замыкание цепи управления, к которому и сво-
дятся функции датчика, можно осуществить разными средст-
вами. Так, можно использовать фотоэффект, применяя в каче-
стве датчика фотоэлемент. Промежуток 3—4 (рис. 93, г) замы-
кается фотоэлектронами при освещении фотоэлемента и разры-
вается при его затемнении.. Электронное реле с датчиком-фото-
элементом называется фотореле.
Интересно отметить, что напряжение цепи катода Ut_2
в этом случае не полностью передается на сетку лампы, а лишь
такая часть его, которая приходится на сопротивление R. Дру-
гая часть напряжения t/i-2 падает на фотоэлементе. Очевидно,
при прочих равных условиях смещение на сетке будет тем боль-
ше, чем больше величина R.
На рисунке 93,д, датчиком является стрелка прибора. Для
надежного замыкания цепи датчика достаточно самого.легкого
5 Заказ 277
105
в г
нажима стрелки на упор-контакт. Схему, часть которой пред-
ставлена на рисунке 93, д, можно использовать, например, для
сигнализации на расстоянии о перегрузке какого-либо агрегата.
Электронное реле немедленного действия (рис. 93, в) легко
превратить в реле времени. Для этого достаточно заблокиро-
вать сопротивление R конденсатором С (рис. 93, е).
В исходном положении промежуток 3—4 цепи датчика зам-
кнут. При этом, как и в предыдущих случаях, ток в катушке Р
ослаблен и якорь реле отпущен. Конденсатор, к которому при-
ложено напряжение смещения Uc, заряжается до такого же на-
пряжения на обкладках и удерживает свой заряд, пока через
сопротивление протекает неизменный ток.
Чтобы привести реле в действие, надо разомкнуть цепь дат-
чика. При этом реле срабатывает не сразу, так как благодаря
разряду конденсатора напряжение на сопротивлении R будет
убывать постепенно. Соответственно и анодный ток достигает
величины, необходимой для срабатывания реле, только через
некоторое время. Итак, выдержка времени после сигнала датчи-
ка определяется временем разряда конденсатора от исходного
напряжения Ui до напряжения U2, при котором реле срабаты-
вает. Как показывают теория и опыт, это время пропорциональ-
но произведению СР, где С — емкость конденсатора и R — вели-
чина сопротивления, показанные на рисунке 93,е. Если сопро-
тивление R переменное, можно в широких пределах подбирать
нужные выдержки времени. Надо пояснить учащимся, почему
это было бы менее удобно делать с помощью конденсаторов
(они допускают лишь ступенчатое изменение емкости).
На рисунке 93, яс показано, как перейти к питанию тех же
электронных реле переменным током.
Таким образом, путем несложного развития одной базовой
схемы мы приходим к электронным реле трех основных типов,
что чрезвычайно облегчает изучение реле.
Б. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ ПРАКТИКУМА
ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ
1. Для питания электронных приборов используются кено-
тронный выпрямитель (фабричный или самодельный) и селено-
вый выпрямитель с фильтром.
Блок-выпрямитель, выпускаемый Главучтехпромом на базе
силового трансформатора ЭЛС-2, обеспечивает постоянное анод-
ное напряжение 200—300 в и переменное напряжение 6,3 в для
накала ламп. Напряжение на выходе селенового выпрямителя
160 в (при включении в сеть на 220 в). Этого вполне достаточно
для выполнения работ с электронными реле. При использова-
нии селенового выпрямителя цепи накала приходится питать от
трансформатора или лампового реостата.
О*
107
2. К выпрямителю Главучтехпрома, не имеющему выходных
гнезд, электронные приборы следует подключать через настоль-
ный щит. Это имеет следующие преимущества:
а) Используя щит, учащиеся смогут отключать напряжение
от испытуемого прибора, не включая выпрямитель. Поэтому при
повторном включении питания не придется ждать разогрева ке-
нотрона.
б) Устраняется опасность поражения током учащихся от
конденсаторов фильтра, которые довольно долго остаются заря-
женными после выключения выпрямителя.
3. При необходимости внести изменения в схему нужно раз-
мыкать лишь анодную цепь (рубильником), оставляя включен-
ной цепь накала ламп. Таким путем можно сократить интерва-
лы между последовательными испытаниями прибора на время
разогрева ламп. Это особенно важно, когда требуется сравнить
смежные режимы работы прибора.
4. Если выпрямителей не хватает, питание анодных цепей
электронных приборов можно на первых порах осуществлять че-
рез распределительную систему. Один кенотронный выпрями-
тель моЖет питать до 10 одноламповых, приборов.
5. В начале первого практического занятия учитель должен
ознакомить учащихся со спецификой оборудования. Особое
внимание обращается на технику безопасности. Полезно предо-
ставить учащимся памятки по работе с электронными прибо-
рами.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
Цель работы. 1) Изучить взаимосвязь деталей усилите-
ля в процессе сборки схемы.
2) Выяснить практическую роль элементов усилителя: нагру-
зочного сопротивления, устройств смещения и утечки.
3) Подобрать оптимальные режимы работы усилителя для
воспроизведения грамзаписи.
Оборудование и принадлежности. 1. Детали уси-
лителя: шасси, подставки — 3 шт., угольники — 2 шт., радиолам-
пы— 2 шт., наборы сопротивлений на 20—50 ком и на 0,2 —
6 ком; сопротивления 0,5 Мом— 2 шт., конденсатор слюдяной
на 10—20 тыс. пф с жесткими отводами—1 шт., потенциометр
0,5 Мом с гибкими отводами — 1 шт., конденсаторы электроли-
тические на 20 в, 20 мкф с жесткими отводами — 2 шт., съем-
ные знаки — 11 шт.
2. Регулировочные устройства: переменные сопротивления до
50 ком и до 6 ком на подставках, проградуированные — 2 шт.,
батарея элементов до 10 в с гибкими отводами—1 шт.
108
3. Проигрыватель с пьезоэлектрическим звукоснимателем и
две грампластинки, тональная * и музыкальная.
4. Динамик бытовой с внутренним трансформатором.
5. Авометр или тестер. •
6. Монтажная проволока 01 мм и боковые кусачки.
7. Справочная таблица параметров ламп.
8. Памятка: общие указания к работе с электронными при-
борами для практикума.
Ход работы
А. Ознакомление с оборудованием
1. Проверьте наличие оборудования и принадлежностей, пе-
речисленных выше.
2. Установив марки ламп, ознакомьтесь с их данными по таб-
лице. Укажите лампы для усиления напряжения и усиления
мощности и их место в схеме усилителя.
3. Рассмотрите устройство шасси прибора, именно: а) найди-
те две пары гнезд-держателей и клеммы-держатели; б) обра-
тите внимание на то, что часть держателей расположена с немон-
тажной стороны шасси. Это держатели цепи накала, которая та-
ким путем отделяется от основных цепей прибора для большей
наглядности.
4. Установите шасси на угольники так, чтобы к вам бы-
ла обращена сторона основных цепей, а клеммы оказались
справа.
5. Укажите панель первого каскада, второго каскада, поль-
зуясь схемой (рис. 94, а). Расшифруйте цоколевку ламп с помо-
щью таблицы и оснастите выводы ламповых панелей съемными
знаками.
Б. Монтаж простейшей схемы
1. Сопоставьте принципиальную схему (рис. 94, а) с располо-
жением деталей на шасси и укажите: а) входные и выходные
гнезда прибора, б) держатели, соответствующие характерным
точкам принципиальной схемы.
2. Рассчитайте и подберите нагрузку первой лампы, зная, что
она должна в 3—4 раза превосходить внутреннее сопротивление
лампы (справьтесь по таблице).
3. Выполните монтаж по схеме (рис. 94, а) и покажите пре-
подавателю. Заметьте полярность клемм.
4. Надев подставки на кромки шасси, поверните его монтаж-
ной стороной вниз (угольники можно при этом не снимать).
5. Соберите цепь накала ламп.
* На тональной грампластинке записан звук чистого тона средней ча-
стоты (400 гц). Ее можно заказать в студии грамзаписи.
109
Вход
Рис. 94. Схемы усилителя низкой частоты
и ее совершенствование.
6. Подключите к прибору динамик, звукосниматель и про-
водник от источника питания, не включая его. Покажите препо-
давателю.
В. Испытания и усовершенствование усилителя
1. Установив шасси опять на угольники, включите питание
ламп и пустите в ход проигрыватель с тональной пластинкой.
После разогрева ламп из динамика должно слышаться ров-
ное звучание. Проследите за устойчивостью этого звучания с
течением времени. Какой можно сделать вывод о качестве ра-
боты простейшей схемы?
Примечание. Если звук с самого начала хриплый, поменяйте места-
ми входные штеккеры и, разрядив сетки ламп прикосновением пальцев к со-
ответствующим держателям, повторите опыт.
2. Отключив анодное напряжение (цепь накала выключать
не нужно, чтобы не дожидаться в дальнейшем разогрева ламп),
введите в схему сопротивления утечек #2=^3=0,5 Мом (рис.
94,6). При этом утечку первой лампы можно подключить пря-
мо к входным зажимам. Снова проверьте устойчивость работы
усилителя с течением времени и сделайте вывод.
3. Включите в цепь первой лампы миллиамперметр. Измерь-
те и запишите анодный ток (рис. 94, в).
4. Проверьте роль положительного и отрицательного напря-
жения смещения на сетке первой лампы. Для этого: а) прерви-
те связь сетки и катода у нижнего входного держателя, ото-
гнув от него соединительный проводник, б) прикоснитесь к ме-
стам разрыва этой цепи выводом от батареи (до 10 в), создавая
на сетке поочередно положительное и отрицательное напряже-
ние. Выключать анодное напряжение при этом не надо. Заметь-
те влияние этих напряжений на анодный ток и на качество зву-
чаний динамика. По окончании опыта восстановите первона-
чальную цепь.
5. Создайте автомауическое напряжение смещения с помо-
щью сопротивлений и подберите его оптимальную величину. Для
этого: а) введите в цепь первой лампы переменное сопротивле-
ние Rt до 7 ком (рис. 94, г) и заблокируйте его электролитиче-
ским конденсатором (прежний проводник из схемы надо уб-
рать). При этом учтите полярность конденсатора; б) плавно уве-
личивая и уменьшая это сопротивление, наблюдайте за током
в цепи и звучанием динамика. В известных пределах громкость
звучания не должна изменяться, несмотря на изменения анод-
ного тока. Подумайте почему. Подберите на слух наибольшее
сопротивление, при котором еще не происходит искажений и сни-
жения громкости; в) замените переменное сопротивление посто-
янным, подобрав его из набора.
111
6. Запишите соответствующий ток и отключите миллиампер-
метр.
7. Рассчитайте сопротивление /?5 смещения для второго
каскада, выяснив необходимые данные по таблице параметров
ламп, подберите из набора и поставьте на место.
8. Теперь выясните, как работает усилитель после установки
/?5 без блокировочного конденсатора С3 и с ним, вводя С3 в
цепь прикосновением и одновременно наблюдая за звуком. В
чем обнаруживается роль конденсатора? Закрепите его в дер-
жателях.
9. Определите напряжение на сетках ламп в обоих каскадах.
Можно ли при этом подключать щуп авометра непосредственно
к выводу сетки? Проверьте и попытайтесь объяснить эффект.
Как же следует измерять смещение?
10. Проиграйте музыкальную пластинку и оцените работу
вашего усилителя.
Г. Дополнительное задание
1. Введите в схему регулятор громкости и проверьте его дей-
ствие в такой последовательности:
а) уберите сопротивление утечки из второго каскада;
б) установите потенциометр в предназначенное для него от-
верстие, ориентируя его по стопорному выступу, заверните от
руки гайку и наденьте рукоятку';
в) выполните соединения в соответствии с рисунком 94, е и
покажите преподавателю;
г) осуществите регулирование громкости.
2. Проверьте, как влияет величина нагрузочного сопротивле-
ния на коэффициент усиления. Для этого:
а) выньте постоянную нагрузку из цепи первой лампы;
б) введите в образовавшийся разрыв переменное’сопротив-
ление до 50 ком;
в) плавно изменяя сопротивление, проследите за звучанием
динамика. Что наблюдается при R = 0? При возрастании /??
Определите на слух значение сопротивления, после которого на-
растание громкости неощутимо. Сравните его с использованным
ранее постоянным сопротивлением;
г) демонстрируйте схему, аккуратно разложите детали и
сдайте рабочее место преподавателю.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Наименование и цель работы.
2. Простейшая и окончательная схема усилителя с ука-
занием марок ламп и величин всех сопротивлений и емко-
стей
3. Объяснение роли улучшающих элементов усилителя в со-
ответствии с целью работы. Для иллюстрации- использовать
112
значения токов в анодной цепи без смещения и со смеще-
нием.
Примечание. При наличии электронного осциллографа возможности
работы можно расширить, сочетая звуковые и зрительные восприятия.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2
ФОТОРЕЛЕ
Цель работы. 1. Ознакомиться с деталями электронного
реле.
2. Изучить взаимосвязь деталей в приборе.
3. Ознакомиться с действием и настройкой электронного реле
в режиме фотореле.
4. Осуществить управление исполнительными устройствами.
Оборудование и принадлежности. 1. Детали
электронного реле: шасси, подставки —3 шт., угольники —2 шт.,
радиолампа, фотоэлемент, наборы сопротивлений на 2—5 Мом
и на 10—50 Мом, конденсатор бумажный с гибкими отвода-
ми, съемные знаки — 5 шт., колпачок для затемнения фотоэле-
мента.
