Юный техник, 2004 № 01 - Журнал «Юный техник»

Установка имеет устройство регулировки начального статического давления воды при помощи поршня, поджимаемого винтом. Чтобы добиться наиболее эффективной работы, потребуется кропотливая наладочная работа, связанная с необходимостью измерения количества выделяющегося тепла и расхода электроэнергии. Если электроэнергию можно измерять при помощи счетчика, то измерение тепла сложнее. Нужно предварительно взвесить и подсчитать удельную теплоемкость всего агрегата, а потом, измеряя рост его температуры после запуска, вычислять выделившееся количество теплоты, затем, разделив количество выделившегося тепла на затраченную за это время энергию, получить КПД или, точнее, эффективность теплогенерирующей установки. Но грубо настроить систему вы можете и по температуре трубы.

Если установка отлажена на обычной воде, ее можно непосредственно подключить к действующей отопительной системе. Однако опыт показывает, что в первые дни работы под действием кавитации будет очень интенсивно смываться имеющаяся в трубах грязь. Теплогенератор придется несколько раз разбирать и чистить. Но грязь рано или поздно закончится, и вы сможете спокойно пользоваться дешевым теплом.

Очень, конечно, заманчиво применить соленую воду, но помните: соль разъедает металлические трубы, а использование промежуточного теплообменника связано с дополнительными потерями, которые могут свести эффективность соли к нулю.

А.ИЛЬИН

Рисунок автора

ЗА СТРАНИЦАМИ ВАШЕГО УЧЕБНИКА

Находки профессора Поля

Профессор Геттингенского университета Роберт Вихард Поль (1884–1976) прославился не столько своим вкладом в физику, сколько умением ее преподавать. Не секрет, что год от года сама физика явлений, их осязаемая суть, как из учебников, так и из науки, все больше и больше вымывались математикой. Однако профессор Поль, сопровождая свои лекции остроумными экспериментами, оставался верен традициям XIX века: при разумном количестве математических выкладок они были всем понятны и, главное, интересны.

Вот некоторые из них.

Желая продемонстрировать, что любая, даже самая ничтожная, сила, приложенная к предмету, обязательно его деформирует, профессор Поль использовал массивный дубовый стол, два зеркала и собственный палец. Направив на зеркала пучок света от проекционного фонаря, профессор несильно нажимал пальцем на крышку стола. При малейшем нажатии было видно, как световой зайчик на стене заметно перемещается (см. рис. 1).

Современный школьный класс меньше аудитории, где Поль читал лекции, поэтому опыт лучше демонстрировать с лазерной указкой, дающей очень узкий луч света, и поставить зеркала так, чтобы луч отразился от них много раз. За счет этого многократно увеличится и смещение светового зайчика на стене, так что опыт можно показывать даже в небольшой комнате.

А вот еще один опыт. Если вам приходилось работать длинным тонким сверлом, то вы могли заметить, как оно порой закручивается вдоль оси, а как убедиться, что то же происходит с толстыми сверлами? Ведь чтобы заметно «скрутить» стальной стержень толщиною в палец, нужна огромная сила. (Сопротивление стержня закручиванию, кстати, пропорционально четвертой степени его диаметра.) Однако Р.-В.Поль показал, что даже такой стержень можно закрутить вдоль оси всего лишь двумя пальцами. Для этого он зажал его в слесарные тиски и укрепил на нем пару зеркал.

Пропущенный через зеркала луч света (см. рис. 2) падал на стену в десяти метрах от лабораторного стола. Световой зайчик заметно сдвигался, когда любой из студентов легко закручивал стержень двумя пальцами.

Большое значение профессор уделял самим принципам измерения силы. На своих лекциях он часто применял особую единицу — килопонд. Это сила, с которой масса в один кг притягивается к земле. (У нас эту единицу называют килограмм-силой и сокращенно обозначают кгс.)

Вес тела при перевозке его с полюса на экватор уменьшается на 0,3 % за счет действующей на него центробежной силы. И, напротив, когда мы привозим тело с экватора на полюс, вес его на пружинных весах соответственно увеличивается. Можно представить себе, какую прибыль получали бы одни и какой убыток несли другие, если б в торговле применяли только такие весы. И хорошо, что торговые весы устроены на принципе сравнения массы гири и массы продукта. В простейших случаях применяются весы с чашками.

