Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2008 № 01
К сожалению, такие машины могли поднимать воду не более чем на 10 метров. Ведь подъем воды в них происходил, в сущности, под действием атмосферного давления.
Между тем имелось множество шахт, где нужно было откачивать воду с глубины 30 м и более. Можно, конечно, было поставить целую цепочку таких машин, но это сложно.
Рис. 2. Повторяем опыт маркиза Ворчестера.
Принципиально по-иному за это дело взялся в том же году Д. Папен. Он построил водоподъемную машину, в которой холодную воду из сосуда вытеснял пар, полученный в отдельном паровом котле. Теоретически, имея достаточно высокое давление, ее можно было бы поднять на очень большую высоту. Но необходимое для этого давление пара еще получать не умели, поскольку не умели делать достаточно прочные паровые котлы.
К этой идее вернулся в 1871 г. американец Генри Холл, создавший «пульсометр» — насос, состоящий из двух камер, в которые поочередно подавался то пар, то сжатый воздух. Поток его управлялся клапанами и поочередно выдавливал из них воду. Пульсометры отличались надежностью, работая без присмотра десятками лет.
Нередко сжатый воздух в пульсометры давали компрессоры, работавшие от двигателей внутреннего сгорания. При этом топливо сгорало в цилиндрах двигателя и создавало давление, которое двигало его поршень. Далее эта сила через механизмы двигателя и компрессора передавалась на поршень, сжимавший воздух. На всех этих этапах возникали громадные потери. Неудивительно, что англичанину Л.Н.Гемфри пришла мысль создать насос, в котором давление вспышки топлива непосредственно действовало на воду. В нем вода, подобно поршню ДВС, совершала возвратно-поступательное движение и сжимала смесь топлива с воздухом. Ее поджигали электрической искрой, и происходил взрыв.
Рис. 3. Охлажденная бутылка способна поднимать воду на значительную высоту.
Рис. 4. Пульсометр мог работать десятки лет без присмотра.
Насосы Гемфри обладали дешевизной, простотой и надежностью, но имели слишком большой расход топлива и поэтому не прижились.
В начале 1980-х годов советский инженер Г.П. Примов раскрыл причину низкого КПД насосов Гемфри. Она заключалась в очень низкой степени сжатия горючей смеси. Из-за этого она при расширении отдавала в форме механической работы лишь незначительную часть своего тепла.
Изобретатель понял, что повысить степень сжатия насоса Гемфри невозможно, и пошел иным путем. К прочному стальному баллону объемом около кубометра он присоединил необходимую арматуру и примерно на 6/7 наполнил его водой. В оставшуюся седьмую часть он закачал от обычного компрессора смесь воздуха и топлива под давлением 7 атм. После этого он при помощи свечи зажигания воспламенил эту смесь. Когда она сгорела, давление в баллоне поднялось до 30 атм, изобретатель открыл кран брандспойта, и из него вырвалась струя длиною около 1 км. Мощность ее примерно в 10 раз превышала мощность компрессора и составляла около 500 л.с.
Для того чтобы получить такую струю при помощи насосов, работающих от дизеля, понадобилась бы установка весом около 20 т. Бак Примова можно было увезти на небольшом грузовичке. Компрессор же был самый обыкновенный, который мы часто видим при ремонте дорог. Вот так завершилась более чем трехсотлетняя эпопея создания водяного насоса без подвижных частей.
Рис. 5. Аппарат Примова развивал мощность в 400 кВт.
А. ВАРГИН
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Плывут по небу облака
Всем хорошо известно, что планета Земля обладает магнитным полем, которое легко обнаружить обычным компасом. Но у Земли есть еще и электрическое поле, направленное сверху вниз, от ионосферы, заряженной положительно, к поверхности, заряженной отрицательно. Ионосфера проводит электричество, поскольку в ней много свободных электронов и ионов, создаваемых солнечным излучении ем, космическими лучами и другими факторами.
Земля тоже неплохой проводник, а вот воздух над ее поверхностью — диэлектрик. Таким образом, мы живем как бы между обкладками большого сферического конденсатора размером во весь Земной шар, заряженного до разности потенциалов более 300 000 В.
У поверхности Земли есть небольшой ионный ток, направленный сверху вниз. Его плотность, измеренная чувствительными приборами, составляет несколько пикоампер на квадратный метр. По всей же поверхности Земли этот ток достигает тысяч ампер. Современной науке еще не совсем ясны механизмы генерации атмосферного электричества: по одной из теорий отрицательный заряд к Земле переносят молнии, ведь в каждый момент на Земле бушует около двух тысяч гроз. Перед грозой и в других случаях активной электризации в атмосфере напряженность поля сильно возрастает.