2. Источник питания анодных и накальных цепей прибора.
3. Регулировочное сопротивление до 50 ком со шкалой —1 шт.
4. Детали исполнительной цепи: лампа до 20 вт на подстав-
ке с клеммами, звонок, источник питания, двигатель с контак-
тором.
5. Источник света.
6. Авометр или тестер.
7. Проводники с наконечниками и вилками на концах для
подключения внешних цепей прибора — 7—10 шт.
8. Монтажная проволока 0 11 мм и боковые кусачки.
9. Таблица сведений о лампах.
10. Памятка «Общие указания к работе с электронными
приборами».
Ход работы
А. Ознакомление с оборудованием
1. Установите шасси на подставки и рассмотрите размещен-
ные на нем детали, а именно:
а) найдите катушку, якорь и контактные пружины электро-
магнитного реле. Нажимая на якорь, проследите за действием
контактной системы реле. Укажите пару нормально открытых
(н. о.) и пару нормально закрытых (н. з.) контактов реле. Про-
следите за выходом контактных пружин на обратную сторону
ИЗ
шасси и заметьте держатели (или гнезда), с которыми они свя-
заны;
б) найдите клеммы и две группы гнезд для подключения ис-
полнительной цепи, зная, что ее соединяют с контактами элект-
ромагнитного реле.
2. Снимите подставки и, установив шасси на угольники так,
чтобы клеммы оказались справа, ознакомьтесь с монтажной
стороной прибора. Укажите держатели, связанные с катушкой
реле и с выводом ламповой панели.
3. Выяснив марку лампы, расшифруйте ее цоколевку с
помощью таблицы и оснастите выводы панели съемными зна-
ками.
4. Рассмотрите устройство фотоэлемента. Укажите его анод,
катод и соответственно им выводные штырьки (по знакам на ос-
новании цоколя). При этом держать фотоэлемент следует только
за цоколь. После осмотра положите фотоэлемент обратно в
футляр.
5. Ознакомьтесь с устройством переменного сопротивления.
Б. Монтаж фотореле
1. Сопоставьте принципиальную схему, представленную на
рисунке 95, а, с расположением деталей на шасси прибора. Вы-
ясните:
а) какие держатели соответствуют характерным точкам
схемы;
б) где и как нужно расположить сопротивление /?1 = 1—
3 Мом и фотоэлемент Ф;
в) выполните монтаж по схеме, представленной на рисунке
95, а, при этом с гнездами исполнительной цепи должны быть
связаны нормально открытые контакты.
114
2. Снимите угольники и установите шасси на подставки.
3. Поставьте на место радиолампу и фотоэлемент, учтя его
полярность.
4. Подключите прибор к источнику питания. Покажите пре-
подавателю.
В. Проверка действия и регулировка фотореле
1. Прикрыв фотоэлемент колпачком, включите ток. Когда
лампа прогреется, реле должно сработать. Если реле не срабо-
тает, найдите неисправность. Прежде всего проверьте по мил-
лиамперметру наличие тока в цепи.
2. Проверьте реакцию прибора на свет. Для этого осветите
фотоэлемент фонарем( или светом от окна), наблюдая за пока-
заниями миллиамперметра. Они должны зависеть от освещен-
ности. Как?
3. Якорь реле при достаточном освещении фотоэлемента дол-
жен отпуститься. Проверьте. Если этого не происходит, значит,
ток в катушке реле при освещении фотоэлемента слишком ве-
лик— смещение на сетке недостаточное. Прибор нужно отрегу-
лировать— увеличить смещение. Проще всего это сделать так:
последовательно с катушкой включить дополнительное сопро-
тивление.
Для подбора величины этого сопротивления: а) введите в
схему с помощью гибких проводников переменное сопротивле-
ние до 50 ком, установив его на нуль (бывший на этом месте
проводник из схемы нужно убрать); б) осветите фотоэлемент и,
плавно увеличивая сопротивление, наблюдайте за якорем реле.
В какой-то момент он должен опуститься; в) проверьте четкость
действия контактов системы реле, произведя несколько повтор-
ных затемнений фотоэлемента; г) медленно перекрывая свет
рукой, заметьте и запишите ток срабатывания (/с ) и ток опус-
кания (70) якоря; д) замените переменное сопротивление пос-
тоянным, подобрав его из набора. Оно может быть несколько
выше (но не меньше) найденного по шкале переменного сопро-
тивления. Объясните роль добавочного сопротивления.
Г. Опыты с фотореле
1. Соберите и подключите к фотореле исполнительную цепь
с лампочкой, используя проводники с вилками.
2. Осуществите управление этой цепью с помощью света.
3. Поднесите лампочку исполнительной цепи к фотоэлемен-
ту, защитив его от другого света, и наблюдайте эффект. Объ-
ясните его и продумайте, где можно использовать этот эффект.
4. Переключите гнезда исполнительной цепи на нормально
закрытые контакты реле и проверьте действие прибора в этих
условиях. Что изменилось?
115
5. Выньте фотоэлемент из гнезд и попробуйте управлять ис-
полнительной цепью путем замыкания входных гнезд с помощью
проволочки. Удается ли это при самом слабом нажиме? Замет-
па ли искра? Подумайте, где можно использовать эти свойства
реле?
6. По указанию преподавателя осуществите с помощью реле
управление цепью с более сильными токами.
Д. Дополнительное задание
1. Испытайте прибор, заменив постоянное анодное напряже-
ние переменным на 220 в.
Если при этом наблюдается дрожание контактов реле, по-
пробуйте устранить его с помощью конденсатора. При этом до-
статочно коснуться выводами конденсатора соответствующих
держателей.
2. Восстановив постоянное анодное напряжение, проверь-
те действие прибора без сопротивления Ri. Как можно объяс-
нить результат? Какова роль сопротивления /?1 с этой точки
зрения?
3. Разберите соединения, аккуратно разложите детали и
сдайте рабочее место преподавателю.-
Ж Ответьте на вопросы
1. Существует ли разница между токами отпускания и сра-
батывания реле? Чем это вызвано?
2. Допустимо ли судить о токах в катушке по показаниям
миллиамперметра, включенного в анодную цепь? Объясните.
3. Чем вызвано дрожание контактов реле при переходе на
питание анодной цепи переменным током? В чем состоит роль
конденсатора?
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название и цель работы. 2. Полная схема фотореле с ука-
занием на ней марки лампы, фотоэлемента и величины сопро-
тивлений R\ и /?2- 3. Схема реле на переменном токе (если она
собиралась). 4. Краткое объяснение роли лампы, датчика,
электромагнитного реле и сопротивлений R\ и R2.
Примечания. 1. Освещать фотоэлемент по ходу работы лучше всего
дневным светом от окна или использовать карманный фонарь, закрепив его
на стойке. Надо проследить, чтобы учащиеся не придвигали фонарь слишком
близко к фотоэлементу (< 0,5 м) и не меняли расстояние между ними, после
того как прибор настроен на определенную освещенность.
2. Желательно осуществить управление включением и выключением асин-
хронного двигателя через контактор. Соединения двигателя с контактором н
116
Рис. 96. Схема включения двигателя
и контактора в цепь фотореле.
сетью должны быть подготовлены заранее (рис. 96), если звено еще не вы-
полняло работу с магнитным пускателем. Учащиеся должны только подклю-
чить проводники, идущие от контактора, к гнездам фотореле и осуществить
пуск и остановку двигателя световыми сигналами. Двигатель можно устано-
вить на другом столе, где есть зажимы трехфазной сети. Дистанционное
управление получается особенно эффектным.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3
ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ
Введение
Исходная принципиальная схема , электронного реле време-
ни, которую вы изучаете на данном практическом занятии
(рис. 97, б), отличается от известной вам (рис. 97, а) только на-
личием переключателя П. В исходном положении переключате*
ля цепь датчика замкнута, ток в катушке реле слаб и якорь от-
пущен.
При нажиме на переключатель цепь датчика разрывается и
реле начинает отсчет времени. Одновременно в исполнительной
цепи возникает рабочий процесс, который продолжается задан-
ное время. После этого переключатель возвращается в исход-
ное положение.
117
Рис. 97. Схема электронного реле времени.
Цель работы. 1) Ознакомиться с деталями электронного
реле времени.
2) Изучить взаимосвязь деталей в приборе.
3) Ознакомиться с действием и настройкой электронного ре-
ле времени.
4) Проверить зависимость выдержки времени от произве-
дения CR.
Оборудование и принадлежности. 1) Детали ре-
ле времени: шасси, подставки — 3 шт., угольники—2 шт., радио-
лампы — 1 шт., блок конденсаторов — 1 комплект, переменное
сопротивление до 2,5 Мом — 1 шт., набор сопротивлений на 10—
50 ком, съемные знаки — 5 шт.
2. Регулировочное сопротивление до 50 ком со шкалой.
3. Источник питания анодной и накальной цепей.
4. Детали исполнительной цепи: лампа на подставке с клем-
мами, звонок, источник питания и т. д.
5. Авометр или тестер.
6. Проводники с наконечниками и вилками на концах для
подключения внешних цепей — 7 шт.
7. Монтажная проволока 0 1 мм и боковые кусачки.
8. Таблица характеристики ламп.
9. Памятка «Общие указания к работе с электронными при-
борами».
Ход работы
А. Ознакомление с оборудованием
1. Установите шасси на подставки и рассмотрите устройство
размещенных на нем деталей, а именно: а) найдите якорь, ка-
118
тушку и контактные пружины электромагнитного реле. Нажи*
мая на якорь, проследите за действием контактной схемы реле.
Какими ( нормально открытыми или нормально закрытыми) яв-
ляются контакты реле? Проследите за выходом контактных пру-
жин на обратную сторону шасси; б) ознакомьтесь с действием
переключателя. Запомните держатели, которые он нормально
перекрывает, и контакты, замыкаемые им при нажиме; в) ука-
жите гнезда исполнительной цепи и рассмотрите, как они свя-
заны с контактными пружинами реле.
С-^мк<р С=2мкф
С = 1 миф
Рис. 98. Способы соединения конденсаторов.
2. Снимите подставки и, установив шасси на угольники так,
чтобы клеммы оказались справа, ознакомьтесь с монтажной
стороной прибора. Укажите держатели, связанные с катушкой
реле, с выводами ламповой панели.
3. Выясйив марку лампы, расшифруйте ее цоколевку с по-
мощью таблицы и оснастите выводы ламповой панели съемными
знаками.
4. Рассмотрите устройство блока конденсаторов. Конденса-
торы соединяются в батарею с помощью пружинок, которые вы
видите с верхней стороны блока. Изменяя расположение пружи-
нок (рис. 98), Можно получить три различные емкости: С, 2С,
С, где С — емкость одного конденсатора.
5. Ознакомьтесь с переменным сопротивлением на подставке.
Б. Монтаж
1. Сопоставьте принципиальную схему (см. рис. 97,а) с рас-
положением деталей на шасси прибора. Выясните: а) какие дер-
жатели соответствуют характерным точкам схемы? б) Где нуж-
но установить сопротивление 7?1 = 2,5 Мом и блок конденсато-
ров? (Для них имеются отверстия в шасси. Найдите их.)
2. Поставьте на место сопротивление Для этого: а) вве-
дите его стержень в отверстие шасси; б) поверните корпус так,
чтобы стопорный выступ вошел в свое углубление на шасси;
в) наденьте шайбу и заверните гайку; г) закрепите рукоятку.
Полностью введите сопротивление, вращая ручку по часовой
стрелке.
3. Установите блок конденсаторов. Для этого: а) приставьте
его к шасси с немонтажной стороны так, чтобы отверстия в ос-
119
новании блока совпали с соответствующими отверстиями шасси;
б) закрепите блок в таком положении двумя зажимами; в) про-
пустите выводы блока в боковые отверстия.
4. Выполните электрический монтаж. Отводы сопротивления
и конденсаторов также закрепите в держателях. Покажите
выполненную работу преподавателю.
5. Снимите угольники и установите шасси на подставки.
6. Поставьте на место радиолампу и присоедините прибор к
источнику питания, не включая ток.
7. Соберите исполнительную цепь с лампочкой, имея в виду,
что крайние проводники этой цепи должны заканчиваться вил-
ками. Подключите исполнительную цепь к реле и покажите пре-
подавателю.
В. Проверка действия электронного реле времени и регу-
лировка
1. Включите питание прибора и, пока прогревается лампа,
наблюдайте за якорем реле. У нормально действующего реле
времени он должен оставаться неподвижным (вспомните по-
чему).
2. Если якорь притянулся к сердечнику, надо прежде всего
проверить, имеется ли отрицательный потенциал на сетке. Он
может отсутствовать: а) при выведенном сопротивлении
б) при разрыве цепи датчика (например, вследствие плохого
контакта переключателя).
3. Если окажется, что отрицательное смещение на сетке есть,
а якорь остается притянутым, значит, оно недостаточно ограни-
чивает анодный ток. Последний нужно еще более ослабить, по
крайней мере до величины тока отпускания якоря реле. Для
этой цели можно ввести в цепь последовательно с катушкой ре-
ле добавочное сопротивление R2 (рис. 97, б), подобрав его сле-
дующим образом:
а) Включите в схему переменное сопротивление на подстав-
ке (до 50 ком), закрепив его выводы в соответствующих держа-
телях.
б) Плавно вводите /?2 до момента, когда якорь реле опустит-
ся. Заметьте по миллиамперметру ток опускания якоря 10.
