Чарльз Платт – Электроника для начинающих (2-е издание) (страница 71)

Ширина катушки, которую вы будете наматывать, должна быть такой же, как длина магнита, а магнит внутри трубы должен полностью входить в катушку с любой стороны. Изображение устройства в разрезе на рис. 5.19 поясняет, что я имею в виду.

Чтобы было удобно держать магнит, я просверлил отверстие в одном торце деревянной шпонки диаметром 12 мм и вкрутил туда винт типоразмера 6, с плоской головкой. После этого можно держать шпонку как ручку, а магнит надежно притягивается к винту.

Переходим к наиболее интересной части. Подключите концы вашей катушки ко входам мультиметра с помощью тестовых проводов с «крокодилами» и настройте прибор на измерение переменного напряжения, как делали это раньше. Однако в этот раз установите предел шкалы 2 В.

Рис. 5.19. Устройство электрогенератора, способного зажечь светодиод

Вставлять и вытаскивать магнит, прикрепленный к шпонке, нужно как можно быстрее. Как вариант, отделите магнит от шпонки, опустите его в трубку, зажмите катушку между указательным и большим пальцем и встряхивайте ее вверх и вниз. Если вы усердно поработаете, то мультиметр покажет напряжение около 0,8 В.

Вы приложили столько усилий, а получили меньше вольта? Да, но ваш мультиметр показывает среднее значение. Амплитуда каждого импульса, возможно, была больше.

Отключите тестовые провода от мультиметра и подключите их к слаботочному светодиоду. Закрепите светодиод так, чтобы он не болтался по сторонам. Теперь, если энергично двигать магнит, то думаю, вы сможете заметить мигание светодиода. Если он не мигает, измените ориентацию магнита в трубке и попробуйте снова. Чтобы все заработало, вам нужен именно слаботочный светодиод.

Необязательные улучшения

Если вы готовы потратить чуть больше денег, то сможете получить более впечатляющие результаты.

Для начала возьмите магнит побольше. Я получил отличные результаты с магнитом длиной 5 см и диаметром 1,5 см. Естественно, для такого магнита понадобится трубка большего диаметра.

Далее, купите катушку подходящего обмоточного провода. Я использовал около 150 метров провода 26-го калибра (диаметр 0,4 мм). Его очень легко приобрести онлайн, поставщиков много.

Если вам повезет, то обмоточный провод будет намотан на пластиковую катушку с отверстием, которое лишь немного больше диаметра вашего магнита. Или же, что еще лучше, катушка обмоточного провода обеспечит вам доступ к «хвосту» провода, торчащему из центра катушки (обведен окружностью слева на рис. 5.20).

Рис. 5.20. Катушка обмоточного провода с доступным внутренним концом (выделен окружностью)

Чтобы удалить тонкую пленку изоляции с концов обмоточного провода, вы можете очень аккуратно соскрести его лезвием ножа или зачистить мелкой наждачной бумагой. Проверьте с помощью увеличительного стекла, всю ли изоляцию вы удалили. Можете также подключить мультиметр, чтобы проверить сопротивление, которое должно быть меньше 100 Ом.

Теперь вы можете подключить светодиод к концам обмоточного провода на катушке и сгенерировать электрический ток, перемещая магнит к центру катушки и обратно, как показано на рис. 5.21.

Если катушка неподходящего размера или конец провода недоступен, то вам необходимо всего лишь перемотать провод с одной катушки на другую. Предположим, у вас есть 150 метров провода. Чтобы его перемотать, понадобится сделать около 2000 витков. Если вы делаете 4 витка в секунду, то весь процесс займет 500 секунд – меньше 10 минут, что вполне приемлемо.

На рис. 5.22 показано более мощное устройство, которое я сконструировал с целью демонстрации. Катушка обмоточного провода покрыта эпоксидным клеем, чтобы она не разматывалась, кроме того, я надежно закрепил трубу в корпусе из пластика. Неодимовый магнит притягивается к стальному винту на конце алюминиевого стержня, который также показан на фотографии.

Рис. 5.21. Устройство готово к выработке электроэнергии

Рис. 5.22. Демонстрационная установка электрогенератора

Я подключил к катушке два ярких светодиода, соединив их встречно. Когда магнит скользит вверх и вниз, светодиоды попеременно загораются. Их противоположная полярность показывает, что напряжение проходит по катушке в одном направлении при движении вверх и в другом направлении при движении вниз (рис. 5.23).

Рис. 5.23. Светодиодный генератор в действии

Техника безопасности при работе с магнитами

Будьте осторожны при экспериментах с магнитами, т. к. неодим обладает рядом особенностей.

Неодимовые магниты можно сломать. Они хрупкие и могут расколоться при сильном ударе о кусок металла (или о другой магнит). По этой причине производители рекомендуют надевать защитные очки.

