Читаем Пионер-электротехник онлайн бесплатно

Мы живем в замечательный век электричества. Человек, вооруженный наукой, знаниями, сделал электричество своим верным, послушным и очень сильным помощником в труде и в быту.

Электрическая энергия весьма глубоко проникла во все отрасли народного хозяйства. Сейчас почти невозможно назвать такую машину, прибор или станок, где бы не применялось электричество. Без электричества немыслимы удобные бытовые приборы, комфортабельные автомобили, сложнейшие станки и заводы-автоматы, удивительные счетные машины, замечательные реактивные самолеты, непревзойденные советские искусственные спутники Земли и Солнца, надежное автоматическое управление механизмами и проч.

Без электричества невозможно внедрение новых, передовых методов изготовления приборов, станков и различных машин. Иначе говоря, без электричества нельзя осуществить передовую технологию любого производства.

Вот почему еще в начале создания Советского государства В. И. Ленин призывал настойчиво изучать электротехнику и выдвинул лозунг об электрификации всей страны.

Теперь мы видим, что современная передовая техника основана целиком на электричестве; это уже не просто техника, а электротехника.

Первая Всесоюзная выставка творчества пионеров и школьников показала, что многочисленная армия юных пионеров-электротехников оказывает большую помощь своей школе, детскому дому и детскому саду. Они конструируют и строят самые разнообразные электрические приборы и модели, ставят занимательные опыты по электричеству, организуют и оборудуют удобные электрические мастерские и лаборатории, проводят ценные эксперименты и проч.

Запомните, мои юные друзья, что вы можете успешно проделать большую и очень полезную работу только в том случае, если правильно ее спланируете и будете трудиться коллективно, в кружке.

Прежде всего необходимо решить, где и как следует проводить свою работу. Нужно подобрать помещение или уголок, где будут сосредоточены инструменты и материалы. Затем следует приобрести требуемый комплект монтажных, слесарных, столярных инструментов и приспособлений.

Начинать работу следует с изготовления самых простых приборов и только после того, как вы научитесь выполнять простейшие столярные и слесарные работы, склеивать бумажные изделия, соединять деревянные и металлические детали, производить пайку подогревным или электрическим паяльником.

Перед тем как приступить к практическому изготовлению какого-либо прибора или модели, необходимо четко уяснить принцип его работы, ясно представлять конструкцию не только прибора в целом, но и каждой его детали, составить чертежи на все детали и точно проставить их размеры, установить порядок изготовления деталей и сборки прибора.

Очень важное значение имеет в работе юного электротехника правильное оборудование рабочего места. На рабочем месте должны быть только те инструменты, которыми необходимо постоянно пользоваться, при этом нельзя складывать их в кучу. Поделочные материалы следует хранить в специальных ящиках.

На время работы надевайте фартук с нарукавниками или халат, чтобы не испачкать костюм. Когда закончите работу, соберите инструменты и сложите их в ящики или в шкаф. Уберите рабочее место, очистив его от опилок и стружек. Если работа проходит в кружке, то для уборки рабочих мест назначаются дежурные, которые выделяются старостой кружка на каждое занятие. В этом случае каждый член кружка должен вычистить и аккуратно сложить в ящик инструменты, детали и материалы. Если же юный электротехник работает в домашней мастерской, то он тоже должен соблюдать чистоту и порядок на своем рабочем месте.

Для организации и оборудования электротехнической мастерской в школе или у себя дома мы рекомендуем изготовить некоторые электрифицированные инструменты и простейшие приспособления. Ниже мы подробно рассказываем, как их изготовить.

Вам, конечно, известно, что в каждой электрической цепи должен быть источник постоянного или переменного тока.

Источники постоянного тока, включенные в электрическую цепь, дают ток постоянного направления. К ним относятся сухие и мокрые гальванические элементы и батареи, различные аккумуляторы и аккумуляторные батареи, электрические машины постоянного тока, а также разработанные в последнее время термоэлектрические, солнечные и атомные батареи.

Источники переменного тока, включенные в электрическую цепь, дают ток, величина и направление которого периодически меняются. Переменный ток в промышленных и осветительных сетях (технический переменный ток) меняет свою величину и направление 100 раз в секунду, при-этом он течет 50 раз в одном направлении и 50 раз — в противоположном.