На рисунке 1 условно показана электрическая цепь циркуляции зарядов в нижних слоях атмосферы.
Рис. 1
Видно, что под облаками поле даже меняет направление, поскольку нижняя часть облака заряжена отрицательно.
Исследователь атмосферного электричества И. М. Имянитов пишет: «При высоких значениях электрического поля у земной поверхности порядка 500…1000 В/м начинается электрический разряд с острых вытянутых предметов (травы, деревьев, мачт, труб и т. д.), который иногда становится видимым (т. н. огни св. Эльма, особенно яркие в горах и на море). Возникающие при метелях, ливнях и особенно грозах токи коронирования способствуют обмену зарядами между Землей и атмосферой».
Простой электрометр, который мы советуем собрать, позволяет провести массу интересных наблюдений и обнаруживать медленно изменяющиеся электрические поля не только от грозовых облаков за окном, но даже от наэлектризованной расчески, перемещаемой по комнате.
Основа прибора — полевой транзистор КП303Г, специально предназначенный для электрометрических устройств, но можно использовать транзисторы этого типа и с другим буквенным индексом и даже полевые транзисторы других типов. Устройство собрано в пластиковой банке из-под продуктов, антенной служит металлическая крышка, например, от круглой коробки конфет, как видно на рисунке 2.
Рис. 2
В боковой стенке банки вырезано отверстие под измерительную головку — микроамперметр на 100 мкА. Вполне подойдут и иные головки, например, от индикатора уровня записи старого магнитофона. На другие боковые стенки корпуса выведены выключатель питания (любого типа), кнопка для «обнуления» показаний, ручка потенциометра установки нуля, а также заземляющий винт или клемма, к которой надо прикасаться пальцем, держа корпус в руках. Схема прибора показана на рисунке 3.
Рис. 3
Большинство деталей смонтировано прямо на выводах головки и других закрепленных деталей. Расположение элементов особого значения не имеет. Следует позаботиться лишь о хорошей изоляции проводов от затвора транзистора к антенне и кнопке «обнуления». Лучше, если эти провода провести просто в воздухе. Конденсатор емкостью 150 пФ (она некритична и может быть от 100 до 1000 пФ) должен иметь малый ток утечки, иначе заряд с затвора и антенны будет стекать слишком быстро. Для питания подойдет батарея типа «Крона» или «Корунд» на 9 В, ее можно закрепить скобочкой из одножильного монтажного провода в изоляции. Потребляемый устройством ток чрезвычайно мал, не более 0,1 мА, поэтому батареи хватит очень надолго. Вид на монтаж сверху (при снятой крышке-антенне) показан на рисунке 4.
Рис. 4
Для уменьшения утечек перед сборкой хорошо вымойте с мылом все детали и просушите их феном.
Собрав все и тщательно проверив правильность соединений, временно отсоедините один вывод оксидного конденсатора 2200 мкФ, включите питание и подождите несколько минут. Затем, удерживая нажатой кнопку «обнуления», выведите стрелку прибора на середину шкалы потенциометром установки нуля. Присоедините оксидный конденсатор на место, еще раз нажмите кнопку и опять подождите. Стрелка должна вернуться на середину шкалы. Теперь, отпустив кнопку, вы уже будете замечать по отклонению стрелки все изменения электрического поля вокруг прибора, например, перемещение вашего тела, а уж движение заряженной расчески — на расстоянии нескольких метров!
Иногда заряд накапливается и на пластиковом корпусе прибора. Чтобы его снять, достаточно провести рукой по корпусу, прикасаясь одновременно к заземляющему винту.
Смысл ваших манипуляций в следующем: нажимая кнопку, вы соединяете затвор транзистора с потенциометром, позволяющим установить ток через транзистор 50 мкА (середина шкалы). При отпущенной кнопке конденсатор 150 пФ сохраняет потенциал затвора, но если на антенну воздействуют электрические поля, то напряжение на затворе изменяется, что и отмечает прибор. Резистор сопротивлением 47 кОм ограничивает максимальный ток через головку, а оксидный конденсатор 2200 мкФ позволяет лучше передать быстрые (с периодом менее 100 с) изменения напряжения на антенне.