в) Проверьте действие прибора, нажав кнопку переключате-
ля. Лампочка в исполнительной цепи должна загореться и спус-
тя некоторое время погаснуть. Заметьте попутно ток срабаты-
вания реле/с.
г) Если выдержка времени (экспозиция) мала (не более
3—5 сек при полностью введенном сопротивлении /?1), попро-
буйте ее удлинить, еще более увеличив /?2- Объясните эффект,
исходя из наблюдений за токами в цепи. Доведите /?2 до такой
наибольшей величины, при которой еще возможно срабатыва-
ние реле.
120
д) Замените переменное сопротивление постоянным, подо-
брав его из набора.
4. Установите качественную зависимость выдержки времени
от сопротивления При этом интересно сравнить скорости пе-
ремещения стрелки миллиамперметра при разных значениях
Сделайте вывод,
5. Выясните зависимость экспозиции от емкости С батареи
конденсаторов, изменив их соединение согласно другим вариан-.
там (рис. 98), Какого рода эта зависимость?
Г. Дополнительное задание
1. Замените постоянное анодное напряжение переменным на
220 в (рис. 97,6) и проверьте действие прибора. Если при этом
наблюдается дрожание контактов, попробуйте устранить его с
помощью конденсатора. При этом достаточно коснуться вывода-
ми конденсатора соответствующих держателей с немонтажной
стороны.
Если реле не срабатывает, замените сопротивление /?2 и
повторите опыт.
2. Разберите соединения, аккуратно разложите детали и
сдайте рабочее место преподавателю.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название и цель работы. 2. Полная схема электронного
реле с указанием на ней марки лампы, величины сопротивле-
ния мах и емкости конденсаторов. 3. Значения токов сра-
батывания и отпускания электромагнитного реле. 4. Вывод на
основании опыта о причинах, влияющих на длительность экс-
позиции.
ОПТИКА И СТРОЕНИЕ АТОМА
Рис. 99. Схема установки для демон-
страции фотоэффекта.
Р. А. Лукацкая, А. И. Шпиз
( Орехово-Зуевский
педагогический институт)
ДЕМОНСТРАЦИЯ ФОТОЭФФЕКТА И НАПРАВЛЕННОГО
ДВИЖЕНИЯ ЗАРЯДОВ В ВОЗДУХЕ ПРИ АТМОСФЕРНОМ
ДАВЛЕНИИ
На изолирующих подставках 4 укрепляют под углом —60°
к горизонту параллельно друг другу две пластины: эбонито-
вую 2 со станиолевой обкладкой 3 и цинковую 1 (рис. 99). Для
демонстрации фотоэффекта
цинковую пластинку облучают
светом, богатым ультрафиоле-
товыми лучами (электрическая
дуга 6 или кварцевая ртутная
лампа). Дугу устанавливают
на расстоянии 20—25 см от
цинковой пластины так, чтобы
свет почти нормально падал
на нее (с этой целью пластины
располагаются наклонно).
Пластины подключают к
полюсам электростатической
машины, причем цинковую
пластину (катод) — к отрица-
тельному полюсу, а станиоле-
вую обкладку, находящуюся
под эбонитовой пластиной —-
(анод), к положительному по-
люсу.
Станиолевая фольга приклеивается к эбонитовой пластине
клеем БФ. Между эбонитовой пластиной и станиолем проклады-
вают несколько тонких проводов (жил из многожильного про-
вода), чтобы получился электрический контакт со станиолем.
Размеры пластин: 10X15 см.
Конструкция держателей 5, с помощью которых пластины
удерживаются на изолирующих подставках 4, показана на ри-
сунке 99. На время проведения опыта можно использовать
122
скамью и изолирующие подставки от школьного демонстрацион-
ного раздвижного конденсатора. При отсутствии последнего при-
годны изолирующие подставки для опытов по электростатике.
Рабочее напряжение около 10—12 кв. Такого порядка раз-
ность потенциалов возникает на полюсах машины при медлен-
ном ее вращении (1 оборот ручки за 2—3 сек). Напряжение на
электроды подается одновре-
менно с освещением катода в
течение 20 сек (7—8 оборотов
ручки).
Непосредственно перед на-
чалом опыта, чтобы царапины
Рис. 100. Фотография цинковой
пластины с надписью перед
началом опыта.
Рис. 101. Фотография эбонито-
вой пластины с «проявленным»
изображением.
были свежими, металлическим острием наносят на цинковую
пластину какой-либо рисунок или надпись. Рисунок демонстри-
руют учащимся. Затем пластины укрепляют на штативах, вклю-
чают и регулируют осветитель и подают напряжение на элек-
троды.
По истечении указанного времени (около 20 сек) вращение
машины прекращают и разряжают ее, а эбонитовую пластину
снимают с подставки. Затем ватным тампоном, предваритель-
но погруженным в тальк и несколько раз встряхнутым, опыли-
вают эбонитовую пластину тальком так, чтобы слой порошка на
пластине был негустой. При опыливании на эбонитовой плас-
тине будет проступать зеркальное изображение рисунка или
надписи, нанесенных на цинковой пластине. На рисунке 101 изо-
бражена фотография эбонитовой пластины с «проявленным»
123
изображением, которое было сделано на цинковой пластинке
(рис. 100).
Перед каждым опытом для снятия случайных или оставших-
ся зарядов эбонитовую пластину следует в течение нескольких
секунд подержать над пламенем газовой горелки или спиртов-
ки так, чтобы пламя коснулось всей поверхности пластины.
Полярность полюсов электростатической машины перед опы-
том следует всегда проверять.
Тальк может быть заменен ликоподием, суриком, серой, од-
нако при этой замене изображения получаются менее контраст-
ными.
Следует отметить, что частицы порошка, образующие рису-
нок, удерживаются на пластине достаточно прочно и могут быть
удалены лишь при непосредственном стирании ватным там-
поном. Это позволяет при демонстрации полученного изобра-
жения устанавливать эбонитовую пластину вертикально, по-
ворачивать ее и не бояться случайных ударов и встряхиваний.
При достаточно большой напряженности поля между плас-
тинами (быстром вращении машины) изображение искажается
за счет объемных зарядов, возникающих между электродами в
результате ионизации при соударениях.
Если линейные размеры цинковой пластины заметно мень-
ше соответствующих размеров эбонитовой пластины со станио-
левой обкладкой, то поле получается неоднородным и за счет
расхождения силовых линий изображение получается увели-
ченным.
Очевидно, что подбор условий и режима опыта (скорость
вращения машины, время облучения, расположение осветителя
и пр.) следует каждый раз уточнять опытным путем, добиваясь
наиболее четкого изображения. Эти условия и режим могут не-
сколько отличаться от рекомендуемых, так как, например, на-
пряжение на полюсах машины зависит от ее состояния во время
опыта (влажность ее и окружающего воздуха, чистота и т. п.).
Подбор этих условий не представляет особых трудностей, и пос-
ле нескольких проб (которые, разумеется, должны быть осуществ-
лены предварительно) определяется оптимальный режим.
Не следует прибегать к слишком длительным экспозициям,
так как при этом линии на изображении ввиду сравнительно вы-
сокой плотности накапливающихся отрицательных ионов полу-
чаются широкими и рисунок теряет четкость.
При демонстрации изображения в большой аудитории можно
использовать эпидиаскоп.
Возможен другой вариант опыта. Зачищают всю поверхность
цинковой пластины, с тем чтобы она стала имитирующей; на за-
чищенную поверхность накладывают фигурки из пластилина или
приклеивают бумажные фигурки. И затем проделывают опыт в
той же последовательности.
J24
Описанная установка позволяет продемонстрировать следу-
ющие физические явления:
1. Внешний фотоэлектрический эффект. Если целью являет-
ся демонстрация главным образом этого явления, то возможен
показ дополнительных опытов, подтверждающих природу явле-
ния. Так, при отсутствии облучения даже при весьма длитель-
ной «экспозиции» никакого изображения не получается. Отсут-
ствует изображение и при изменении полярности электродов.
2. Направленное движение отрицательных зарядов по сило-
вым линиям электрического поля в воздухе при атмосферном
давлении (электронно-оптические эффекты в атмосфере).
3. Осаждение свободных зарядов на поверхности диэлект-
рика и их локализацию в тех местах, которые соответствуют ри-
сунку на катоде. При замене эбонитовой пластины металличе-
ской никакого изображения не возникает.
4. Действие электрического поля на порошок из диэлектри-
ка, обнаруживающееся при «проявлении» изображения.
И. Л. Царегородцев
(средняя школа,
пос. Троицк Алтайского края)
ФОТОРЕЛЕ НА ТИРАТРОНЕ ТГ1-0,1/1,3
С ФОТОСОПРОТИВЛЕНИЕМ
Схема фотореле показана на рисунке 102. Работает фотореле
так. Напряжения на сетке и аноде сдвинуты по фазе на 180°, а
величина напряжения
на сетке зависит от со-
отношения плеч дели-
теля RiR$. Соотноше-
ние подбирается так,
чтобы при затемнен-
ном фотосопротивле-
нии величина этого со-
отношения была вели-
ка и на сетку подава-
лось большое отрица-
тельное напряжение. В
этом случае тиратрон
будет заперт. Если фо-
тосопротивление осве-
тить, его сопротивление
жется.
В фотореле применен тиратрон ТГ1-0,1/1,3. Силовой транс-
форматор можно взять от радиоприемника. Чтобы избежать пе-
регрева обмотки трансформатора при длительной работе фото-
Рис. 102. Схема фотореле.
будет уменьшаться и тиратрон заж*
125
реле, плечи повышающей обмотки лучше соединить парал-
лельно.
Обмотка накала кенотрона соединена последовательно с по-
вышающей обмоткой трансформатора с соблюдением поляр-
ности. Сопротивление /?1 = 150—250 ком подбирается при регу-
лировке фотореле.
Для нагрузочного сопротивления Rn мы использовали дви-
гатель от «прибора для определения мощности электродвига-
теля».
Фотореле работает при напряжении 190—240 в. Его можно
использовать при конструировании автоматических устройств на
занятиях технического кружка и в классных демонстрациях.
Описанное фотореле при перестановке сопротивлений Ri и
местами под действием света срабатывает. Тиратрон будет
зажигаться и при затемнении фотосопротивления.
Ш. Л. Гатауллин
(Бухарский
педагогический институт)
ФОТОСОПРОТИВЛЕНИЕ В ПЕЧАТНОЙ МАШИНЕ
На уроках и на внеклассных занятиях надо знакомить уча-
щихся с практическим применением фотосопротивлений.
Фотосопротивления используются в автоматах, например в
автомате печатной машины, подающем бумагу. По одну сторо-
ну от края бумажной ленты, идущей от рулона, устанавливается
источник света, по другую — фотосопротивление (рис. 103). Ес-
ли на пути световых лучей, сфокусированных на фотосопротив-
ление, оказывается порванный участок бумаги, свет от источника
попадает на фотосопротивление, фотореле срабатывает, выклю-
чает машину и электродвигатель, перемещающий бумагу от ру-
лона к машине.
Принцип использования фотосопротивления в печатной ма-
шине следует показать на действующей модели, которая состо-
ит из трех деревянных цилиндров, стойки электродвигателя, фо-
тореле и источника света. Цилиндры насаживают на горизон-
тальные оси, установленные на стойке. Два из них могут сво-
бодно вращаться на осях, третий является ведущим и закрепля-
ется на оси неподвижно. Стойка должна быть установлена на
массивном деревянном основании. На цилиндры натягивается
узкая полоска из клеенки. С одного края в двух-трех местах по-
перек ленты делается разрез на глубину 2—3 см.
Ось ведущего цилиндра соединяется при помощи зубчатой
передачи с осью электродвигателя от швейной машины.
Для данной модели удобно использовать зубчатый диск и
электродвигатель из «прибора для определения мощности
12G
электродвигателя ленточным тормозом». Панель, на которой ус-
тановлен электродвигатель с зубчатым диском, закрепляется на
основании модели в вертикальном положении. Чтобы в модели
отсутствовали лишние детали — стойка, на которой крепится
ленточный тормоз, поперечная планка, стопорный винт с бараш-
ком, динамометры, ремешок, огибающий шкив электродвигате-
ля, и шкала зубчатого диска, — их необходимо убрать.
Благодаря наличию трения между клеенкой и ведущим ци-
линдром ее полоска при работе электродвигателя перемещается
поверх цилиндров. Так мы
имитируем бумажную ленту,
движущуюся от рулона к пе-
чатному станку. На фотосо-
противление направляем яркий
узкий пучок света от лампы
проекционного фонаря. Когда
свет проходит через порван-
ную поверхность ленты, фото-
реле срабатывает и электро-
двигатель останавливается.
Фотосопротивления имеют
заметную инерционность. Что-
бы обеспечить своевременное
срабатывание фотореле, а сле-
довательно, и остановку элект-
родвигателя, лента должна перемещаться с небольшой скоро-
стью. Этого можно достичь, если подвести к электродвигателю
переменное напряжение в 45—50 в.
В схеме можно использовать телефонное реле и сернисто-
кадмиевое фотосопротивление. Деревянный шкив, насаженный
на ось электродвигателя, может быть использован при изготов-
лении другой действующей модели с применением фотосопро-
тивления: «Счет деталей на конвейере».
(Бумажная
лента
Рис. 103. Схема с фотосопротивлением
в автомате печатной машины.