Вы можете легко защемить кожу и получить кровоподтек (или хуже). Поскольку по мере приближения магнита к другому предмету сила притяжения увеличивается, в самом конце пути его перемещение становится стремительным и непредсказуемым.

Магниты никогда не «отдыхают». В мире электроники мы склонны полагать, что если что-то выключено, то мы не должны о нем беспокоиться. К магнитам это не относится. Они всегда «ощущают» окружающую среду и когда обнаруживают магнитный объект, они хотят его приблизить, сразу же. Результат может оказаться плачевным, особенно если объект имеет острые края, а ваша рука находится на его пути. Когда вы работаете с магнитом, создайте вокруг него свободное пространство без металлических предметов, а также остерегайтесь магнитных предметов под поверхностью. Например, мой магнит обнаружил стальной винт, вкрученный в нижнюю поверхность кухонной столешницы, и неожиданно устремился к нему. Это трудно воспринимать всерьез, пока такое не случится с вами.

Внимание!

Не забавляйтесь с неодимовыми магнитами. Соблюдайте осторожность.

Также помните о том, что магниты намагничивают другие предметы. Когда магнитное поле проходит через железный или стальной объект, он приобретает некоторые магнитные качества. Если вы носите наручные часы, старайтесь не намагнитить их. Если у вас смартфон, держите его подальше от магнитов. Влиянию магнитных полей подвержен любой компьютер или дисковый накопитель. Магнитную полоску на кредитной карте легко размагнитить. Держите магниты подальше от экрана телевизора и видеомониторов (особенно ЭЛТ). И последнее, но не менее важное: мощные магниты могут влиять на нормальную работу кардиостимуляторов.

Заряд конденсатора

Можно попробовать провести еще один опыт. Отключите светодиод от катушки и подсоедините электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ последовательно с диодом серии 1N4001, как показано на рис. 5.24. К выводам конденсатора подключите мультиметр, измеряющий постоянное напряжение (на этот раз не переменное).

Если ваш мультиметр имеет ручную настройку диапазона, установите его как минимум на 2 В постоянного тока. Убедитесь в том, что положительный (немаркированный) вывод диода присоединен к отрицательной (маркированной) обкладке конденсатора так, чтобы положительное напряжение проходило через конденсатор и затем через диод.

Теперь энергично передвигайте магнит в катушке вверх и вниз. Мультиметр должен показать, что конденсатор накапливает заряд. Когда вы перестаете двигать магнит, показания напряжения станут медленно снижаться, в основном, потому, что конденсатор разряжается через внутреннее сопротивление мультиметра.

Этот эксперимент более важен, чем кажется. Учитывайте то, что когда вы вталкиваете магнит в катушку, он индуцирует ток в одном направлении, а когда вынимаете – в другом. Фактически, вы создаете переменный ток.

Рис. 5.24. Диод позволяет заряжать конденсатор от катушки с магнитом

Диод позволяет току течь в цепи только в одном направлении. Он блокирует противоположно направленный ток, и таким образом конденсатор накапливает заряд. Если вы сделаете заключение о том, что диоды позволяют преобразовать переменный ток в постоянный, то будете абсолютно правы. Мы говорим, что диод «выпрямляет» переменный ток.

Переходим к исследованию звука

Эксперимент 25 показал, что подача напряжения может порождать магнит. Эксперимент 26 продемонстрировал, что перемещение магнита может генерировать напряжение. Теперь мы готовы применить эти принципы для обнаружения и воспроизведения звука.

Эксперимент 27. Разбираем динамик

Вы видели, что проходящий через обмотку электрический ток может создать магнитную силу, которой достаточно для того, чтобы притянуть небольшой металлический объект. А что если обмотка очень легкая, а объект тяжелый? В таком случае обмотка будет притягиваться к объекту. Этот принцип лежит в основе работы динамика.

Чтобы понять, как работает динамик, нет ничего лучше, чем разобрать его. Возможно, вы предпочитаете не тратить лишние деньги на такой деструктивный, но обучающий процесс – можно тогда найти на распродаже подержанных вещей неработающее аудиооборудование и вынуть из него динамик. Или просто посмотрите на мои фотографии, иллюстрирующие процесс.

Что вам понадобится

• Самый дешевый динамик, диаметром как минимум 5 см (1 шт.)

• Универсальный нож (1 шт.)

Как вскрыть динамик

На рис. 5.25 показана задняя сторона небольшого динамика. Магнит находится в герметичном цилиндрическом кожухе.

Переверните динамик лицевой стороной вверх, как показано на рис. 5.26. Разрежьте его диффузор по периметру острым универсальным ножом или лезвием X-Acto. Затем выполните разрез вокруг центральной части и удалите получившееся кольцо из черной бумаги.