Юный техник, 2006 № 04

Представляют интерес и силовые линии переменного электрического поля. При высоких частотах (несколько килогерц) начинают сказываться эффекты, связанные с индуктивностью и емкостью проводника. Поле в нем сильно отличается от поля постоянного напряжения.

Используя фольгу и звуковой генератор, можно получить картину линий равного потенциала для переменного напряжения. Перпендикулярно к ним, точно так, как мы это делали в предыдущем случае, проведем силовые линии. Измерение потенциалов также можно производить обычным цифровым авометром.

С фольгой можно провести любопытный опыт. Вырежьте из фольги прямоугольную букву «О» и попробуйте ее пережечь разрядом конденсаторной батареи на 100 мкФ при напряжении 220 В. Для безопасности опыта соберите цепь с применением школьного переключателя (рис. 2), работу ведите в присутствии учителя.

Если конденсаторную батарею присоединить к средней части буквы «О», как показано на рисунке, то окажется, что в углах образуются овальные щели, направленные по диагоналям. Их происхождение можно объяснить тем, что часть энергии электрического импульса разряда частично проходит по воздуху в форме радиоволны и лишь по углам входит в металл, нагревая и расплавляя его.

А. ВАРГИН

ПОЛИГОН

Берешь свечу и шарик…

Тепловой двигатель — это, казалось бы, нечто очень горячее. И в самом деле, в двигателе внутреннего сгорания при малейшем нарушении в работе системы охлаждения плавятся поршни. А турбина электростанции работает от водяного пара, температура которого столь высока, что подводящие трубы светятся…

Тем не менее существуют двигатели, способные работать от тепла… руки. Но это как говорится, — высший пилотаж. Для начала построим двигатель, работающий от свечки.

Создал этот двигатель японский мастер-любитель из технической школы профессора Коиши Хирата. В отличие от многих изобретателей и ученых, хранящих в тайне малейшее достижение, профессор Хирата ничего не скрывает. По его чертежам подобные двигатели сможет сделать любой из вас.

Но обо всем по порядку. Речь пойдет о двигателях, которые работают за счет расширения нагретого воздуха. Первый такой двигатель изобрел в 1816 году — не удивляйтесь — шотландский министр по делам религии Роберт Стирлинг.

Первый двигатель Стирлинга работал на каменном угле и был весьма сложен. Но сама идея вдохновила множество изобретателей, и к концу столетия развернулось массовое производство воздушных тепловых двигателей. В небольших мастерских их топили углем, дровами, соломой и даже мусором. Некоторые из них проработали без ремонта полвека и стали ценнейшей музейной редкостью.

Сегодня подобные двигатели в мастерских не встретим, их заменили электромоторы. Но двигатели Стирлинга не забыты. На их возрождение в США и в Европе истрачены сотни миллионов долларов. В современных стирлингах воздух заменили сжатым водородом и получили мощные легкие машины. Их успешно ставят на подводные лодки, автомобили, локомотивы и солнечные электростанции. Со временем мы об этом расскажем подробнее, а сейчас вернемся к работам профессора Хирата. Это очень крупный специалист по стирлингам. В сферу его интересов входят двигатели для судов, автомобилей и даже самолетов.

Двигатель Стирлинга по конструкции прост, но понимание принципа его работы дается людям нелегко. Поэтому профессор уделяет немало времени разработке простейших стирлингов, которые можно сделать за один день и, почувствовав прелесть их работы, решиться на какие-то более серьезные шаги. Вот одна из конструкций.

Возьмите жестяную баночку диаметром примерно 50 мм и укрепите на ней нитками или резиновым кольцом кусочек резины от воздушного шарика (рис. 1). После этого нагрейте дно баночки на свечке. Резинка раздуется (рис. 2). Это значит, что произошел переход тепла в работу растяжения резины. Подуйте на баночку, и увидите, что резинка втянется (рис. 3).

Убедимся, что воздух расширяется и сжимается.

Как видите, при нагревании и охлаждении баночки происходит переход тепла в работу. Но превращать баночку в двигатель не стоит: у вас в руках очень несовершенная машина. Прежде всего, она недолговечна, поскольку резиновая пленка соприкасается с горячим воздухом и от этого быстро разрушается. Да и КПД получится очень мал. Ведь почти все тепло, потраченное на нагревание воздуха, теряется при его охлаждении. Профессор Хирата оба недостатка устраняет с помощью одного и того же приема, придуманного еще Робертом Стирлингом — введением вытеснителя.

Взгляните на рисунок 4. Вытеснитель — это деревянный цилиндр, с небольшим зазором вставленный в баночку. Он привязан на леске, а леска пропущена через крохотное отверстие в резиновой пленке.

Начнем с того момента, когда в баночке воздух холодный, а вытеснитель лежит на ее дне. Если зажечь свечу, то воздух почти не нагреется. Но вот мы потянули за леску, подняли вытеснитель (рис. 5а), и резинка раздулась. Это произошло потому, что у дна воздух нагрелся и его давление, по закону Паскаля, передалось холодному воздуху.

Обратите внимание, резинка раздулась от давления холодного воздуха и, значит, сможет долго работать, не разрушаясь.

Применение вытеснителя полезно и по другой причине. Согласно законам термодинамики, чем выше температура рабочего тела (воздуха), тем выше КПД. Ради этого мы можем поднимать температуру неограниченно, лишь бы выдержали стенки.

Если вытеснитель опустить, то поступление тепла через дно прекратится и оно станет уходить через стенки (рис. 5б). Воздух остынет, и пленка снова втянется в баночку. Таким образом вытеснитель выполняет роль переключателя потоков тепла. Имея такое устройство, профессор Хирата переходит к размышлениям о конструкции двигателя.