На одну из них кладут груз, а на другую — гири, чтобы его уравновесить. Даже когда вы не видите гири в руках продавца, знайте: она расположена внутри весов. Весы же имеют механизм, позволяющий сравнивать ее массу с массой продукта.

В своих демонстрациях Поль редко применял пружинный динамометр, а пользовался для измерения сил особыми весами (см. рис. З).

Как видите, они состоят из двух шкивов на одной оси. Один шкив криволинейный. К нему присоединялась нить с образцовой гирей. На другом, обычном круговом, шкиве укреплялась нить, на которую действовала измеряемая сила. Под действием этой силы шкивы поворачивались. При повороте изменялось плечо силы криволинейного шкива. И именно через него действовал на измеряемую силу вес образцовой гири.

В этих весах угол поворота оси пропорционален величине измеряемой силы, так как шкив имеет форму спирали Архимеда. Такие весы — измеритель силы — не намного сложнее пружинного динамометра. Криволинейный шкив для них нетрудно выпилить из фанеры. А применение таких весов, как считал Поль, вносит в демонстрацию элемент логической строгости, нисколько не отражаясь на простоте восприятия.

В последующих номерах мы расскажем о других находках этого замечательного педагога.

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Не успеешь и подумать…

Мы, конечно, не роботы. Но управление у нас электрическое. Вот вы решили почесать нос. В каком-то центре мозга рождается электрический импульс, и к мышцам пальца поступают управляющие токи с амплитудой 0,1 В и частотой от десятков до сотен герц. Чем больше частота управляющих импульсов, тем сильнее сокращается мышца.

А самое интересное, электрические сигналы, снятые с соответствующих мышц, можно подать на вход электронного усилителя и использовать затем для управления любой техникой. Это ценно тем, что быстродействие мышечного «механизма» человека ограничено (см. статью «Со скоростью мысли» в этом же номере).

Положение существенно улучшится, если исключить из цепочки реакции медлительное мышечное звено, заменив его, к примеру, быстродействующим электромагнитом. При этом, подаваемая ему через нервные клетки команда пройдет всего за 0,15 с, поскольку скорость распространения нервных импульсов достигает 100 м/с. Биотоки ученые планируют использовать для управления самолетами и ракетами. А вы можете использовать биоуправление, например, в гонках автомоделей по трассе. Здесь быстрота реакции способна обеспечить игроку победу.

Не менее интересно биоэлектрическое управление игрушками. Чтобы уловить биопотенциалы руки, на доступные участки мышц накладываются металлические электроды, подобные тем, что применяют медики при записи электрокардиограммы (рис. 1).

Для лучшего контакта между кожей и электродом помещают прокладку из ваты, смоченной раствором поваренной соли. Электроды нужно зафиксировать на руке с помощью резиновых браслетов. Снимаемые с них сигналы подаются на вход усилителя биоимпульсов (рис. 2).

Увеличивая емкость конденсатора С4, можно регулировать нижнюю границу полосы пропускания усилителя, начиная примерно с 0,5 Гц. Верхняя граница ее достигает 20 кГц. Трансформатор можно взять готовый, согласующий, от карманного радиоприемника. С выхода трансформатора импульсы поступают на исполнительный усилитель (рис. 3).

Усилитель этот пригоден для управления любыми игрушками. Проходящая на его вход серия биоимпульсов дополнительно усиливается каскадом на транзисторе VT1 и после выпрямления диодами VD1, VD2 удерживает транзистор VT2 в открытом состоянии. Возникающее на резисторе R6 падение напряжения отпирает составной транзисторный ключ VT3, VT4, тем самым подавая питание на игрушку, которая начинает двигаться. Чтобы иметь возможность регулировать чувствительность устройства, между блоками по рисункам 2 и 3 можно поместить аттенюатор в виде цепочки резисторов, переключаемых галетным переключателем. Как может выглядеть установка для демонстрации управления игрушкой биоимпульсами руки, показывает рисунок 4.