Г. М. Гайдучок
(г. Рава-Русская Львовской области,
средняя школа № 1)
САМОДЕЛЬНЫЙ СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА И ОПЫТЫ С НИМ
Счетчик работает от сети переменного тока напряжением в
220 в.
В схему счетчика входят: удвоитель напряжения, трубка СТС,
индикатор настрГойки типа 6Е5С, телефонные наушники или
громкоговоритель типа «Рекорд», конденсаторы и реостаты.
Удвоитель напряжения смонтирован из двух диодов типа
ДГ-Ц27 и двух конденсаторов Ci и Сз (рис. 104).
127
При помощи удвоителя напряжения на СТС подается пос-
тоянное напряжение в 400 в. С нагрузочного сопротивления Ri
импульс подается на сетку лампы 6Е5С через конденсатор С3,
Рис. 104. Схема счетчика элементарных частиц.
вследствие которого затемненный сектор экрана уменьшается
и в телефонных наушниках
Держатель
Зеркало
5
Схема установки
$
Рис. 105.
деталей счетчика.
(или громкоговорителе Г) слышит-
ся щелчок. На лампу 6Е5С пода-
ется постоянное напряжение в
220 в. Для питания нити накала
лампы к контактам 2 и 3 пода-
ется напряжение в 6,3 в.
Монтаж счетчика выполнен
на пластмассовом или фанерном
щитке размером 160X200 мм. На
щитке укрепляют зажимные кон-
такты для подключения напря-
жения в 220 в и 6,3 в, зажимы, в
которые вставляют трубку СТС,
и зажимы для подключения теле-
фонных наушников или громко-
говорителя.
Лампу 6Е5С устанавливают
на отдельной панели за щитком.
Для наблюдения за экраном лам-
пы 6Е5С используется зеркало,
установленное под углом 45° к
щитку (рис. 105). Зеркало при-
крепляется клеем БФ-2 к метал-
128
лической пластинке, изогнутой под углом 135°. В щитке выпи-
ливают отверстие, диаметр которого равен экрану лампы.
Особенностьприбора. По уменьшению угла затемнен-
ного сектора можно судить об энергии частичек, попавших в труб-
ку СТС. Зеленый свет экрана лампы 6Е5С мобилизует внимание
учащихся. Одновременность светового и звукового эффекта при
счете частиц, попавших в трубку, способствует лучшему вос-
приятию опыта.
С помощью прибора нами показаны:
1. Определение относительной радиоактивности данного ве-
щества по количеству щелчков.
2. Распределение частичек, попавших в СТС по уменьшению
угла затемненного сектора.
3. Проникающая способность излучения (с установлением
перед исследуемым радиоактивным веществом пластинки из
различных материалов и различной толщины).
Опыты проводились с радиоактивным фосфором, нанесенным
на циферблат часов, с радиоактивным элементом, помещенным
в «Камеру для демонстрации следов а-частиц».
Разработанную нами схему простейшего счетчика Гейгера
можно сконструировать на занятиях физического кружка. Все
детали, входящие в схему, имеются в продаже.
А. К. Радкевич
(г. Нижняя Тура Свердловской обл.,
средняя школа №2)
РАССЕИВАНИЕ а-ЧАСТИЦ В ВОЗДУХЕ
Если смотреть на радиоактивный препарат через микроскоп,
то на фоне слабого голубовато-зеленого сплошного свечения
можно увидеть непрерывно появляющиеся, хорошо различимые
отдельные вспышки. Лучше всего такие вспышки наблюдают-
ся в тех местах радиоактивного препарата, где толщина слоя со-
измерима с размерами молекул или атомов данного вещества.
Появление вспышек, видимых в микроскоп, можно объяснить
возбужденным состоянием атомов данного радиоактивного ве-
щества, являющихся источником а-частиц.
Опыт по наблюдению за рассеиванием а-частиц в воздухе
можно провести с простыми приспособлениями: люминесцирую-
щим экраном и специальным держателем для радиоактивного
вещества (рис. 106).
Держатель состоит из следующих частей: основания 1 с от-
верстием 7 для укрепления держателя в микроскопе, медной
планки 2 с линейной нарезкой и масштабом, подвижного хому-
тика с визиром 3, рабочей камеры 4 с препаратом, кронштей-
129
на 5 для соединения рабочей камеры с хомутиком, головки 6
для передвижения хомутика' вдоль планки, пружинки 8, шесте-
ренки 9 от часов, визира 11.
Рабочая камера (рис. 107) состоит из пустотного тела яйце-
видной формы, выложенного внутри свинцом. Крышка с отвер-
Рис. 106. Схема устройства держателя для радиоактивного
вещества.
стием 10 должна отвинчиваться. Основание 1 делают из железа
толщиной 2 мм (рис. 108).
Медная планка крепится гайкой или винтами в торцы на
расстоянии 100 мм над основанием. Длина кронштейна, соеди-
няющего рабочую камеру хомутиком, 35 мм. Рабочая камера
привинчивается к кронштейну или припаивается на высоте
200 мм над нарезкой планки, ширина которой 12 мм. Масштаб
наносится с таким расчетом, чтобы в тот момент, когда отвер-
стие 10 рабочей камеры коснется люминесцирующим экранчи-
ком, визир приходился на начало отсчета.
Люминесцирующий экран можно изготовить так: на неболь-
шой кусочек киноленты, освобожденной от эмульсии и покрытой
тонким слоем клея, например БФ-2, высыпать фосфоресци-
рующее вещество.
При отсутствии в кабинете физики фосфоресцирующего ве-
щества можно взять картон с нанесенным на него фосфоресци-
рующим веществом (из набора по фосфоресценции) и соскоб-
лить последнее на лист чистой бумаги.
130
Люминесцирующий экран необходимо хранить в светонепро-
ницаемом футляре.
Для проведения опыта надо приготовить лист бумаги тол-
щиной ~0,1 мм, станиолевый лист от любого бумажного кон-
денсатора и бумажную ленту, пропитанную парафином.
Опыт проводят в полной темноте в такой последовательнос-
ти. Вывертывают винт, крепящий зеркало микроскопа. На мес-
то зеркала устанавливают рабочую камеру с радиоактивным
препаратом, помещенным внутри камеры. Микроскоп переносят
в затемненную кабину, на предметном столике микроскопа ус-
Рис. 107.
Схема рабо-
чей камеры.
Рис. 108, Схема основания держателя.
танавливают экран так, чтобы люминесцирующий слой был об-
ращен к радиоактивному препарату. Перемещая окуляр микро-
скопа, добиваются четкого изображения вспышек в поле зрения
микроскопа. При этом препарат должен находиться в непосред-
ственной близости от люминесцирующего экрана. При удалении
радиоактивного препарата от экрана число вспышек уменьша-
ется. Это указывает на то, что число частиц, достигающих лю-
минесцирующий экран и вызывающих сцинтилляцию, умень-
шается. На расстоянии 1,5 см от экрана при температуре 26°С
и давлении 736 мм рт. ст. интенсивность частиц уменьшается
примерно вдвое. При дальнейшем удалении препарата вспышки
наблюдаются еще реже. На расстоянии примерно 3,5 см видны
лишь единичные вспышки, а на расстоянии 5,5 см вспышки прак-
тически не наблюдаются. Таким образом можно определить
длину пробега отдельной а-частицы в воздухе при данных ус-
ловиях.
Пользуясь этой же установкой, можно продемонстрировать
поглощение а-частиц разными веществами. При тех же внеш-
них условиях, помещая между диафрагмой и предметным сто-
ликом парафинированную бумагу, наблюдают меньшее чис-
ло вспышек в том же поле зрения микроскопа и при толщине
в четыре слоя интенсивность их уменьшается в 1,5—2 раза. Ста-
ниолевая лента в один слой мало задерживает а-частицы, а
131
лист писчей бумаги, сложенный вдвое, полностью задерживает
а-частицы.
Для описанных опытов в микроскопе была установлена
16-миллиметровая диафрагма.
А. М. Константинов
(Кировоградский педагогический
институт имени А. С. Пушкина)
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДИАПОЗИТИВОВ
НА МАЛОФОРМАТНОЙ ПЛЕНКЕ
В продажу поступают диапроекторы ЛЭТИ-55 с дистанцион-
ным управлением и универсальный диапроектор Загорского за-
вода Главучтехпрома Министерства просвещения РСФСР, име-
ющие мощные источники света, а следовательно, большую осна-
щенность экрана. Это позволяет использовать их в полузатем-
ненной и даже в незатемненной аудитории. Размеры кадрового
окна диапроекторов: 24x36 и 18X24 мм.
Диапозитивы могут быть фабричного изготовления, а также
самодельные, изготовленные в соответствии с лекцией. Само-
дельные диапозитивы можно изготовить из негативной пленки
методом контактной печати на копировальном аппарате или
же обратимым способом (получение позитивного изображения
на негативной пленке).
Самодельный копировальный аппарат состоит из камеры /
для диапозитивной пленки, дна 2 камеры, прижимной крышки 3
с кадровой рамкой для негативной пленки и светонепроницае-
мого футляра 4 (рис. 109).
Камеру, крышку и дно делают из досок толщиной 10 мм, а
футляр — из картона. Изготовленный прибор окрашивают внут-
Рис. 109. Части самодельного копировального аппарата.
132
Рис. ПО. Схема устройства камеры.
ри черной краской. Размеры камеры указаны на рисунке 110,
дна камеры — на рисунке 111 и прижимной крышки — на ри-
сунке 112.
Для диапозитивной пленки длиной' 1,5 м применяют стан-
дартную кассету от фотоаппарата «ФЭД» и др. В прорезь крыш-
ки камеры пленка закладывается эмульсией вверх и наматыва-
ется на барабан по часовой стрелке.
Чтобы передвинуть пленку на один кадр, надо положить па-
лец на перфорацию и перевести пленку до упора пальца в про-
резь крышки. Это делается в полной темноте при изготовлении
133
1
Рис. 112. Схема устройства прижимной крышки с кадровой
рамкой.
диапозитивов на обычных негативных пленках при неактивном
свете на диапозитивных пленках.
Во время подбора и установки негатива в кадровой рамке
камера должна быть закрыта светонепроницаемым футляром.
Негатив должен быть установлен эмульсией вверх. После под-
бора негатива выключают свет, снимают футляр, накладывают
прижимную крышку и придерживают ее рукой. Точное совпа-
дение негативного кадра с позитивной пленкой достигается на-
личием упоров на крышке. Для получения диапозитива кадро-
вое окно освещают светом электрической лампы мощностью 25 вт,
подвешенной на расстоянии около 2 м от аппарата. Экспозиция
подбирается в зависимости от чувствительности пленки. Для
уменьшения освещенности кадра при работе с чувствительными
негативными пленками кадровое окно с противоположной сто-
роны заклеивают писчей бумагой. (При чувствительности плен-
ки в 45 единиц, закрытом бумагой кадровом окне и нормальном
негативе выдержка около 1 сек.)
Для обработки экспонированной пленки применяется очень
контрастный проявитель Д-11, в состав которого входят:
вода (30—45°С)................................................... 500 мл
метол.............................................................. 1 г
сульфат натрия безводный.......................................... 75 г
гидрохинон......................................................... 9 г
сода безводная.................................................... 25 г
бромистый калий (10-процентный раствор) .......................... 50 мл
вода холодная.....................................7................ 1 л
Время обработки при + 20° С — 5 мин.
Худшие результаты дает проявитель УП-2.
Фиксирование производится обычным способом.
Для репродукции можно применять малоформатные аппа-
раты с насадочными кольцами. Очень удобно работать с зер-
кальными аппаратами «Зенит», «Старт» и др.
Диапозитив можно изготовить обратимым способом. Для
этого кадр снимают на обычную негативную пленку, а затем об-
рабатывают в следующей последовательности:
1. Первое проявление ... 10—12 мин.
2. Промывка водой.........................................5—7 мин.
3. Отбеливание....................... . .’...............5—7 мин.
4. Вторая промывка водой........................... .7 мин.
5. Осветление ....................,................. . . , 5—7 мин.
6. Третья промывка.................... . . ...........5—7 мин.
7. Засветка .............................................5—10 мин.
8. Второе проявление -........................... 5—10 мин.
9. Четвертая промывка......................... *.........1 мин.
10. Фиксирование........................ *................5 мин.
11. Окончательная промывка . , ....... .... 10—15 мин.
12. Сушка
135
Обработка ведется при температуре 18—20°С. Все операции
обработки пленки проводят в одном и том же бачке, сменяя
один раствор другим.
Первое проявление, промывку и отбеливание производят в
полной темноте, осветление можно производить при оранжевом
освещении лаборатории, а дальнейшие операции — при обычном
освещении.
Для первого и второго проявлений пленки используют резко
контрастный проявитель Д-11.
Отбеливание основано на действии окислителя на металли-
ческое серебро. Для приготовления раствора с окислителем
можно взять: двухромовокислого калия — 5 г, серной кислоты
(концентрированной) —5 мл, воды — до 1000 мл.
При засветке пленку необходимо развернуть, протереть (ос-
торожно) ватным тампоном, затем осветить лампочкой мощ-
ностью 75 вт, расположенной на расстоянии 1,5—2 м от пленки.
Надо следить за равномерным освещением пленки.
Фиксирование лучше делать в быстродействующем фиксаже.
Выдержка при фотографировании должна быть больше в
1,5—2 раза, чтобы получить позитивное изображение меньшей
плотности.
