Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2008 № 12
НАУЧНЫЕ ЗАБАВЫ
Бумажные моторы
От двигателя, вы знаете, нужна максимальная мощность и возможно больший коэффициент полезного действия. Тем не менее, во всем мире люди с увлечением строят двигатели, пользы от которых нет.
Впрочем, мы погорячились. Бумажные двигатели, о которых идет речь, помогают понять работу настоящих, больших моторов и вдобавок радуют глаз. А это, согласитесь, совсем немало.
Какие же они, моторы из бумаги?
В свое время мы описывали двигатели Стирлинга, которым для работы достаточно тепла чашки чая (см. «ЮТ» № 8 за 2006 г.). Их делали из металла, по правилам точной механики и высоких технологий, словно двигатели подводных лодок. Но зачем металл в конструкции, которая работает чуть ли не при комнатной температуре?..
Словно в ответ на этот вопрос появился двигатель из бумаги. Механизм его имеет настолько легкий ход, что может работать не только от тепла чашки, но даже от солнечного зайчика. А далее конструктор стирлинга задал себе неожиданный, но в общем-то разумный вопрос: зачем этому двигателю тепло?
И действительно, для работы ему нужно не тепло, а разность температур. А создать ее можно, положив стирлинг на кусочек льда… Такие «игрушки» — неоценимая помощь учителю на уроке, посвященном основам термодинамики, циклу Карно.
Недавно инженер по фамилии Пускас из Будапешта сделал совсем простой двигатель. Главный его элемент — полоска двухслойной бумаги. При увлажнении в парах воды она изгибается, а при высыхании принимает прежнюю форму.
Вот как он устроен. Рычаг — отрезок пластиковой трубочки для сока — установлен на оси, а упомянутая уже полоска бумаги приклеена к его концу. Плечи рычага выбраны так, что изначально полоска находится вблизи влажного кусочка из плотной ткани, укрепленного на сосуде с водой — источнике паров.
Увлажняясь, бумажка, как сказано, изгибается, центр тяжести всей конструкции смещается, и рычаг, как детские качели, меняет свое положение. Через которое-то время бумажка высохнет, распрямится — и рычаг снова опустится.
Прежде чем делать двигатель, автор конструкции советует подобрать бумагу. Для этого к пластмассовой линейке при помощи скотча крепим ткань и смачиваем ее. Затем ставим ее на ребро и располагаем рядом на небольшом расстоянии полоску испытуемой бумаги. Если секунд через 20–30 она изогнется, то бумага пригодна.
Пускас советует применять бумагу, склеенную из двух слоев. Наш же опыт показывает, что хороший результат получается, если склеить резиновым клеем две полоски, вырезанные из одного листа чертежной бумаги в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Описанный двигатель совершает колебательное движение с периодом 10–20 с.
На следующем рисунке — вращающийся двигатель того же автора. Он состоит из колеса с ободом, вырезанным из одного куска бумаги, которая хорошо искривляется от влаги. Рядом с ободом расположен фитиль-увлажнитель, сделанный из куска плотной ткани, опущенного в блюдце с водой.
Проходя рядом с увлажнителем, обод частично искривляется, происходит перемещение центра тяжести конструкции, и колесо поворачивается. Оба эти двигателя хорошо иллюстрируют суть превращения тепла в работу. Вообще, на эту тему написаны целые тома, но, если говорить вкратце, двигатели Пускаса в разности температур почти не нуждаются, но тепло все же используют. Это то тепло, которое было затрачено на испарение воды.
Уж не вечные ли это двигатели? — спросит вдумчивый читатель. Нет, как только воздух насытится влагой, двигатель остановится.
А. ИЛЬИН
Рисунки автора
ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Диод из… соды и воды
В 20-е годы прошлого века еще ничего не знали о полупроводниковых диодах, а выпрямительные лампы — кенотроны — были редкостью. Их заменяли электролитические выпрямители.
Делали их так. В стеклянный сосуд наливали электролит, опускали два электрода и включали их последовательно с источником переменного тока, нагрузкой и контрольной лампочкой накаливания. Один электрод обычно делали из алюминия, второй — из свинца, а электролитом служил раствор питьевой соды в количестве 5…8 г на 100 мл воды.
