Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 06
Очень скоро генераторы Ван-де-Граафа потеряли свое значение для физики, но их продолжают применять для чисто технических целей, изучения прочности изоляторов и систем грозозащиты.
В начале семидесятых годов польский изобретатель Я.Войцеховский сделал генератор Ван-де-Граафа для школы.
Этот прибор может давать искру длиной до 600 мм. При наличии вакуумной трубки с источником протонов, взятого, например, от ионного микроскопа, можно было бы повторить опыты по расщеплению ядра лития, проведенные Кокрофтом и Уолтоном в 30-е годы. Первоначально эти опыты велись при напряжении 600 кВ, что соответствует напряжению предлагаемого генератора. (Впоследствии выяснилось, что реакция идет и при более низких, вплоть до 10 кВ, напряжениях.) Пучок протонов направлялся на мишень из лития, расположенную в камере Вильсона. Реакция отмечалась по характерному симметричному разбросу следов альфа-частиц (рис. 2).
Рис. 2
Однако Войцеховский видел основное предназначение генератора в более ярком, интенсивном проведении обычных опытов по электростатике. Это может быть программа-минимум и для тех, кто захочет сделать миниатюрный генератор Ван-де-Граафа самостоятельно (рис. 3).
Рис. 3
Главная его часть — полый электрод, установленный на стойке, сделанной из водопроводной пластмассовой трубы. Она закреплена на заземленном основании, где размещается электромотор и второй электрод. В генераторе Войцеховского роль источника для зарядки ленты выполняют пластмассовые шкивы. При этом верхний покрывается полиэтиленовой пленкой, нижний — алюминиевой фольгой. Электромотор приводит в движение через шкив резиновый ремень — носитель зарядов. Заряды же образуются в результате трения ленты о поверхность шкивов.
Их знак зависит от материала покрытия шкива. Если нужно, чтобы верхний электрод имел положительный заряд, а нижний — отрицательный, следует поменять покрытия шкивов. Внутри верхнего электрода укреплена щетка, снимающая заряд с ленты. Лучший материал для ленты — латексная резина, но годится любая резина, не содержащая частичек углерода, либо синтетическая ткань с лавсаном.
Один из самых серьезных вопросов — это изготовление электродов для генератора. Они должны быть максимально близки по форме к шару. Изготовить шар самостоятельно очень трудно, поэтому Войцеховский предложил воспользоваться металлической посудой, кастрюлями, котелками. В целях снижения утечки на коронный разряд поверхность электродов должна быть отполирована.
Электростатический генератор, так же как и воздух в помещении, должен быть сухим. Перед началом демонстрации генератор полезно просушить при помощи фена для волос.
С помощью такого генератора можно показывать интересные опыты, которые с помощью обычных электростатических машин получаются редко и с большим трудом. Они могут стать одной интереснейшей частью программы вечера занимательной науки. Тут окажется вполне уместно рассказать об истории физики, упомянув, что вот этот простой прибор, в сущности, способен расщеплять атомы.
И последнее. Хотя ток, развиваемый генератором, невелик, в работе с ним нужна осторожность. Основание генератора нужно тщательно заземлять. Учитель должен стоять на сухом полу, на резиновом коврике.
Ю. ПРОКОПЦЕВ
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кто знает, от чего он мигает?
До сих пор, чтобы получить мигание сигнальных светодиодов, приходилось собирать генераторы импульсов. Теперь же с появлением на рынке светодиодов марки L-36 BND, которые мигают сами по себе, все иначе. На рисунке 1 приведена диаграмма тока нового диода.
В характере работы таких диодов нет ничего сверхъестественного. Высокая технология позволила создать в габаритах обычных светодиодов узел, содержащий генератор импульсов, управляющий электронным ключом.
Когда такой светодиод «горит», напряжение источника питания делится между светодиодом и последовательно соединенным токоограничивающим резистором; в паузах свечения все напряжение приложено в запертому светодиоду.
Эти перепады напряжения умельцы использовали, например (рис. 2), для управления цифровой микросхемой DD1, образующей вместе с навесными деталями мультивибратор, с частотой переключения порядка 2 кГц. нагруженный пьезоэлектрическим звукоизлучателем.