Технический переменный ток называют периодическим. Он характеризуется числом периодов (колебаний) в 1 секунду, или частотой. За единицу измерения частоты периодического тока принят 1 герц, то есть 1 период изменения тока в 1 секунду. Промышленный ток имеет частоту 50 герц. Периодический ток изображается на схемах (рис. 1) кривой линией, называемой синусоидой. Из рисунка видно, что переменный ток дважды достигает максимального (амплитудного) значения за один период колебания.

Рис. 1. Графическое изображение переменного тока.

Весьма важным достоинством переменного тока является возможность его преобразования из высокого напряжения в низкое, и наоборот, почти при одной и той же мощности. Такое преобразование тока называют трансформацией, а приборы, при помощи которых она осуществляется, — трансформаторами. Трансформаторы бывают повышающими и понижающими. В повышающих трансформаторах происходит преобразование переменного тока низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения (до 200, 400 и 500 тысяч вольт). С помощью понижающих трансформаторов преобразуют переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения (до 120, 220 и даже до 1 вольта и меньше). Более подробно мы рассмотрим трансформаторы ниже, в главе «Домашняя электромастерская пионера».

Электрическая энергия может быть получена за счет преобразования химической энергии (в гальванических элементах и аккумуляторах), преобразования тепловой энергии угля (тепловые электростанции), преобразования механической энергии рек и энергии ветра (гидро- и ветроэлектростанции), преобразования тепловой энергии, выделяющейся при распаде ядер урана (атомные электростанции), за счет непосредственного превращения атомной энергии в электрическую (атомные батареи), за счет непосредственного превращения солнечной энергии в электрическую (солнечные батареи) и, наконец, за счет непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую (термоэлектробатареи, термоэлектрогенераторы).

Самыми простыми источниками постоянного электрического тока являются гальванические элементы. Они могут быть весьма широко использованы там, где нет электрического освещения, а также при проведении различных экспериментов и испытаний в вашей домашней мастерской или электролаборатории.

Существует очень большое количество различных гальванических элементов. Многие из них вы можете изготовить сами и применить в дело.

Возьмите стакан кипяченой воды и растворите в нем две столовые ложки поваренной соли. Вы получили электролит. Опустите в него медную и цинковую пластинки так, чтобы они не касались друг друга, а концы их выходили из электролита, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Простейший источник электрического тока.

Вы получили источник тока, который называется гальваническим элементом. Цинковая пластинка в элементе является отрицательным полюсом, или отрицательным электродом, так как она в растворе заряжается отрицательным электричеством. Медная пластинка служит положительным полюсом, или положительным электродом.

Присоедините проводами лампочку от карманного фонаря к электродам вашего элемента. Она даст слабый, быстро угасающий свет. Этот источник имеет напряжение около 1 вольта. Если соединить проводами четыре или пять таких элементов последовательно, то получится батарея элементов.

Последовательное соединение элементов производится так: положительный электрод первого элемента соединяют проводником с отрицательным электродом второго элемента, а положительный электрод второго элемента соединяют с отрицательным электродом третьего элемента, и т. д.

Таким образом, у полученной батареи будет два свободных электрода, один из них — отрицательный (от первого элемента) и положительный (от четвертого или пятого элемента). К этим электродам (полюсам батареи) следует подключать какой-либо потребитель электрического тока, например лампочку от карманного фонаря. Она даст яркий свет, который постепенно будет становиться все слабее и слабее и, наконец, совсем померкнет. Как объяснить причину этого явления?

Установлено, что между цинковой пластинкой и раствором происходит химическая реакция. Под действием этой реакции на цинковой пластинке скапливаются отрицательные заряды, и она заряжается отрицательно. При химической реакции, происходящей в элементе, цинк растворяется, а цинковая пластинка постепенно становится все тоньше и тоньше.

На медной пластинке выделяются пузырьки газа водорода, которые постепенно покрывают ее. Покрытие пластинки водородом и является причиной ослабления действия элемента. Это явление называется поляризацией элемента.

Чтобы не происходило поляризации элемента, надо не допускать покрытия положительного электрода водородом. С этой целью в элемент вводят вещества, которые, химически соединяясь с водородом, поглощают его. Такие вещества называются деполяризаторами.

Элементы, в которых не происходит поляризации, называются неполяризующимися.

Элементы Лекланше бывают мокрые, если электролит у них жидкий, и сухие, если электролит сгущен в виде пасты.

