Бруно Донат - Физика в играх
Таинственная рука. Свойство железа размагничиваться при выключении тока использовали даже фокусники. Одно время пользовался большим успехом такой фокус. Перед зрителями ставился круглый стол. На стол фокусник клал две тонкие книги, а на них стекло так, что сквозь стекло была видна поверхность стола между книгами. Затем фокусник показывал руку, сделанную из папье-маше, и говорил, что это таинственная рука, с помощью которой «духи» сообщаются с людьми. Он клал эту руку на стекло и просил публику предлагать вопросы духам. Рука действительно оживала и стучала пальцами о стекло условленное число раз. Все удивлялись — ведь нельзя было даже подозревать связь руки с каким-нибудь аппаратом.
Конечно, движение руки объясняется действием электромагнита. В столе были спрятаны небольшие электромагниты, а в пальцы руки заложены кусочки железа. Фокусник незаметно замыкал провода от батареи, и рука стучала о стекло.
Волшебная палочка. В сказках часто рассказывают про волшебные палочки, с помощью которых можно творить различные «чудеса». Вы тоже можете как-нибудь показать своим друзьям волшебную палочку, указывающую на скрытые клады.
Вставьте в ящик стола сильный подковообразный электромагнит так, чтобы полюса его касались доски стола. Хорошенько заметьте местонахождение магнита и положите на это место монету, которая будет изображать клад. Накройте стол скатертью, предварительно наложив на монету сложенный вдвое носовой платок, чтобы было незаметно, где она лежит. Дайте кому-нибудь вашу волшебную палочку и попросите провести ею близко над столом.
Как только конец палочки окажется над монетой, палочка вздрогнет и потянется к ней.
Конечно, это объясняется тем, что в концы деревянной палочки забиты железные гвозди и их притягивает электромагнит.
Домашний звонок как электроаппарат. Если вы будете делать опыты с батареей, состоящей из 30–40 элементов, вы увидите, что полюсов батареи можно спокойно касаться руками и только в момент прикосновения или тогда, когда вы отнимете руку от полюса, чувствуется слабый удар электрического тока. Но если вы сделаете такое приспособление, чтобы включение и выключение батареи происходили очень часто, тогда даже батарея из нескольких элементов будет так «дергать», что вы еле сможете держать провода.
На этом свойстве основаны многие врачебные электроаппараты. И наш домашний звонок несколько напоминает устройство медицинских аппаратов. На рис. 130 показан электрический звонок. Если вы проследите направление проводов, которые по большей части находятся на задней стороне звонка, вы легко поймете его работу. Ток подходит к винту а и через конец пружины б попадает в железную пластинку, так называемый якорь в. Через пружинку г, которая скрепляет якорь с металлическим основанием электромагнита, ток проходит в один из концов обмотки электромагнита и, пройдя по обмотке, возвращается в батарею через второй контакт е.
Значит, железные сердечники электромагнита намагничиваются и притягивают якорь в. Но как только якорь притягивается, ток прерывается потому, что якорь отходит от пружинки б, сердечники электромагнита размагничиваются, и пружинка г отталкивает якорь обратно. Тут он снова дотрагивается до пружинки б, ток снова замыкается, электромагнит дергает к себе якорь, но ток опять прерывается, и шарик, укрепленный на конце стержня якоря, непрерывно бьет по колоколу.
Рис. 130
В момент размыкания тока между острием пружинки б и якорем в проскакивает маленькая светящаяся искорка. В этот момент в обмотках электромагнита возникает так называемый экстраток. Напряжение экстратока, возникающего в обмотке, гораздо выше того, которое дает батарея, и им можно воспользоваться для электризации. Отвести ток от звонка очень легко; достаточно только присоединить провода к началу и к концу обмотки электромагнита.
У нас на рисунке показано, что один провод идет от винта е, потому что к нему присоединен один конец обмотки, а другой провод поджат под пружинку г, потому что к корпусу звонка присоединен второй конец обмотки электромагнита. Можно также один провод присоединить по-прежнему к е, а другой к верхушке звонка, как это показано на рис. 130 пунктиром.
Тому, кого вы хотите электризовать, дайте в руки для лучшего соединения какие-нибудь две металлические вещи и к этим предметам прикрутите выведенные из звонка концы проводов. Как только вы включите ток и звонок зазвонит, ваш приятель почувствует электрические удары, особенно сильные, если у него влажные руки.