Действие вытеснителя.

Представьте себе согнутый из проволоки кривошип, который автоматически поднимает и опускает вытеснитель (рис. 6, 7, 8).

Кривошип перемещает вытеснитель.

Добавим к нему согнутый из той же проволоки второй кривошип, расположенный под углом 90° к первому, а на него наденем шатун — деревянную палочку такой длины, чтоб она постоянно соприкасалась с резиновой пленкой (рис. 9).

Такой кривошипно-шатунный механизм сможет управлять перемещением вытеснителя и снимать с раздувающейся пленки полезную мощность. Правда, у него есть мертвые точки, в которых он способен застрять. Но стоит надеть на его вал маховик (рис. 10) или хотя бы добавить небольшую массу на стержне (рис. 11), и двигатель сможет работать самостоятельно до тех пор, пока горит свеча.

Теперь поговорим о конкретном исполнении простейшего стирлинга. Он состоит из той самой баночки, с которой мы проводили опыты. Ее необходимо закрепить на деревянной станине и добавить проволочный кривошипный вал, деревянный шатун и маховик. Размеры на прилагаемых рабочих чертежах даны применительно к баночке диаметром 50 мм. Если же такой не найдется, поэкспериментировав, вы можете самостоятельно их изменить.

О. НИКОЛЬСКИЙ

Коленчатый вал.

Крепление шатунов к резиновой пленке.

Двигатель в сборе.

Двигатель готов.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Прицелься… и послушай

С приходом весны, когда деревья и кусты оденутся в новый наряд, в его зелени начинается веселая суета. Птицы чирикают, щелкают, посвистывают. Эти звуки прекрасно снимают усталость, поднимают настроение, и записи птичьих голосов могут сослужить вам хорошую службу. Но…

Отдаленные голоса слышны довольно слабо, к ним примешиваются шумы ветра, шорохи листьев. Подойти же к «исполнителям» близко обычно не удается. Однажды автору этой статьи повезло: он находился за оконным стеклом, а птахи сидели на ветках вблизи открытой форточки. Диктофоном со встроенным микрофоном удалось записать птичьи трели.

Результат оказался вполне приличным, но рассчитывать на подобную случайность не следует, лучше заранее обзавестись приспособлением, позволяющим ловить голоса птиц на некотором удалении, ориентируя звуколокатор по минимуму акустических помех.

Локатором могут служить собранные в пучок тридцать семь трубок из дюраля или жесткой пластмассы, с наружным диаметром 10 мм и толщиной стенок 1 мм. Длина трубок в наборе — от 20 до 920 мм. Их размеры указаны в таблице. Первое число — это номер трубки, второе — длина в миллиметрах:

1 — 920; 2 — 895; 3 — 870; 4 — 815; 5 — 820; 6 — 795; 7 — 770; 8 — 745; 9 — 720; 10 — 695; 11 — 670; 12 — 615; 13 — 620; 14 — 595; 15 — 570; 16 — 545; 17 — 520; 18 — 495; 19 — 470; 20 — 445; 21 — 420; 22 — 395; 23 — 370; 24 — 345; 25 — 320; 26 — 295; 27 — 270; 28 — 245; 29 — 220; 30 — 195; 31 — 170; 32 — 145; 33 — 120; 34 — 95; 35 — 70; 36 — 45; 37 — 20.

В каждом звуководе возникают резонансные явления, с частотами от 8200 Гц до 180 Гц, и это увеличивает звуковую энергию, подводимую к микрофону, расположенному у тыльной стороны пучки вместе с небольшим рупором, собирающим выходящие звуковые колебания. Каркасом локатора служат две пластинки из 8… 10-миллиметровой фанеры, с отверстиями для прохода трубок. На рисунке 1 показаны взаимные положения трубок, каждой из которых присвоен свой номер, а в прилагаемой таблице даны соответствующие длины трубок.

Рассматриваемая конструкция довольно сложна, поэтому для первых опытов записи голосов птиц можно соорудить более доступный звукоулавливатель параболической формы, диаметром около полуметра.

Изготавливается отражатель из плотного картона, покрытого несколькими слоями лака. В фокусе отражателя помещается микрофон, который связывается с микрофонным входом магнитофона экранированным проводом. В качестве отражателя звука могут пригодиться и некоторые игрушки: «летающая тарелка» для катания со снежных гор, а также игрушечный круглый пластмассовый щит.

Для слухового контроля записи полезно использовать ушные телефоны. Если восприимчивость выносного микрофона недостаточна, между ним и микрофонным входом магнитофона можно включить предусилитель, выполненный, например, согласно принципиальной схеме по рисунку 3.

Здесь использована интегральная микросхема DA1 с небольшим количеством навесных деталей. Входное сопротивление предусилителя определяется, в основном, номиналом резистора R1. Значительное уменьшение его по сравнению с указанной величиной нежелательно, поскольку может привести к потере устойчивости работы каскада.

Микрофон ВМ1 может быть электромагнитным или электретным. Применяя последний, не забудьте подать на него через сопротивление номиналом 100 кОм питание от батарейки (типа «Крона»), снабжающей предусилитель. Выход 7 микросхемы DA1 присоединяется ко входу для выносного микрофона вашего звукозаписывающего аппарата.

Ю. ПРОКОПЦЕВ

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос — ответ

Кто-то говорил, что наши специалисты предлагают космическим туристам прогулки не только вокруг Земли, но и вокруг Луны. Верно ли это?

Андрей Корсаков,

г. Конаково