Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2003 № 07
При случае попробуйте каплю утренней росы на язык. Она удивительно вкусна, да к тому же, как утверждают знахари, обладает целебной силой. Так что жителям Кафы можно позавидовать! Но что мешает вам попытаться за городом добыть достаточное количество чистой росы, если это практически сразу удалось Зибольду?
Пытаясь воспроизвести древний источник воды, он сделал чашу из бетона (см. рис. 1) и соединил ее с сооруженной рядом кучей щебня. (Ее он назвал пирамидой.)
Рис. 1
Воду, как сказано, Зибольд получил почти сразу, но очень мало.
Археолог принялся экспериментировать. Применял разные камни, особым образом складывал пирамиды. Постепенно у Зибольда дело пошло на лад: производительность «установки» превысила 400 л воды в сутки!
Любопытно, что тогда же и во Франции находили старинные устройства, башни для собирания росы. Их попытались восстановить (рис. 2), но воды они уже почти не давали…
Рис. 2
Вскоре началась Первая мировая война, затем — революция, и стало не до воды. Археолог умер, и сведений о его работе почти не сохранилось.
Так что нам с вами работу придется начинать с нуля.
Разберемся сначала, что такое роса. В воздухе всегда есть какое-то количество паров воды. При температуре 20 °C, например, кубометр воздуха может содержать до 15 г воды, а при 30° — 29 г. При охлаждении воздуха эта влага конденсируется и выпадает в виде капель. Мы видим их на остывших за ночь камнях, траве и цветах.
При полной конденсации всех водяных паров, содержащихся в атмосфере, на поверхность земли выпадало бы 120 л воды на квадратный метр — как при тропическом ливне!
Почему древние использовали для получения воды именно щебенку? Это был самый удобный подручный материал. Сложенный в горку, щебень «дышал» — успевал за ночь остыть, а днем хорошо продувался влажным воздухом, и потому на каждом его камешке конденсировалась влага.
Но не все так просто. Если пирамида сложена из камней с неровной поверхностью, при прохождении потока воздуха в каналах между камнями возникают вихри (см. рис. 3).
Рис. 3
Они усиливают передачу тепла от воздуха к камням и обратно. Однако при этом сильно возрастает сопротивление. Оно уменьшает объем воздуха, проходящего через пирамиду, и уменьшает количество получаемой росы.
Если мы сложим пирамиду из гладких камней, воздух пройдет через щель между ними без завихрений (рис. 4.).
Рис. 4
Сопротивление потоку будет мало, но мала окажется и передача тепла, поскольку у поверхности канала образуется тонкий пограничный слой, в нем скорость воздуха у поверхности камня близка к нулю.
Воздух перемешиваться не будет, и передача тепла в поперечном направлении происходит только за счет теплопроводности воздуха, а она очень мала: пограничный слой, словно ватное одеяло, закрывает поверхность камня и не дает ему обмениваться теплом с основной массой воздуха.
Как же разрушить пограничный слой и при этом не уменьшить объем проходящего через канал воздуха? Вот один из способов.
Щебень заменяем плитками из цемента или обожженной глины. На их поверхности (рис. 5) нужно сделать несколько прямоугольных выступов. Важно, чтобы расстояние между ними было раз в 12 больше высоты.
Рис. 5
Набегая на выступ, поток опрокидывает пограничный слой, заменяя его свежей порцией воздуха. В канале такой формы передача тепла увеличивается в три-четыре раза, а сопротивление остается таким же, как и в гладком канале.
Напомним, что конденсация, образование росы, происходит за счет охлаждения воздуха, отдачи им своего избыточного тепла стенке канала. Но после начала конденсации возникают новые затруднения в передаче тепла. На поверхности канала появляется влага, которая является теплоизолятором. Подобная ситуация возникает, например, в конденсаторах паровых турбин. Для борьбы с пленкой воды, покрывающей внутреннюю поверхность трубы конденсатора, в ней делают поперечные желобки. Сделаем их и мы в наших искусственных камнях для пирамиды, добывающей воду из воздуха (рис. 6).
Как мы уже говорили, нам с вами придется открыть секрет этого древнего достижения заново. А начать эту работу можно с сооружения небольших — высотою 1–1,5 м пирамид и кропотливого изучения их работы.