О. М. Чефранов
(г. Липецк)
КАССЕТА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ
КОЛЬЦЕВЫХ ФИЛЬМОВ
Кассета, изготовленная нами, представляет собой алюминие-
вый лист 1 размером 425x215 мм, толщиной 2,3 мм, на котором
слева и справа рядами установлены 18 направляющих роли-
ков 2, рабочая поверхность и размеры которых такие же, как у
выходных роликов кинопроекторов 16-ЗП и «Украина». Вполне
удовлетворительно зарекомендовали себя ролики упрощенного
типа, без шарикоподшипников: цельноэбонитовые и стальные
хромированные, расточенные изнутри с впрессованными брон-
зовыми кольцами-втулками. Стальные оси роликов крепятся на
листе при помощи гаек 3 с шайбами. Положение роликов на
осях фиксируется и регулируется винтами 4, входящими в ось
ролика. На листе 1 выштампованы ребра жесткости 5, 6 и 7 и
высверлены отверстия 8 диаметром 20 мм (рис. 113).
Снизу и справа при помощи приклепанных к листу алюми-
ниевых петель 9 к листу присоединяют медные трубки 10 дли-
ной 425 мм, наружный диаметр которых 6,9 мм. Внутрь этих
трубок вставляют стальные штанги 11 такой же длины, а диа-
метром 5,8 мм. Штанги остаются внутри трубок в фиксирован-
ие
ном положении благодаря трению. К концам штанг привари-
вают круглые пластинки 12, в центре которых устанавливают
натягивающие ролики 13 и 14.
К листу 1 прикрепляется стальная хромированная пластин-
ка 15 размером 100X165 мм и толщиной 2 мм. К пластинке при-
варивается направляющий стояк 16,
размеры и назначение которого та-
кие же, как и у коробочной кассеты.
Под стояком должно находиться
квадратное окно 17 для оси сматы-
вателя проектора. На одной линии с
окном, под углом 45° к основанию
пластинки, при помощи гаек 18 кре-
пятся
болты стоек 19 двух устано-
Рис. 113. Схема устройства кассеты для кйнокольцовок.
вочных закрепительных винтов 20 таких же размеров, как у ко-
робочной кассеты. На рисунке 114 виден этот узел с тыльной
стороны.
Кассета устанавливается на оси сматывателя так же, как и ко-
робочная кассета, только закрепляется она при помощи двух ус-
тановочных винтов 20. Наклон кассеты при этом подбирается та-
ким, чтобы при соответствующих выдвижениях нижней штанги
11 входной ролик кассеты 14 находился на уровне нижней петли
пленки, образующейся под осветителем, если взят проектор 16-
НП или 16-ЗП, и на уровне принимающей бобины, если применен
проектор «Любительский» или «Украина».
6 Заказ 277 137
Кассета заряжается так. Пленка закладывается в фильмо-
вый канал и на ведущий барабан проектора. Затем перебрасы-
вается через выходной ролик кассеты 21, охватывает снизу ниж-
ний ролик левого ряда, идет на второй ролик правого ряда
и т. д. Чтобы пленка не соскакивала с роликов, она
(@>) слегка натягивается при помощи нижней или правой
штанги. Необходимость полного выдвигания штанг
розникает лишь тогда, когда кольцовка длиннее 10—
11 м. Если кольцовка короче 10 м, часть роликов
кассеты пленкой не охватывается. Пройдя фильмо-
вый канал, пленка либо сразу поступает на входной
натягивающий ролик 14 кассеты, либо сначала
проходит звуковой и задерживающий барабан, оги-
бает принимающую бобину и затем идет к роли-
ку 14.
Рис. 114. Тыльная сторона кассеты.
Кассету можно применять для демонстрации как немых, так
и звуковых кольцовок. Опыт применения кассеты показал, что
кольцовки длиной 9—10 м оборачиваются сотни раз, прежде чем
порвутся. Кольцовки же средней длины (5—6 л) выдерживают
непрерывное проецирование в течение нескольких часов.
АСТРОНОМИЯ
Р. М. Баренбойм,
(г. Одесса, средняя школа №7)
ПРОСТЫЕ УЧЕБНЫЕ ПРИБОРЫ ПО АСТРОНОМИИ
Прибор для демонстрации зависимости между линиями
и точками небесной сферы и линиями и точками Земли
На земной глобус надета неподвижная металлическая дуга,
связывающая оба полюса Земли. По этой дуге может передви-
гаться небольшая модель небесной сферы, состоящая из:
1) «плоскости математического горизонта»—диска из плек-
сигласа;
2) «небесного экватора» (видимая половина)—дуги из про-
волоки;
3) «оси мира» (видимая половина) — металлической спицы
значительно большей длины, чем радиус «небесной сферы»;
4) «небесного меридиана» (половина) — дуги из жести или
тонкого плексигласа (рис. 115). На ней указатель Z (зенит).
На небесном меридиане — градусная шкала.
«Небесный экватор» и «ось мира» могут свободно поворачи-
ваться относительно «плоскости математического горизонта».
Цилиндр (рис. 115, а), свободно перемещающийся в гори-
зонтальном направлении между двумя рейками П-образного се-
чения, обеспечивает вертикальное положение «оси мира», па-
раллельное— «земной оси».
Предлагаемый прибор поможет учащимся понять зависи-
мость между линиями и точками небесной сферы и земного ша-
ра на любой широте (для этого достаточно передвигать модель
небесной сферы вдоль дуги от земного экватора до Северного
полюса Земли) и на любой долготе (для этого надо вращать
глобус вокруг оси). Наглядно можно показать зависимость вы-
соты полюса над горизонтом от широты места наблюдения. По-
ясним это на примерах.
Для наблюдателя, находящегося на широте ф
(0°<?<90°):
а) ось мира параллельна оси Земли,
6*
139.
б) плоскость небесного экватора параллельна плоскости
земного экватора,
в) плоскости небесного меридиана и земного меридиана на-
блюдателя совпадают.
Для наблюдателя, находящегося на экваторе
Рис. 115. Прибор для демонстрации зависимости между линиями
и точками небесной сферы и Земли.
140
а) ось мира параллельна оси Земли,
б) плоскости небесного экватора и земного экватора совпа-
дают,
в) плоскости небесного меридиана и земного меридиана на-
блюдателя совпадают.
Для наблюдателя, находящегося на полюсе
(? = 90°):
а) ось мира совпадает с осью Земли,
б) плоскость небесного экватора параллельна плоскости
земного экватора,
в) плоскость небесного экватора совпадает с плоскостью ма-
тематического горизонта.
Рис. 116. Прибор для демонстрации движения Луны
вокруг Земли.
141
Прибор для демонстрации движения Луны вокруг Земли
На диске со шкалой, укрепленном вертикально на широкой
стойке, помещены два других диска «Земля» Т (концентрично
с большим диском, неподвижно) и «Луна» (в круговой щели
большого диска на ползунке).
Прибор (рис. 116, а) можно изготовить из дерева, картона,
металла, фанеры и т. д. Поперечный разрез его изображен на
рисунке 116, б. Стрелка ш на диске «Луна» свободно висит на
оси. Стрелка I скреплена с диском «Луна» и с кольцом п. При
повороте кольца п и движении диска «Луна» вдоль щели («лун-
ной орбиты») угол между стрелкой m и черточкой, изображаю-
щей центральный меридиан Луны, изменяется от 0 до 360° (шка-
ла «Луны»). Угол между стрелкой I и точкой 0° на диске («на-
чальное положение» Луны на орбите) также изменяется от 0
до 360° (шкала вокруг «орбиты Луны»),
Для каждой точки «лунной орбиты» эти два угла равны
между собой. Отсюда делаем вывод, что период обращения Лу-
ны вокруг Земли и период вращения ее вокруг оси равны.
Прибор для демонстрации зависимости местного времени
от долготы, смены дня и ночи и смены времен года
на разных географических широтах
(плоско-подвижная модель)
Прибор состоит из плоской коробки с круглым отверстием и
циферблатом в крышке, диска с изображением северного полу-
шария Земли в полярной проекции и заслонки (рис. 117). За-
слонка прикреплена к крышке коробки с внутренней стороны, а
диск — ко дну коробки также с внутренней стороны.
Вдоль вертикального диаметра отверстия в крышке протянута
тонкая металлическая полоска, на которой укреплена стрелка.
Диск поворачивается вокруг горизонтальной оси при помо-
щи ручки на дне коробки с внешней ее стороны, а заслонка — при
помощи ручки на крышке коробки также с внешней стороны.
Прибор дает возможность продемонстрировать зависимость
местного времени от долготы, смену дня и ночи в дни равноден-
ствия и солнцестояний на разных широтах, моменты восхода и
захода солнца для различных пунктов северного полушария
Земли в эти дни (без учета рефракции). Для решения послед-
ней задачи в момент появления данного пункта из-под заслонки
(при вращении диска против часовой стрелки) на него наводит-
ся стрелка, конец которой указывает местное время восхода
солнца. Аналогично стрелка наводится на этот пункт в тот мо-
мент, когда он попадает на границу заслонки после поворота
диска (конец стрелки указывает время захода солнца).
142
На рисунке 117, а показано положение заслонки для дня лет-
него солнцестояния.
На экваторе солнце восходит в 6,00 ч, заходит в 18,00 ч,
продолжительность светлого времени суток—12 ч.
Рис. 117. Прибор для демонстрации зависимости местного времени
от долготы, смены дня и ночи и смены времени года
Севернее экватора светлое время суток больше 12 ч. Напри-
мер, в пункте А солнце восходит в 4,00 ч, заходит в 20,00 ч.
За полярным кругом солнце не заходит.
На рисунке 117, б показано положение заслонки для дней
равноденствий.
Продолжительность светлого времени суток—12 ч на всех
широтах. Солнце восходит в 6,00 ч, заходит в 18,00 ч.
На полюсе солнце на горизонте.
На рисунке 117, в показано положение заслонки для дня зим-
него солнцестояния.
На экваторе солнце восходит в 6,00 ч, заходит в 18,00 ч.
На всех широтах севернее экватора продолжительность дня
меньше 12 ч\ за полярным кругом солнце не восходит.
143
Прибор для демонстрации зависимости местного времени
от долготы, смены дня и ночи и смены времен года
на разных географических широтах
(объемная модель)
Описанный нами выше прибор прост в изготовлении, но
имеет существенный недостаток: поворот заслонки ни в какой
мере не отображает действительной причины изменения поло-
жения границы освещенности Земли — изменение положения
Земли относительно Солнца и вследствие этого изменение по-
луденной высоты Солнца.
Предлагаем другой вариант прибора, в котором устранены
указанные недостатки (рис. 118). Он состоит из следующих
частей:
1) «плоскость небесного экватора» — диск из плексигласа,
установленный вертикально; 2) «небесный меридиан»—прово-
лочное кольцо (в горизонтальной плоскости) с жестяным «ди-
ском Солнца» S, изогнутым по дуге меридиана; 3) географиче-
ский глобус; 4) заслонка из папье-маше—полусфера (внутрен-
ний радус которой равен радиусу глобуса) со щелью; 5) стрел-
ка (дугообразная).
«Ось Земли» укреплена неподвижно на стойке К (рис. 118,в)
в горизонтальном положении, глобус с заслонкой опирается на
плексиглас в круглом отверстии; радиус отверстия равен внут-
реннему радиусу заслонки. Вокруг отверстия — шкала цифербла-
та. «Небесный меридиан» свободно вращается в кольце опо-
ры К и в отверстиях диска. Стержень, соединяющий заслон-
ку с «небесным экватором», удален на 156— (так
как
1 1° \
180°—23° у =156-^ ] от «границы освещенности» (т. е. от пе-
реднего края заслонки). Между основанием стержня А и точ-
кой В (на рис. 118, в она совпадает с точкой Южного полюса на
глобусе) — в заслонке прорезь, в которую может входить «зем-
ная ось». На рисунке 118, а показан вид прибора сверху.
При повороте кольца («небесный меридиан») увеличивается
или уменьшается «полуденная высота Солнца» и поворачивает-
ся заслонка—изменяется граница освещенности Земли. «Скло-
нение Солнца» не может превышать 4-23 у , так как стержень
заслонки, упираясь в «ось Земли», не даст поворачиваться «не-
бесному меридиану». Но, для того чтобы «склонение Солнца»
не было меньше —^Зу, нужно на «небесный меридиан» укре-
пить кольцо С (рис. 118, в) большее по диаметру, чем отвер-
1 °
стие в стойке (на расстоянии 23— от стержня).
144
Этот прибор дает возможность продемонстрировать смену
дня и ночи на разных широтах не только в дни равноденствия
и солнцестояния, но и в промежуточные дни. На рисунке 118, а,
показано положение заслонки для дня летнего солнцестояния
а 5 6
Рис. 118. Прибор для демонстрации зависимости местного времени
от долготы, смены дня и ночи и смены времени года
(объемная модель).
145
для дней равноденствий (бо=О°). На рисунке 118, в показа-
но положение заслонки для дня зимнего солнцестояния
Стрелка укрепляется на металлической дуге MON в точке О
(над точкой Северного полюса Земли).
Для определения местного времени данного пункта стрелка
наводится на обозначение этого пункта на глобусе, тогда конец
стрелки указывает местное время на циферблате.
И. П, Коногорский
(г. Иркутск, средняя школа №38)
ВЕЧНЫЙ ТАБЕЛЬ-КАЛЕНДАРЬ
В левой части календаря (рис. 119) помещены единицы лет
для четных и нечетных десятков: первый столбик—для четных .