Этим замечательно простым аппаратом вы можете электризовать даже несколько человек. Пусть они все возьмутся за руки; первый возьмет в руки один провод, а последний — второй.
Самодельный электромотор. Собственно говоря, каждая магнитная стрелка, отклоненная электрическим током, каждый электрический звонок — это уже электромотор, то есть машина, приводимая в движение электрическим током.
Мы опишем самодельный электромотор, такой, что с помощью его можно будет приводить в движение разные легкие модели.
Возьмите железный шуруп потолще. Обмотайте его изолированной проволокой и ввинтите в деревяшку (рис. 131). Вырежьте из жести от консервной банки 10 полосок, проколите их все посредине и наденьте на вязальную спицу Чтобы полоски не расходились веером, оберните концы тоже жестяными полосками.
Рис. 131
Спицу-ось с полосками поставьте около шурупа так, чтобы полоски приходились над ним как можно ближе. Теперь, если в обмотку пустить ток, винт намагнитится и притянет полоски. В этот момент ток надо включить, но полоски не остановятся, а с разгона проскочат дальше. Когда полоски будут приближаться к винту другим концом, снова включите ток; электромагнит опять притянет их к себе, но вы опять выключите ток, и мотор будет работать все время, пока ток будет включаться и выключаться. Конечно, плохо включать ток руками. Очень трудно успеть это сделать вовремя. Надо так сделать, чтобы электромотор сам автоматически прерывал ток, когда нужно.
Еще лучше будет мотор, если поставить не один винт, а два — по обоим концам жестяных полосок. Тогда при включении тока винты электромагнита будут притягивать полоски сразу с обоих концов. Еще лучший мотор получится, если оба винта соединить жестяными полосками, чтобы образовался подковообразный магнит. Но вот беда: когда полоски будут стоять точно над полюсами электромагнита, они не смогут сами сдвинуться с места. Значит, ось мотора надо сначала повернуть, и только после этого она начнет вращаться самостоятельно.
Этот недостаток устранить нетрудно: нужно и на пачке жестяных полосок тоже сделать обмотку.
Вы знаете уже, что при намагничивании железа любой его полюс можно сделать северным или южным. Все зависит от того, в какую сторону идет ток в обмотке. Значит, если ток пустить так, чтобы неподвижный подковообразный электромагнит был включен всегда одинаково, например, левый его полюс (рис. 132) был всегда южным, а правый — северным, тогда придется изменять направление тока только во вращающейся части электромотора, в так называемом якоре.
У нас на рис. 132 (вверху) показано, что получается.
Левый, южный полюс неподвижного электромагнита, так называемого статора, оттолкнет левый, тоже южный полюс якоря и потянет к себе правый, северный полюс. А правый полюс статора, наоборот, потянет к себе левый полюс якоря и оттолкнет правый. Значит, взаимодействие всех четырех полюсов, вместе взятых, заставит якорь быстро повернуться на оси.
Рис. 132
В тот момент, когда полюса якоря станут точно над винтами, нужно мгновенно перемагнитить якорь. Пере-магнитить его тоже очень легко. Нужно только переключить концы обмотки электромагнита якоря. Тогда окажется, что северные полюса опять вместе, южные — тоже вместе, они снова станут отталкиваться друг от друга (рис. 132, в середине), и вращение якоря продолжится в том же направлении.
Якорь пойдет именно вперед, а не обратно, потому что он успел немного разогнаться, и концы его проскочили над винтами дальше (рис. 132, внизу).
Примерно так же был устроен первый в мире электромотор, изобретенный русским ученым Якоби. Свой мотор Якоби построил более ста лет назад, в ноябре 1834 года.
Для нашего самодельного мотора (рис. 133) подберите два железных шурупа длиной примерно 4 сантиметра, с плоскими головками. Шурупы лучше взять толстые. Длину их не обязательно брать точно 4 сантиметра. Не следует брать короче, а если достанете длиннее, придется только удлинить стойки рамки, в которых держится ось. Палочки стоек должны быть на 1,5 сантиметра выше концов винтов, ввернутых в дощечку. Палочки нужно хорошо укрепить. Выдолбите в дощечке основания два отверстия и промажьте их внутри клеем. В эти отверстия заколотите палочки.