Чтобы конструкция приобрела выпрямительные свойства, электроды формовали, пропуская переменный ток в течение получаса. По мере формования ток и свечение контрольной лампы ELI снижались, а алюминиевая пластина, становящаяся положительным электродом, покрывалась тончайшим налетом окиси.
По окончании формовки ток мог проходить лишь в направлении от свинца к алюминию, чем и обеспечивался выпрямительный эффект.
В ту пору всякая находка, связанная с составом электролита и материала электродов, приводившая к улучшению работы, отражалась на страницах печати. Нередко сюда попадали наблюдения эффектов, вроде бы не отвечающих напрямую задаче разработки, а потому оставленных без достаточного объяснения и последующего развития.
Электролитический выпрямитель 20-х годов прошлого века.
Много позже, уже в наше время, некоторые любители истории техники стали обращать внимание на аномальные явления, подмеченные в прошлом. Сегодня они могут найти полезное применение. В одной из публикаций указывалось на слабое голубоватое свечение, возникающее у двух алюминиевых пластин-электродов, непосредственно присоединенных к источнику питания. Присутствие в электролите буры или меди способствует изменению цвета свечения на зеленоватый. Анодом может служить не только свинец, но и графит, сталь «обычная» и нержавеющая. Слабое свечение, возникающее с указанными электролитами, можно наблюдать в затемненном помещении при напряжении источника 120 В с 75-ваттной лампой накаливания, включенной последовательно с выпрямителем.
Американский физик-историк Нил Штайнер отмечает, что свечение получается ярче, если оба электрода сделать из алюминия. Иногда вместо равномерного свечения наблюдаются отдельные вспышки у границы между электродами и верхней поверхностью электролита. Такое явление чаще возникает, когда электролит составлен на основе соды, а не буры.
Схема прибора, в котором Нил Штайнер наблюдал загадочное свечение.
Откуда берется это свечение? В процессе экспериментов Н.Штайнер наблюдал еще одно интересное явление.
Когда алюминиевый электрод едва касался поверхности электролита, кривая тока приобретала N-образную форму, характерную для случая с отрицательным сопротивлением. При этом возникает «белый шум» с частотами до 30 МГц, который можно поймать находящимся поблизости радиоприемником.
Помните, эти эксперименты должны проводиться при полном соблюдении правил техники электробезопасности в присутствии взрослых.
Ю. ПРОКОПЦЕВ
ПОЛИГОН
Всё ли мы знаем о магнитах?
Каждый знает: железо и сталь хорошо притягиваются к магниту, а дерево, например, и бумага на магнитное поле не реагируют. Однако, как нам рассказал руководитель Молодежного научно-технического центра А.А. Оликевич, и дерево, и бумагу, и пластмассу тоже можно примагнитить. Все дело только в мощности магнита.
Для проверки сказанного вам нужно вооружиться сильным магнитом. Проще всего такой магнит взять из старого жесткого диска от компьютера. Разберите его и найдите магнит из редкоземельного сплава. Он так мощен, что вы его ни с чем не спутаете.
С этим магнитом у вас получатся все опыты. Ну а если старого винчестера у вас нет, вы можете сделать электромагнит, заострив стальной болт диаметром 16 и длиной около 50 мм и намотав на него виток к витку, слой за слоем обмоточный провод диаметром 0,25 мм до заполнения. Перед этим обязательно намотайте на болт два слоя виниловой изоленты, а поверх нее на расстоянии 30 мм друг от друга установите две картонные шайбы и зафиксируйте их при помощи скотча. Это будет каркас вашей катушки. Питать электромагнит следует от источника постоянного тока с регулировкой напряжения от 12 до 24 В.
Перейдем к экспериментам. Поднесите ваш магнит к обрывкам бумаги, и вы увидите, что они соберутся на его полюсе. В чем же дело?
Строго говоря, сильно или слабо, но с магнитным полем взаимодействуют все вещества. Так, например, молекулы кислорода к магниту притягиваются, атомы висмута — отталкиваются. Но эти взаимодействия очень слабы и проявляются только в очень тонких экспериментах.
Однако железо и некоторые его сплавы, как уже сказано, притягиваются к магниту очень сильно. Поэтому еще в глубокой древности наши пращуры наблюдали притяжение мелких железных предметов природным магнитом — простым обломком железной руды.