Пробную пирамиду можно соорудить из подручного материала на листе полиэтилена и вывести специальную канавку в сосуд для сбора росы. Очень важно наладить измерение температуры на разной глубине внутри пирамиды. Для этого при ее строительстве нужно заранее заложить внутрь пирамиды несколько металлических трубок, в которые можно было бы опускать термометры. После этого и начнется самая настоящая научная работа — с ежедневной записью температуры и количества полученной воды.
Проверить проницаемость пирамиды для воздуха можно при помощи дыма, например, если поджечь кучу старых листьев при соответствующем направлении ветра. Ну а все данные, полученные при наблюдении за поведением пирамиды, позволят вам ее улучшать и, в конце концов, добиться максимальной производительности. Имейте только в виду, что, увы, даже росу в городе лучше не пить.
М. ТУЛУПОВ
Рисунки автора
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Звукоуловитель
Структурная схема звукоуловителя показана на рисунке 1.
Круг с центром посередине обозначает некую платформу, на которой установлены два разнесенных микрофона ВМ1, ВМ2. В направлении источника звука ВА1 платформу поворачивает электропривод M1. Поскольку сигналы микрофонов весьма слабы для управления приводом, их нужно умощнить усилителем.
Под действием более сильного сигнала привод M1 должен получить электропитание с полярностью, обеспечивающей поворот платформы и одинаковое наведение микрофонов на источник звука. При этом оба электрических сигнала уравняются, и вращение платформы остановится. Но стоит нам передвинуть источник ВМ1, как снова возникает разбаланс сигналов ВМ1 и ВМ2 и снова включится мотор.
В работе следящей системы поможет разобраться рисунок 2, где дана электрическая схема устройства.
Его питание ведется от двух одинаковых гальванических батарей GB1, GB2, соединенных последовательно и образующих среднюю точку. Усилитель выполнен двухканальным; каналам условно присвоены наименования «правый» и «левый». Они строятся по функционально одинаковым схемам, но отличаются типами проводимости (p-n-p или n-p-n) транзисторов, а также полярностью включения диодов, оксидных конденсаторов и напряжений питания — к «правому» каналу оно подается с «плюса» GB1 и со средней точки источника, а к «левому» — от «минуса» GB2 и той же средней точки. Ко входам каналов присоединены электретные микрофоны с соблюдением полярности. Когда звуковые волны воздействуют, например, на микрофон ВМ1, вырабатываемый им сигнал переменного напряжения усиливается вначале каскадом с повышенным входным сопротивлением на транзисторе VT1.
Сигнал с его выхода вызывает колебания коллекторного напряжения VT2, которые выпрямляются диодами VD1, VD2 и поступают на базу VT2, отпирая его.
Возникающее падение напряжения на резисторе R8 отпирает каскад на транзисторе VT3, выполненный по схеме с «открытым» коллектором. Так на выходе «д» правого канала появляется «плюс» батареи GB1.
Так же действует «левый» канал, только на его выходе появляется в аналогичной ситуации «минус» батареи GB2. Переменный резистор R11, вынесенный за пределы каналов, устанавливают в такое положение, чтобы при обоих открытых выходных транзисторах на ползунке R11 было напряжение, равное напряжению на средней точке батарей. В этом случае разность напряжений на моторчике M1 будет равна нулю. При отпирании только VT3 «правого» канала откроется транзистор VT4, и на мотор M1 поступит питание от батареи GB1. Если же под действием «левого» канала открыт VT5, течение тока в двигателе изменится на обратное. Заметим, что все конструктивные элементы нашей следящей системы размещаются на вращающейся платформе, что избавляет от необходимости иметь кольцевые скользящие токосъемники для связи с «наземным» оборудованием.
Для сборки устройства подойдут постоянные резисторы МЛТ-0,125, кроме R10 (МЛТ-0,5), переменный R11 — типа СП-0,4 или другой, мощностью порядка 0,5 Вт. Конденсаторы — оксидные, любого типа, например К50-6.
Электродвигатель вместе с понижающим редуктором можно взять от электрифицированных игрушек. Источником питания послужат 4,5-вольтовые батареи типа LR12 либо пара комплектов из трех-четырех элементов LR6, соединенных последовательно. В качестве источника звука попробуйте карманный радиоприемник.
