Книга Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

на часовщика, он работал в универсальном магазине и собирался стать актером. Друзья уговорили его поступить в Академию в Олбани, где он проявил склонность к наукам. В 1826 году его назначили профессором математики и естествознания, несмотря на то, что он не окончил колледж и считал себя «принципиальным самоучкой». Майкл Фарадей занимался аналогичными исследованиями в Англии, но Генри об этом не знал.

В 1832 году Генри был переведен в Принстон, где получал 1000 долларов в год и пользовался бесплатным жильем. Когда Морзе пытался запатентовать телеграф, Генри заявил, что он уже знаком с таким устройством, – действительно, он уже построил систему с аналогичным принципом работы, чтобы передавать сообщения своей жене домой, когда он работает в лаборатории Холла Философии (Philosophical Hall).

Помимо физики, Д. Генри преподавал химию, астрономию и архитектуру, а поскольку наука не была четко разграничена на области знания, как сейчас, он исследовал такие феномены, как фосфоресценция, звук, капиллярные явления и баллистика. В 1846 году он возглавил новый Смитсоновский институт в качестве научного руководителя. Портрет Д. Генри приведен на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Джозеф Генри – американский экспериментатор, который стоял у истоков изучения электромагнетизма (Фотография взята из архива Wikimedia Commons)

Эксперимент 26. Настольная электростанция

В эксперименте 5 вы увидели, что химические реакции могут производить электричество. Теперь пришло время познакомиться с электрическим током, созданным с помощью магнита.

Что вам понадобится

• Кусачки, инструмент для зачистки проводов, тестовые провода, мультиметр

• Цилиндрический неодимовый магнит диаметром 5 мм и длиной 4 см, намагниченный вдоль оси (1 шт.)

• Монтажный провод калибра 26 (диаметр 0,4 мм), 24 (0,5 мм) или 22 (0,64 мм), всего 60 метров

• Слаботочный светодиод (1 шт.)

• Конденсатор емкостью 1000 мкФ (1 шт.)

• Переключательный диод, серии 1N40001 или аналогичный (1 шт.)

Необязательные принадлежности:

• Цилиндрический неодимовый магнит диаметром 2 см и длиной 2,5 см, намагниченный вдоль оси (1 шт.)

• Деревянная шпонка диаметром 12,5 мм и длиной не менее 150 мм

• Стальной винт, типоразмер 6, с плоской головкой

• Полихлорвиниловая водопроводная труба, внешний диаметр 19 мм, длина не менее 15 см

• Два куска фанеры толщиной 6 мм и размером 10×10 см каждый (вам понадобится кольцевая пила или сверло Форстнера диаметром 25 мм, чтобы просверлить отверстие в фанере)

• Катушка обмоточного провода, около 100 граммов, 26-го калибра (диаметр 0,4 мм), примерно 9 метров (1 шт.)

Методика проведения эксперимента

Сначала вам понадобится магнит. Неодимовые магниты самые сильные из доступных, и они достаточно дешевые, если вы выберете маленький цилиндрический образец. Будет достаточно магнита диаметром 5 мм и длиной 4 см. Плотно намотайте на него десять витков провода 22-го калибра (диаметр 0,64 мм), как показано на рис. 5.16. После этого немного ослабьте провод, чтобы магнит мог перемещаться внутри обмотки.

Настройте мультиметр на измерение переменного напряжения в милливольтах (не постоянного, потому что мы будем иметь дело с переменными импульсами электричества). Снимите немного изоляции с каждого конца обмотки и подключите щупы мультиметра с помощью тестовых проводов с зажимами «крокодил». Зажмите магнит между большим и указательным пальцами и быстро переместите его взад и вперед внутри обмотки. Полагаю, ваш мультиметр должен показать значение от 3 до 5 мВ. Да, такой маленький магнит и десять витков провода могут сгенерировать лишь несколько милливольт.

Рис. 5.16. Всего десяти витков провода окажется достаточным, чтобы создать небольшой электрический потенциал, при перемещении магнита

Рис. 5.17. Увеличение числа витков провода приведет к росту напряжения при движении магнита сквозь них

Попробуйте сделать обмотку побольше, в два слоя, как показано на рис. 5.17. Снова быстро переместите магнит. Вы должны обнаружить, что напряжение возросло.

Вспомните формулу из предыдущего эксперимента, в котором я показывал, как электрический ток, проходящий через большее количество витков провода, индуцирует более сильное магнитное поле. Эта формула работает и в обратной ситуации. Когда магнит движется внутри обмотки, большее число витков будет индуцировать более высокое напряжение.

Это заставило меня задуматься – если у нас будет более крупный и сильный магнит и много витков провода, сможем ли выработать достаточное количество электроэнергии, чтобы обеспечить питание, скажем, светодиода?

Зажигаем светодиод

Я собираюсь использовать провод 22-го калибра (диаметр 0,64 мм), поскольку вы уже покупали его для других экспериментов. Сложность в том, что его диаметр довольно большой, а слой изоляции толстый. Двести витков этого провода займут много места. Вот почему нам предпочтительнее обмоточный провод из чистой меди с очень тонким изолирующим покрытием из шеллака или из полимерной пленки, который предназначен для очень плотной намотки.

Но если вы не захотите тратить деньги на катушку обмоточного провода, с учетом того, что вы вряд ли найдете ему другое применение, то мне нужно было проверить, подойдет ли монтажный провод 22-го калибра для этого эксперимента. С натяжкой можно сказать, что подойдет.

В любом случае понадобится порядка 60 метров провода. На это придется потратить немного денег, но монтажный провод вы всегда сможете использовать для обычных целей, например, для создания перемычек для макетной платы.

При намотке катушки можно соединить несколько отрезков провода, а если крепко скрутить зачищенные концы, то вам не придется их паять.

Вам понадобится также более мощный магнит. Самый маленький из тех, что заработали у меня, имеет цилиндрическую форму, длиной 2,5 см и диаметром 2 см. Он намагничен вдоль оси, т. е. его северный и южный полюсы находятся на противоположных концах его оси.

Замечание

Ось – это воображаемая линия, которая проходит через центр цилиндра параллельно его закругленной поверхности. Вы можете представить цилиндр как вал, вращающийся вокруг своей оси.

Завершенный вариант устройства показан на рис. 5.18. Магнит находится справа. Каркас катушки я сделал из фанеры толщиной 6 мм, она чуть больше 10 см в диаметре. Через центр продета пластиковая труба для воды диаметром 19 мм, ее внутренний диаметр лишь немного больше, чем диаметр магнита, и поэтому магнит может свободно скользить сквозь нее.

Рис. 5.18. Двести витков провода 22-го калибра на самодельной катушке, магнит и деревянная шпонка

Чтобы сделать катушку, наденьте фанерные круги на трубку. Теперь вам нужно намотать 60 метров провода на эту катушку, позаботившись о том, чтобы у вас оставался доступ к внутреннему концу провода. Я просверлил небольшое отверстие в одном из фанерных кругов, рядом с центром, и вывел провод через это отверстие.

Ширина катушки,