Элемент Лекланше относится к неполяризующимся элементам. Он состоит из стеклянного сосуда, наполненного электролитом, и двух электродов. Отрицательным электродом в нем служит цинковая пластинка, изогнутая в виде цилиндра, а положительным — угольная палочка. Электролитом в элементе служит насыщенный раствор нашатыря в воде. В качестве деполяризатора применяется перекись (двуокись) марганца, смешанная с тонко измельченным углем и порошком графита. Эта смесь запрессовывается вокруг угольного электрода в мешочке, сшитом из бязи или холста. Такие элементы получили название мешочных. Общий вид и детали элемента показаны на рисунке 3.

Рис. 3. Гальванический элемент и его части: 1 — стеклянный сосуд; 2 — электролит; 3 — угольный электрод; 4 — цинковый электрод; 5 — агломерат; 6 — изоляционные прокладки; 7 — крышка; 8 и 9 — провода.

Смесь, запрессованную в мешочке, называют агломератом. Агломерат не должен соприкасаться с цинковым электродом, так как в этом случае произойдет замыкание электродов внутри электролита и элемент не будет давать ток во внешнюю цепь. Чтобы предотвратить случайное замыкание внутри элемента, мешочек с агломератом со всех сторон обвязывают бечевкой, на которую нанизаны стеклянные бусинки на небольшом расстоянии друг от друга. Эти бусинки являются изоляторами и предохраняют электроды от замыкания. Иногда вместо бусинок по бокам мешочка привязывают деревянные палочки, пропитанные смолой или парафином.

Электродвижущая сила (э. д. с.) одного элемента Лекланше равна 1,5 вольта. Следует иметь в виду, что э. д. с. элемента не зависит ни от величины элемента, ни от размеров его электродов.

Каждый гальванический элемент характеризуется емкостью, которая измеряется в ампер-часах. Емкость гальванического элемента зависит от его величины, размеров электродов и количества деполяризатора.

В продаже можно встретить элементы различной емкости, начиная от 0,35 ампер-часа и до 500 ампер-часов и более. Если элемент обладает емкостью в 20 ампер-часов, это значит, что в течение 20 часов от элемента можно брать ток величиной в 1 ампер или в течение 10 часов — ток величиной 2 ампера.

Казалось бы, что от элемента в 20 ампер-часов можно в течение 1 часа получить ток величиной 20 ампер. Однако на практике никогда этого не бывает. От элемента нельзя получить большой разрядный ток. Этому препятствуют сопротивление элемента и бурная реакция, вызывающая ускоренную поляризацию положительного электрода. Поэтому на гальванических элементах и батареях, выпускаемых промышленностью, указывается допустимая разрядная сила тока, то есть та величина тока, выше которой не рекомендуется разряжать элемент.

Мокрый элемент Лекланше можно изготовить так.

Возьмите стеклянную банку из-под кабачков, баклажанной икры или другую стеклянную банку такой же емкости. Из листового цинка вырежьте пластинку прямоугольной формы шириной 10 и длиной 20 сантиметров. Вдоль ее короткой стороны, отступив от края на 1 сантиметр, сделайте прорезь. Изогните пластинку в виде цилиндра, как показано на рисунке 3. Извлеките угольные электроды из старых накальных гальванических батарей. Прокипятите их минут пятнадцать в воде, добавив в нее немного соляной кислоты. Сшейте круглый мешочек из неплотного материала (мешочек удобнее всего шить на бутылке или деревянной болванке диаметром 6–7 сантиметров и длиной 15–20 сантиметров).

Теперь надо приготовить деполяризирующую смесь в следующей по весу пропорции: 10 частей перекиси марганца в порошке, 6 частей кокса в порошке (можно взять угольный порошок в той же дозе), 2 части графита в порошке, 1 часть нашатыря в порошке.

Чтобы заполнить мешочек указанных размеров, потребуется приблизительно следующее количество составных частей массы (в граммах): перекиси марганца — около 500, кокса — 300, графита — 100 и нашатыря — 50. Приготовление смеси надо производить в следующем порядке: сначала возьмите перекись марганца и графит и тщательно перемешайте их между собой в глубокой тарелке или миске до получения однообразной массы, затем прибавьте кокс и нашатырь и все хорошенько перемешайте, слегка спрыскивая смесь водой.