Звучание последнего усилено включением буферных элементов DD1.3, DD1.4. Такими простыми средствами удается получить сразу и световую, и звуковую сигнализацию.
Светодиод и последовательный с ним резистор могут меняться местами, а режим генерации нового светодиода возможен при изменении величины сопротивления указанного резистора в весьма широких пределах. При значениях сопротивления, приближающихся к срыву генерации, яркость свечения убывает и даже исчезает вовсе, но выдача серии импульсов еще продолжается. При этом возникает дополнительная генерация с частотой около 2 кГц, а каждый низкочастотный импульс представляет собой пачку сравнительно высокочастотных. Это позволяет избавиться от постройки специального звукового генератора, как на микросхеме DD1 по рисунку 2.
Используя это качество «мигающего» светодиода, а также логический элемент — триггер Шмитта (рис. 3), можно создать совсем простой свето-акустический сигнализатор, применение которому найдется во многих устройствах автоматической сигнализации.
Здесь скачки напряжения на светодиоде HL1, сопровождающиеся световыми вспышками, периодически запускают генератор импульсов звуковой частоты; свечению светодиода соответствует логический нуль, затемнению — логическая единица. Звуковую генерацию можно проверить, включив между выводом 3 микросхемы и «плюсом» питания акустический пьезоизлучатель типа ЗП-1, ЗП-19. Для более громкого звучания сигнала к выходу микросхемы можно присоединить соответствующий усилитель, нагруженный динамической головкой.
Экспериментаторами было обнаружено и такое интересное явление: при сопротивлении резистора R1 порядка 135 кОм на выходе устройства получается последовательное мелодичное трезвучие. Если же поменять местами светодиод и резистор R1, подобрав величину сопротивления последнего, на выходе можно получить сигнал с плавно изменяющейся высотой звука.
Не приходится сомневаться, что поиски позволят отыскать новые полезные «изюминки» устройств с мигающими светодиодами.
В заключение приведем встречающуюся в радиолитературе рекомендацию: проверяя мигающий светодиод перед его установкой в конструкцию, включите последовательно с ним и 9-вольтовой батарейкой (типа «Кроны») резистор с сопротивлением около 200 Ом. Это убережет светодиод от повреждения при ошибочной полярности присоединения источника.
Ю. ПРОКОПЦЕВ
* * *
Дорогие друзья!
Подводим итоги конкурса «ЛЕГО», объявленного в журнале «Юный техник» № 2 за 2001 год. Победителями стали:
Василий ХУСАИНОВ из Республики Коми (главный приз — конструктор «ЛЕГО»)
Владимир БАКЛАНОВ из пос. Заря Подмосковья Московской области
Дмитрий МУРАТ из г. Еманжелинска Челябинской области
Михаил МИГУЛЯ из г. Новокузнецка Кемеровской области
Поздравляем победителей и благодарим всех, кто принял участие в конкурсе.
ТВОИ УНИВЕРСИТЕТЫ
Рубрику ведет С. Бузлаков
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (ТУ)
Специальности: автоматизированные системы обработки информации и управления; вычислительные машины, комплексы, системы и сети; информационные системы в науке, образовании и бизнесе; конструирование и технология электронных вычислительных средств; математические методы и исследование операций в экономике; менеджмент; метрология и метрологическое обеспечение; организация и технология защиты информации; прикладная математика; проектирование и технология радиоэлектронных средств; системы автоматизированного проектирования; стандартизация и сертификация; управление и информатика в технических системах; электронное машиностроение; электронные приборы и устройства.
Вступительные экзамены: математика (письменно), русский язык и литература (письменно) (пятибалльная система оценки).
Есть военная кафедра, общежитие.
Возможно обучение на договорной основе.
Адрес: 109028, Москва, Большой Трехсвятительский пер.,3/12. Тел.: ПК — 207-78-30, ПО — 235-44-35. Факс: 916-28-07. E-mail: [email protected]. http://miem-as.ins.ru.