и нечетных десятков лет, второй—только для четных и третий—
ВЕЧНЫЙ ТАБЕЛЬ-НАЛЕНДАРЬ
Единицы лет Месяцы д е С л Я е т т к И Числа и столетия Старого стиля Поправка 1 к ст. ст. стиля| н ст
6 0 4 8 2
1 б 9 3 7
2 8 1 Вс X Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс 1 8 15 22 29 -3 4-4 ♦
3 8 9 IV VII (1) Вт Ср Чт Пт Сб Вс Пн 2 9 16 23 30 4-3 18
9 4 IX Пт XII Ср Чт Пт Сб Вс Пн Вт 3 10 17 24 31 4-2 4-2
4 5 \ Vl / Чт Пт Сб Вс Пн Вт Ср 4 11 18 25 4-1 19
б 0 п\|||/ XI Пт Сб Вс Пн Вт Ср Чт б 12 19 26 *0* 20
6 0 1 VIII ср (и) Сб Вс Пн Вт Ср Чт Пт 6 13 20 27 — 1 —J
7 1 V Вс Пн Вт Ср Чт Пт Сб 7 14 21 28 -2 21
Рис. 119. Вечный табель-календарь.
только для нечетных. Далее указываются номера месяцев, за-
тем название дней недели, над которыми стоят десятки лет. За
ними—числа месяца, представляющие одновременно столетия
старого стиля. И наконец, последними указываются столетия
нового стиля.
146
Чтобы получить табель-календарь на какой-нибудь месяц
в годах текущего столетия по новому стилю нужно день неде-
ли, стоящий на пересечении столбца, указывающего десятки
лет, и строки, указывающей единицы лет, найти в строке дан-
ного месяца. Вертикальный столбец, где находится день недели,
вместе с числами будет являться табелем-календарем искомого
года и месяца.
Пример. Необходимо получить табель-календарь на май
1960 г. Пересечение столбца десятков лет (6) и единиц (0) дает
день недели субботу. В строке май (V) суббота стоит в 7-ом
столбце. Этот столбец с числами и будет табелем-календарем
на май 1960 г. Из календаря следует, что день Первое мая —
воскресенье. Для високосных лет январь и февраль написаны
в скобках. Для получения табеля-календаря других столетий
по какому-либо стилю следует день недели, стоящий на пересе-
чении столбца десятков лет и строки единиц лет, найти в стро-
ке данного столетия. В этом столбце необходимо отметить день
недели, стоящий в центральной (средней) выделенной строке.
Отыскав указанный день недели в строке нужного месяца, мы
получаем табель-календарь.
Для нового стиля в календаре дано четыре столетия. При-
бавляя к ним или вычитая число 4, взятое любое количество
раз, можно получить нужное нам столетие.
ВЕЧНЫЙ КАЛЕНДАРЬ-ЛИНЕЙКА
Вечный календарь-линейка состоит из неподвижной части —
линейки и подвижной—движка, на которые нанесены 4 шкалы
(рис. 120).
На шкале АИ помещены однозначные числа, представляю-
щие десятки лет, и двухзначные—столетия нового стиля.
На шкале СК нанесены числа месяца, которые одновремен-
но являются числами столетий старого стиля. Выделенные сре-
ди них большим шрифтом соответствуют единицам лет.
Под ними подписаны месяцы — римские числа. Следует раз-
личать январь и февраль в простых и високосных годах. На
движке ВП в верхней его части помещены цифры, соответству-
ющие единицам лет. На нижней части движка записаны дни не-
дели. Под ними размещены цифры десятков лет для определения
фазы Луны и буквы для ориентировки. Среди обозначений де-
сятков лет и букв находятся условные знаки, фазы Луны: ]) —
новолуние и О — полнолуние.
Чтобы определить день недели по дате (на любой год нашей
эры по новому или старому стилю), нужно при помощи движка
ВП поставить единицу заданного года под заданным десятком
лет и установившийся при этом день недели над заданным ме-
147
3Z с X
КАЛЕНДАРЬ Иркутск-2 а
ь © со
X С ю
о СО
8 - со
ё « СМ
т
$ » ° R
О © * О) см _
г- 00 « с * “ X
ю Г* х о ° тт
О) <0 « 8 - $ >
о © _G ° см X
00 Ю X н Т u
X О о
СО с; 5 со см см
СМ .с 1 см ~
= ю а ш ® 3 -
> 0> d 8 а =
о о й X Пн о <5 >
ф Ш о т * jx >
$0 00 © а - - 5
UO1O т © ю g
см О О х с “ м-
X СО 2 © 0 со X
й ® 10 О 8 « см
X 't X ё ® = 8
см О о т а S >
СР со о. § со а
СМ н Н л 00 5*
о о X . С к С* 2=
О < а • со §
00 8 с ю
ВЕЧНЫЙ 21 X 60 г. -
00 о
(5 © см
® *
°
£ -
00 СМ
с см
ь <0 см
< СО о
сяцем поставить под нужным столе-
тием. Календарь готов для задан-
ного месяца и года.
Пример 1. Необходимо соста-
вить табель-календарь на январь
1905 года по старому стилю.
Движком ВП устанавливаем еди-
ницу года «5» под десятком года
«0» и замечаем, что над январем
стоит среда «ср». Этот день недели
«ср» ставим над числом столетий
«19» (ст. стиля), которое находится
в числах месяца. Календарь готов.
Из него видно, что день 9 января
1905 г. был в воскресенье.
Пример 2. Необходимо соста-
S вить табель-календарь на де-
кабрь 1960 г. по новому стилю,
g Устанавливаем единицу года «0»
£ под десятком года «6», и устано-
g вившийся при этом день недели
5 «ВС» над декабрем нужно поста-
| вить под столетием «19» (нового
9Я стиля), которое находится в верхней
g неподвижной части календаря АИ.
S Календарь готов. Из него видно,
00 что день Советской Конституции
g 5 декабря 1960 г. — понедельник.
~ Примерз. Необходимо соста-
s вить табель-календарь на март
04 1997 г. по новому стилю. При помо-
щи движка ВП ставим единицу го-
да «7» под десятком года «9» и За-
мечаем, что над мартом стоит «ВТ».
Ставим «ВТ» под столетием «19»
(нового стиля), и календарь готов.
Из него видно, что 9 марта 1997 г.
будет воскресенье. В этот день не-
дели 9 марта 1997 г. произойдет сол-
нечное затмение, видимое в Восточ-
ной Сибири.
Для нового стиля в календарь
включено 4 столетия (18, 19, 20, 21).
Прибавляя к ним или вычитая из
них число 4 (причем любое количе-
ство раз), можно получить нужное
столетие. Например, числу столетий
148
19 будут соответствовать числа столетий 15, 11, 7, а также 23,
27 и т. д.
Пример 4. Необходимо составить табель-календарь на че-
тыре месяца: январь, апрель, июль, октябрь (по Всемирному
календарю) 1961 г. При помощи движка ВП ставим день неде-
ли на линейке ВС в один столбик с первым числом месяца, и
календарь готов. Из него видно, что 8 января 1961 г. — воскре-
сенье.
По этому календарю можно определить, в какой фазе будет
Луна того или иного числа в любом месяце любого текущего
столетия, а также в 19 и 21 столетиях по новому стилю. Для
решения этой задачи используются нижняя шкала движка и
шкала СК. На шкале движка цифры (7, 4, 1, 8, 5, 2, 9, 6, 3, 7,
4, 1) означают десятки лет, а на неподвижной шкале СК цифры,
изображенные большим шрифтом, — означают единицы лет. Под
ними римские цифры, взятые в круглые скобки (XII, IX, VIII,
VII, VI, I, IV, III), служат месяцами для определения фазы
Луны. Чтобы определить основные фазы Луны (новолуние или
полнолуние), нужно при помощи движка ВП поставить деся-
ток данного года над единицей нужного года и заметить уста»
повившуюся букву или цифру на движке ВП над заданным меся*
цем. Затем устанавливаем нужную фазу Луны, ]) — новолуние
или О — полнолуние, в один столбик со словом «стоп», тогда за*
меченная буква или цифра укажет дату (число данного месяца)
наступления новолуния или полнолуния.
Пример. Определить основные фазы Луны (новолуние
и полнолуние) на август 1987 г. по новому стилю. Движком ВП
устанавливаем десяток года «8» над единицей года «7», при
этом замечаем, что над августом стоит буква «К». Затем ста-
вим фазу Луны (]) —новолуние) в один столбик со словом
«стоп». Замеченная буква «К» укажет число месяца «24». Это
значит, что 24 августа 1987 г. наступит новолуние. Полнолуние
будет (24—15 = 9) 9 августа 1987 г.
Для изготовления календаря-линейки нужно на большом ли-
сте бумаги ватмана аккуратно написать черной тушью три
шкалы АИ, ВП, СК и сфотографировать их. Затем вырезать
из прочного картона три прямоугольные рейки одного размера.
Две из них разрезать (по длине) на три полосы. Далее склеи-
ваем попарно: внутреннюю боковую полоску с верхней боковой
полоской и внутреннюю среднюю полоску с верхней полоской.
Затем боковые полоски картона нужно наклеить на рейку кар-
тона так, чтобы движок мог свободно передвигаться по линей-
ке. На верхнюю часть корпуса наклеивается шкала календаря
АИ, на движок — шкала ВП, на нижнюю часть корпуса —шка-
ла СК.
ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ
П. Е. Герасименко
(г. Ленинград, средняя школа № 390)
ОПЫТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗАКОНА АРХИМЕДА
С ПОМОЩЬЮ ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ ДИНАМОМЕТРОВ
Для демонстрации закона Архимеда используются раздвиж-
ная призма, стакан с удлиненным отливным краном и ведерко.
Раздвижную призму (рис. 121) можно сделать из пластмас-
сы или органического стекла толщиной 2—3 мм. Вдоль одной
грани призмы вырезан паз 1, который перекрывается пробкой
при помощи зажимного винта 2. Глубина паза—1 мм, а его ши-
рина—3 мм.
Рис. 122. Запорная пробка.
Рис. 121. Раздвижная призма.
Запорная пробка (рис. 122) состоит из стенки наружной
призмы 1, углубления для головки пробки 2 (4X1X1 мм), от-
верстия для пробки 3 (3X3 мм), пробки (3X3X3 мм) с голов-
кой 4 (4X4X1 мм), резиновой прокладки или пружинки 5,
крышки для пробки 6 (10X10X3 мм) и bhhtHj
150
Для изменения объема призмы нужно отвернуть винт так,
чтббы открылась канавка для проникновения воздуха, выдви-
нут^ внутреннюю призму до нужного объема и вновь запереть
ее пробкой. Нельзя чрезмерно нажимать на винт во избежание
образования щели между стенками, через которую может про-
никнуть вода. Для герметичности стенки призмы смазывают
тонким слоем солидола или машинного масла. На одной стенке
призмы наносится масштаб, соответствующий целым числам
единиц объема.
Вес призмы можно изменять, подсыпая в нее мелкую дробь
или свинцовые опилки. Для жесткой связи призмы с динамомет-
Uh
I
Рис. 123.
Патрон с
винтом
ром служит патрон с длинным винтом (рис. 123).
Из призмы вывинчивают крючок и ввинчивают пат-
рон. Затем конец динамической оси 2 динамометра
вставляют в патрон 1 так, чтобы запорная шпонка
проходила по прорези патрона до упора. При не-
большим повороте оси влево шпонка зайдет в вырез
и замкнет патрон.
Емкость сосуда с отливным краном 500 сл3.
Длина крана 20 см. Кран имеет коническую форму,
диаметр основания конуса 10 мм, а диаметр слив-
ного носика 4 мм. Угол наклона крана 15—20°.
При подготовке опыта сосуд с отливным краном
устанавливают на штативе и наполняют водой так,
чтобы на конце крана появились капли воды. По-
казание динамометра с подвижным пустым ведер-
ком для упрощения отсчета целесообразно устано-
вить на «нуль» (рис. 124).
Для демонстрации опыта медленно опускаем призму в воду,
но так, чтобы она не касалась дна сосуда. Опуская призму на
большую глубину, демонстрируем независимость величины вы-
талкивающей силы от глубины погружения. Изменением объе-
ма раздвижной призмы показываем и изменение выталкиваю-
щей силы. Затем демонстрируем независимость величины вы-
талкивающей силы жидкости при погружении в нее оди-
наковых по объему, но различных по весу тел, а также за-
висимость величины выталкивающей силы от плотности жид-
кости.
Условия плавания тел выясняются на опытах, установка
которых показана на рисунке 125.
Опыт 1. Призма тонет. Берется призма наименьшего объе-
ма при весе Р=300 Г.
Опыт 2. Призма плавает. Объем призмы берется равным
300 см3 при том же весе 300 Г.
Опыт 3. Призма всплывает. Используется призма объемом
350 см3 при неизменном весе 300 Г.
151
Рис. 124. Общий вид установки. Рис. 125. Установка для выяснения
условия ,шшвания._тел-
В. В. Бронфман
(г, Москва, средняя школа № 692)
ПРИБОР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ
В;^оль стойки 1 длиной около 2 м, на которой укреплены две
направляющие толстые проволоки 2, может двигаться планка 3.
Планка имеет четыре ушка. Нитью, перекинутой через блоки 4,
планка соединяется с грузом 9. Длина планки составляет при-
близительно половину длины стойки
Рис. 126. Прибор для из-
учения законов движения
тела.
(рис. 126).
На стойке укреплена полочка 5,
на которую ставят метроном 6. Ма-
ятник метронома должен заканчи-
ваться кисточкой, смоченной типо-
графской краской. При качании ма-
ятника кисточка должна касаться
планки и оставлять на ней метки.
Втулка блока при помощи ремен-
ной передачи соединена с осью гене-
ратора тока 7 (динамо-машина от
фонаря велосипеда). К зажимам ге-
нератора присоединен гальванометр
8, внутри которого находится куп-
роксный или селеновый выпрями-
тель. Гальванометр (счетчик оборо-
тов) проградуирован в условных
единицах скорости.
С задней стороны стойки на груз
можно надевать различные пере-
грузки. Имеется подвижное кольцо,
как у машины Атвуда, с помощью
которого эти перегрузки можно сни-
мать. Прибор имеет набор специаль-
но подобранных перегрузков.
Планка и груз при помощи соот-
ветствующих перегрузков приводят-
ся в равномерное, равномерно уско-
ренное или равномерно замедленное
движение. При этом метроном не
только отсчитывает промежутки
времени, но и при помощи меток на
планке отмечает пути, проходимые
планкой за различные промежутки
времени. По показаниям гальвано-
метра можно судить об изменении скорости. Снимая при помо-
щи кольца перегрузки, можно измерить мгновенную скорость в
153
любой момент времени. Установка кольца не вызывает затруд-
нений, так как о расстоянии, на которое нужно передвинуть
кольцо, можно судить по меткам на планке.
Стойку 1 можно использовать от машины Атвуда.
К. И. Панич
(г. Москва, средняя школа (Л6 636)
ДЕМОНСТРАЦИЯ СМЕЩЕНИЯ ОСИ ВРАЩЕНИЯ
ПОДЪЕМНОГО КРАНА
Установка состоит из штатива с двойным основанием (из
двух квадратных дощечек размером 18X18 см). По углам верх-
ней и нижней дощечек на расстоянии 3 см от края укрепляют
друг против друга пружинодержатели /, снабженные жесткими
пружинами длиной около 3 еле и диаметром несколько меньшим
Рис. 127. Прибор для демонстрации смещения оси вращения
подъемного крана.
диаметра пружинодержателя (рис. 127). По углам верхней до-
щечки монтируют 4 лампочки а, б, в и г, к винтовой нарезке ко-
торых припаивают провод 3. На нижней дощечке против цоколя
лампочек укрепляют гибкие контакты 4, соединенные проводом
5. На время демонстрации опыта концы проводов соединяют с
аккумулятором.
Основание штанги штатива утяжелено балластом. В ка-
честве балласта удобно использовать крупные шарикопод-
154
шипники. Гибкие контакты 4 должны быть тщательно отрегу-
лированы.
При наличии нагрузки 9 и противовеса 8 зажигаются лам-
почад виг, при повороте стрелы на 90° зажигаются лампочки
б и в\или а и г. При снятии нагрузки 9 зажигаются лампочки
со стороны противовеса а и б.
Обфий вес грузов (груз, противовес и балласт) подбирает-
ся таким, чтобы расстояние между половинками пружинодер-
жателей составляло 2—3 мм. Высота пружинодержателей зави-
сит от жесткости пружины. Ограничители 7 — полоски жести,
прибитые к нижней площадке и загнутые над верхней, служат
для предохранения пружин от деформации.
С. Е. Каменецкий
(Московский государственный
педагогический институт
имени В. И. Ленина)
ДЕМОНСТРАЦИЯ ВЫНУЖДЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ
КОЛЕБАНИЙ И ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА
Демонстрацию вынужденных колебаний и явления резонан-
са с вертикально подвешенным пружинным маятником весьма
трудно осуществить, /гак как груз на пружине, кроме колеба-
ний в вертикальном направле-
нии, начинает раскачиваться и штг.-----------
в горизонтальной плоскости. ——-— |MfeEiW
В предлагаемом варианте jj I
колебания маятника в горизон- w
тальной плоскости легко устра-
няются.
Маятник СОСТОИТ из.пружины Рис* 12& Закрепление проволоки
и груза весом примерно 300 Г. на коническом стеРжне-
Пружину можно взять из при-
бора «Ведерко Архимеда», в комплект которого входит динамо-
метр. Чтобы устранить боковые колебания, пружину с грузом
помещают в стеклянную трубку несколько большего диаметра,
чем груз. Трубку надо укрепить на штативе.
Возбуждение маятника осуществляется от эксцентрика, уста-
новленного на оси центробежной машины с червячной пере-
дачей.
На коническом стержне закрепляют проволоку, придав ей
форму, напоминающую эксцентрик (рис. 128). Создание специ-
ального шатунно-кривошипного механизма здесь излишне. •
Общий вид установки приведен на рисунке 129г
155
Рис. 129. Общий вид установки для
демонстрации вынужденных колеба-
ний и явления резонанса.
Демонстрация осуществля-
ется следующим образом./Вна-
чале демонстрируем собствен-
ные колебания маятника^ выве-
дя последний из положения
равновесия. Затем/ вращая
ручку центробежной фашины,
демонстрируем вынужденные
колебания маятника йак при
малых, так и при болыЬих ча-
стотах. Амплитуда колебаний
при этом небольшая. Посте-
пенно увеличивая частоту ко-
лебаний, добиваемся резонан-
са. Амплитуда колебаний де-
лается весьма большой.
Трение груза и пружины о
стеклянную трубку незначи-
тельно, и им можно прене-
бречь.
Р. Б. Гоцман
( Петропавловский
педагогический институт)
ДЕМОНСТРАЦИЯ ЯВЛЕНИЯ ДОПЛЕРА
Рис. 130. Установка для
демонстрации явления
Доплера.
На оси 1 центробежной машины за-
крепляют стержень 2 с полым бумаж-
ным конусом 3 на одном конце и про-
тивовесом 4 на другом (рис. 130).
Внутри конуса (у его вершины) ук-
реплен язычковый звучатель типа губ-
ной гармошки.
Если вращать центробежную маши-
ну, то воздух будет засасываться в по-
лость конуса и выходить через звуча-
тель. При этом создается звук опреде-
ленного тона. Ввиду того что излуча-
тель звука, заключенный в конус, дви-
жется вместе с последним с некоторой
скоростью относительно слушателей,
периодически от них удаляясь и при-
ближаясь, высота тона звука также пе-
риодически будет меняться — повы-
шаться и понижаться.
156
Расстояние излучателя звука от оси вращения равно 0,6 м.
Число оборотов центробежной машины равно 3 в секунду. При
этом скорость излучателя звука относительно слушателей рав-
на 40 км]ч.
Простота установки и эффективность демонстрации позво-
ляет использовать ее на уроках астрономии, на внеклассных
занятиях в средней школе и как лекционную демонстрацию в
высшей школе.
А. и. Квантов
(ст. Орша,
железнодорожная школа № 54)
К ПОСТАНОВКЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОБЪЕМНОГО
РАСШИРЕНИЯ ЖИДКОСТИ»
В магазинах учебных наглядных пособий появились в про-
даже калиброванные пробирки емкостью 10 мл с ценой деле-
ния в 0,1 мл. В IX классе с этими пробирками можно про-
вести фронтально лабораторную работу по определению коэф-
фициента объемного расширения жидкости, например керо-
сина.
Пробирку следует закрепить в лапке штатива и налить в нее
8—9 мл керосина. После этого пробирку с керосином погружа-
ют в сосуд с тающим льдом, а затем в горячую воду (90—100°С).
Уровень жидкости в пробирке в этих условиях повышается на
8—9 делений.
Полагая ДУ= ±0,5 мл (большую точность измерения объ-
ема гарантировать трудно из-за весьма малого расстояния меж-
ду делениями в верхней части пробирки и из-за менисковых
явлений) и Д/°=±0,5°С, можно определить максимальную
относительную погрешность измерения. Она достигает 13%.
Вероятная погрешность, очевидно, меньше. Например, при вы-
полнении рассматриваемой лабораторной работы в девятых
классах школы № 54 г. Орши 19 звеньев (по 2 учащихся в каж-
дом) из 30 получили числовое значение коэффициента объемно-
го расширения керосина: 0 = 0,0010 —-— .
град
Легко подсчитать, что емкость стеклянной пробирки при на*
гревании на 100° С увеличивается не более чем на 0,01 мл. Сле-
довательно, ошибка измерения объема жидкости в пять раз
больше возможного изменения емкости сосуда. Поэтому тепло-
вым расширением стекла в условиях данного опыта мы вправе
пренебречь.
157
А. А.Ремизов
(Краснодарский институт
усовершенствования учителей)
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КЛЕММЫ
Нами предлагаются два вида самодельных клемм, удобных
и простых в изготовлении. Один из них предназначен длй при-
борных щитков, используемых в практических работах. Назо-
вем эту клемму приборной. Другой вид—для прочих электри-
ческих соединений, производимых при включенном напряже-
нии. Будем называть другую клемму безопасной.
Приборная клемма делается из упругой латунной полоски
шириной 15—20 мм, Один конец ее закрепляется на панели
щитка болтиком. К нему же припаивается проводник от прибо-
ра. Свободный конец пластинки выводится через прямоуголь-
ную щель на лицевую сторону щитка. Этот конец пластинки,
имеющий отверстие, можно оттягивать рукой. Чтобы составить
цепь с применением такой клеммы, надо конец пластинки оття-
нуть и в отверстие пластинки вставить зачищенный конец про-
вода (рис. 131). Под действием упругой силы пластинка примет
первоначальную форму и зажмет проводник.
Рис. 131. При- Рис. 132. Безопасная клемма,
борная клемма.
Безопасная клемма изготовляется так. В панели, на которой
она должна находиться, сверлится отверстие. С тыльной сторо-
ны панели шурупом привинчивается упругая латунная пластин-
ка. Получается контактное гнездо.
Из латунного болтика или медной проволоки делают наконеч-
ник для провода, у которого один конец расплющивают в виде
шляпки. К болтику припаивают проводник и на него надевается
кусок резиновой трубки так, чтобы место спая и часть изоля-
158
ции проводника находились внутри трубки. Во избежание сдви-
га трубка должна сидеть на болтике достаточно плотно. Если
готовый наконечник вставить в гнездо так, чтобы он упирался
выступающей головкой в пластинку панели и даже несколько
отогнул ее, то получится надежный контакт.
Чтобы наконечник не выпал из гнезда, он должен вдвигать-
ся туда с некоторым усилием. Такая клемма и общий вид сое-;
динения показаны на рисунке 132.
А. Н. Руднев
(с. Рашков
Рыбницкого р-на Молд. ССР)
ВОЗБУЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ
СПОСОБОМ МЕХАНИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ
СВЯЗАННЫХ РАЗНОИМЕННЫХ ЗАРЯДОВ
Этот способ основан на свойстве электростатических за-
рядов удерживаться на поверхности металла при наличии око-
ло него наэлектризованного тела.
Две неподвижные U-образные пластины заряжаются разно-
именными зарядами. Между ними помещаются две подвижные
Рис. 133. Возбуждение и разде-
ление электрически связанных
зарядов.
Рис., 134, Два варианта электростатиче-
ской машины.
159
пластины, соприкасающиеся между собой. На каждой из под-
вижных пластин электростатическим полем наводится заряд,
по знаку противоположный знаку заряда ближайшей U-образной
пластины (рис. 133, а).
Если подвижные пластины разъединить, каждую ввести
внутрь U-образной пластины, как показано на рисунке 133, б, и
привести их в соприкосновение, то подвижные пластинки отда-
дут большую часть своего заряда неподвижным пластинам.
С каждым новым циклом заряды неподвижных пластин воз-
растают.
На этом принципе можно изготовить электростатическую
машину, в которой бы происходило возбуждение и разделение
электрически связанных зарядов.
Две различные схемы такой машины приведены на рисунке
134. Машину могут построить учащиеся на занятиях физическо-
го кружка. Предлагаемые схемы можно видоизменить.
Н. С. Скопов
(г. Калинин, суворовское училище)
АППАРАТ ДЛЯ ТОЧЕЧНОЙ КОНТАКТНОЙ И СТЫКОВОЙ
СВАРКИ
Предлагаемый аппарат удобен для демонстрации на уроке
точечной контактной и стыковой сварки. Кроме этого, он может
быть использован в учебных мастерских.
Аппарат состоит из трансформатора мощностью 2,5 кет и
рамы, показанной на рисунке 135.
Первичная обмотка трансформатора рассчитана на 127 в и
220 в. Со вторичной обмотки снимается напряжение 6 в. Она со-
стоит из пяти витков, выполненных из медной шины сечением
5x20 мм. Рама сделана из трех труб (0 около 2 см). Соедине-
ние труб выполнено с помощью тройника и уголка. В один из
отводов тройника ввинчен стальной стержень, на котором соб-
рана струбцина для крепления рамы к краю стола. Возмож-
но также крепление рамы и в отверстии, просверленном в
столе.
На открытые концы труб навинчивают тройники так, чтобы
оси их совпадали. В нижний тройник вставляется гнездо не-
подвижного электрода. Гнездо изолировано от рамы асбестоце-
ментными прокладками. Верхний тройник расточен внутри, и в
него вставляется подвижное гнездо верхнего подвижного элек-
трода. Ручка-рычаг крепится с помощью хомутика, охватываю-
щего верхнюю трубу рамы около тройника. Эта ручка-рычаг на-
правлена вдоль верхней трубы и опирается на подвижное гнез-
до верхнего электрода.
160
Рис. 135. Схема сварочного аппарата.
При нажиме на свободный конец ручки-рычага усилием в
10—15 кГ подвижный электрод может прижиматься к непод-
вижному с силой до 100 кГ.
От нажима ручки-рычага ключом К, а от него магнитным
пускателем МП замыкается перйичная обмотка трансформа-
тора и через контакт между электродами — вторичная. Если
между электродами положить свариваемые детали, то в точке
контакта они разогреваются и свариваются. Процесс длится
от 0,5 до 1 сек. При уменьшении давления на рукоятку раз-
мыкается первичная цепь и в месте сварки давление снижа-
ется.
Описанным аппаратом можно сваривать детали из малоуг-
леродистых сталей толщиной до 2 мм.
161
С помощью описанного аппарата можно осуществить и сты-
ковую сварку деталей небольших диаметров. Для этого свари-
ваемые детали крепят в зажимах на подвижном и неподвижном
электродах, детали приводят в соприкосновение и вручную
замыкают первичную цепь. В месте соприкосновения дета-
ли разогреваются, ток выключают, а детали дополнительно
сжимают.
Мощность применяемого трансформатора ограничена —
2,5 кет. Поэтому сваривать цветные металлы, требующие более
жестких режимов, с помощью описанного аппарата нельзя.
Модель описанного аппарата построена на занятиях физико-
технического кружка Калининского Дворца пионеров.
Ю. И. Гаевский и В. Б. Шеин
(Пермский медицинский институт)
ПРИМЕНЕНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРА ПРИ ИЗУЧЕНИИ
ОДНО- И ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМЛЕНИЯ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
При изучении одно- и двухполупериодного выпрямления пе-
ременного тока вместо силового трансформатора можно исполь-
зовать потенциометр.
Собирают схему, как показано на рисунке 136, где Pi—по-
тенциометр, заменяющий вторичную обмотку силового транс-
форматора и включаемый непосредственно в сеть (127 или
220 в), а Р2 — сопротивление нагрузки в цепи выпрямленного
тока, включенное потенциометрически.
В качестве выпрямителя Л можно использовать любой двух-
анодный кенотрон. Источником питания в цепи накала нити
лампы Л может служить аккумуляторная батарея, но можно
поставить понижающий трансформатор или гасящее сопротив-
Рис. 136. Схема с применением потенциометра
для выпрямления переменного тока.
162
ление, обеспечивающее необходимый ток накала. Хорошие ре-
зультаты опыта получаются с лампами 6Ц5С и 5Ц4С при
Pi = 1500 ом и Р2 = 600 ом.
П\ и П2— двухполюсные переключатели, с помощью кото-
рых схема может работать как при включенном фильтре, так и
без него. Фильтр состоит из дросселя от радиолы «Урал» и элек-
трических конденсаторов С] и С2 емкостью по 10 мф.
При перемещении подвижного контакта С в крайнее левое
положение А работает только правый анод лампы; в случае пе-
ремещения подвижного контакта в крайнее правое положение
(положение В) работает только левый анод лампы.
При медленном перемещении движка потенциометра от А к
В происходит перераспределение напряжения между анодами
лампы, и соответственно этому изменению меняется кривая на
экране осциллографа. При установке подвижного контакта в се-
редине потенциометра напряжения на обоих анодах лампы бу-
дут равны и на экране осциллографа получается характерная
кривая двухполупериодного выпрямления. При уменьшении ча-
стоты развертки в кратное число раз количество максимумов
кривой, видимой на экране, соответственно возрастет. Подклю-
чение фильтра дает возможность наглядно изучить его работу
при одно- и двухполупериодном включении кенотрона.
Для многократного использования удобно смонтировать схе-
му на фанерном щите размером 60X80 см, который можно под-
вешивать к доске или укрепить на стойках.
Г. М. Городинский
(г. Ленинград, Институт
точной механики и оптики)
ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА ИЗ КАПРОНОВОЙ ТКАНИ
Капроновую ткань, вытканную сеткой из прозрачных нитей,
можно рассматривать как пропускающую дифракционную ре-
шетку со штрихами, нарезанными во взаимно перпендикуляр-
ных направлениях. С помощью такой решетки можно демонст-
рировать дифракционный спектр и спектры радуги. Эти спект-
ры можно видеть при рассматривании через капроновую ткань
нити лампы накаливания. Более отчетливо наблюдаются спект-
ры радуги, обусловленные преломлением и внутренним отраже-
нием в прозрачных нитях.
Продемонстрировать оба явления нетрудно с помощью уста-
новки, оптическая схема которой приведена на рисунке 137.
Нить лампы накаливания 1 с помощью конденсора 2 про-
ецируется на щель 3, расположенную в фокальной плоскости
линзы 4, за которой находится длиннофокусная проецирующая
163
линза 6. Лампа накаливания, используемая в опыте, должна
иметь прямую нить. Щель изготовляют из двух бритвенных лез-
вий, укрепленных на расстоянии 0,10—0,15 мм.
Решетку 5 помещают так, чтобы какой-нибудь ряд нитей
был параллелен ножам щели. Пропустив через эту решетку пу-
Рис. 137. Оптическая схема для демонстрации
дифракционного спектра и спектра радуги.
чок параллельных лучей, на экране можно наблюдать спектр
нулевого порядка и расположенные симметрично по обеим сто-
ронам дифракционные спектры первого, второго и третьего по-
Рис. 138. Фотография дифракционного спектра.
рядков и спектры радуги. Вследствие большой постоянной ре-
шетки дифракционные спектры высоких порядков расположены
на небольшом расстоянии от нулевого порядка.
Повторив опыт с капроновой нитью, окрашенной черной
тушью, спектров радуги на экране не увидим.
Полученная нами фотография дифракционного спектра изо-
бражена на рисунке 138. При фотографировании источником
света служила • ртутная лампа сверхвысокого давления
СВД-120А. Для получения монохроматического света приме-
нялся светофильтр, выделявший зеленую линию ртути 5461. Фо-
топластинка «изоорто» была расположена на месте экрана. Вре-
мя выдержки составляло 15—20 сек.
Возможность наблюдать отчетливую дифракционную карти-
ну сравнительно простыми средствами с помощью капроновой
ткани позволяет думать, что этот метод будет использован для
контроля плотности капроновой ткани в процессе ее производ-
ства.
164
А. А, Филатов
(г. Симферополь, Крымский
медицинский институт)
ОПЫТ С ФОТОЭЛЕМЕНТОМ
На отверстие дисковой сирены /, смонтированной на центро-
бежной машине, проецируют через собирающую линзу 2 пламя
дугового осветителя (рис. 139). За сиреной устанавливают фо-
тоэлемент 3 (Ц-23). На его ножку, соединенную с цезиевым
слоем (катод фотоэлемента), подается отрицательное напряже-
ние с анодной батареи 4. Вторая ножка фотоэлемента и «плюс»
анодной батареи подаются на адаптерный вход радиоприемни-
ка 5 или усилителя с репродуктором. Сфокусированный на от-
верстие сирены свет дуги проходит сквозь отверстие и, далее,
расширяясь, освещает цезиевый слой фотоэлемента. При враще-
Рис. 139. Установка для воспроизведения звука с помощью
фотоэлемента.
нии диска сирены мы услышим громкий гармоничный тон. Пе-
ремещая сирену, можно получить гамму звуков от разных от-*
верстий.
Опыт может быть использован также при изложении темы
«Звук».
М. Рожков
(Пензенский педагогический институт)
ОПЫТЫ, ДЕМОНСТРИРУЮЩИЕ ХИМИЧЕСКОЕ
ДЕЙСТВИЕ СВЕТА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕГО
В ФОТОГРАФИИ
1. При красном свете смачиваем проявителем фотобумагу,
кладем на нее непрозрачный предмет (ножницы, ключи и др.)
и освещаем белым светом. Те места бумаги, которые были ос-
вещены, потемнеют.
165
2. Лист фотобумаги, смоченной проявителем, покрываем
красным и синим стеклом и освещаем. Фотобумага под крас-
ным стеклом не потемнеет, а под синим стеклом потемнеет.
Рис. 140. Белые силуэты на черном фоне бумаги.
3. Проецируем с помощью увеличителя или фильмоскопа не-
гатив на фотобумагу, смоченную проявителем. На ней появляет-
ся обратное по распределению света изображение — позитив
(рис. 140).
Для ускорения опыта нужно взять быстродействующий теп-
лый проявитель.
СОДЕРЖАНИЕ
Механика
Н. Н. Нечипорук. Прибор по кинематике и динамике ...............* 3
В. А. Сущенко. Проверка второго закона механики при помощи само-
дельного акселерометра........................................... 9
М. Г. Ларионов. Прибор для изучения движения свободно падающего
тела и тела, брошенного вертикально вверх........................ И
А. Я. Власов. Кронштейн с шарнирным соединением............... 13
В. А. Сущенко. Прибор для наблюдения движения жидкости . . , . 17
Н. Н. Нечипорук. Два прибора для демонстрации механических авто-
колебаний ...................................................... 20
Н. М. Гончаренко. Школьный крутильный маятник................. 22
Б. Т. Войцеховский. Прибор для демонстрации стоячих волн .... 24
С. М. Дмитриева, Ю. К. Козачук, А. И. Коронкевич, С. Е. Рожков,
Определение длины звуковой волны и скорости звука в воздухе. 26
Н. М. Сакевич. Излучатель ультразвука.............................. 28
Молекулярная физика и теплота
М. А. Ушаков. Универсальный прибор для проверки газовых законов. 32
В. К. Савченко. Прибор для проверки закона Бойля—Мариотта ... 35
А. Л. Егоров. Демонстрационная модель холодильной установки . . 36
Л. П. Свитков. Сравнение коэффициентов теплопроводности .... 41
Н. С. Антропова. Определение коэффициента теплопроводности твер-
дых тел .............. . . . . 46
И. М. Раевский. Демонстрация процесса кристаллизации .............. 50
Электричество
С. Н. Прокофьев. Несколько самодельных приборов по электричеству. 53
В. Г. Холяпин. Некоторые опыты по электричеству..........< 58
Н. А. Варенышев. Электронный электроскоп................... 61
А. А. Филатов. Демонстрация переменного магнитного поля вокруг
замкнутого сердечника трансформатора..................... 65
Н. И. Харченко. Электрический маятник...................... 66
А. Н. Руднев. Двухконденсаторное возбуждение электростатических
зарядов . с.............................................. 68
Н. М. Гончаренко. Получение осциллограммы свободных электромаг-
нитных колебаний......................................... 71
А. М. Чельцов. Прибор для демонстрации затухающих электрических
колебаний .............................................. 74
С. Н. Прокофьев. Прибор для демонстрации индуктивного сопротив-
ления ................................................... 76
В. А. Драгель. Электрическое и магнитное экранирование.... •—
В. С. Масловский. Электронный осциллоскоп с питанием от аккуму-
ляторов в , . . .................. . 83
167
В. В. Паненко. Ламповый выпрямитель с регулируемым напряжением. 87
А. М. Чельцов. Звуковой генератор на полупроводниковых триодах . 89
О. Р. Львов. Универсальный автотрансформатор ......... 90
\Н. Г. Ирффе. | Магнитный пускатель................................ 93
Г. И, Жерехов. Некоторые демонстрации по электричеству . . « . . 98
\Н, Г. Иоффе) Практикум по электронике............................ 102
Оптика и строение атома
Р. А. Лукацкая, А. И. Шпиз. Демонстрация фотоэффекта и направлен-
ного движения зарядов в воздухе при атмосферном давлении . . 122
И, Л. Царегородцев. Фотореле на тиратроне ТП-0,1/1,3 с фотосопро-
тивлением ................................................... 125
Ш. Л. Гатауллин. Фотосопротивление в печатной машине ..... 126
Г. М. Гайдучок. Самодельный счетчик Гейгера и опыты с ним ... 127
А. К. Радкевич. Рассеивание а-частиц в воздухе............; . . 129
Л. М. Константинов. Изготовление диапозитивов на малоформатной
пленке......................................................... 132
О. М Чефранов. Кассета для демонстрации кольцевых фильмов . . 136
Астрономия
Р. М. Баренбойм. Простые учебные приборы по астрономии .... 139
И. П. Коногорский. Вечный табель-календарь . . .................. 146
Полезные советы
П. Е. Герасименко. Опытное обоснование закона Архимеда с помощью
демонстрационных динамометров ................................. 150
В. В Бронфман. Прибор для изучения законов движения............... 153
К. И. Панич. Демонстрация смещения оси вращения подъемного крана 154
С. Е. Каменецкий. Демонстрация вынужденных механических колеба-
ний и явления резонанса...................................... 155
Р. Б. Гоцман. Демонстрация явления Доплера........................ 156
А. И. Квантов. К постановке лабораторной работы «Определение
коэффициента объемного расширения жидкости» 157
А. А. Ремизов. Электрические клеммы.............................. 158
А. Н. Руднев. Возбуждение электростатических зарядов способом
механического разделения связанных разноименных зарядов ... 159
Н. С. Скопов. Аппарат для точечной, контактной и стыковой сварки . 160
Ю. И. Гаевский, В. Б. Шеин. Применение потенциометра при изучении
одно- и двухполупериодного выпрямления переменного тока ... 162
Г. М. Городинский. Дифракционная решетка из капроновой ткани . . 163
А. А. Филатов. Опыт с фотоэлементом............................... 165
М. М Рожков. Опыты, демонстрирующие химическое действие света
и использование его в фотографии . —