Класс!ная физика - всегда рядом Класс!ная физика - викторины Класс!ная физика - для любознательных Техно-шокер Музей открытки 20 века Коты-работы художников

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?





«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru.

 Класс!ная физика   -  YouTube

Магниты. Катушка Томсона (ч.3) Опыты

ПечатьE-mail


ОПЫТЫ-ФОКУСЫ С КАТУШКОЙ ТОМСОНА



Катушка Томсона —прибор,  демонстрирующий эффекты, возникающие при взаимодействии проводников с переменным магнитным полем.  С ней можно показывать  забавные электрофокусы, например, спрятав катушку под стол.





Катушка  рассчитана  на большой ток, примерно 10— 13 ампер, поэтому пользоваться  ею  можно только в помещении, где имеется соответствующая силовая проводка, в присутствии учителя. При питающем  сетевом напряжении  127 В потребуется понижающий трансформатор.
Как сделать катушку Томсона?

 Она собирается из деревянного или пластикового  каркаса, железного сердечника и обмотки. Сердечник набран из пластин трансформаторной стали шириною 50 мм и- длиной 380 мм. (Если в вашем распоряжении окажутся пластины другой ширины, количество их должно быть таким, чтобы площадь сердечника была не менее 25 кв.см.
Пластины  надо покрыть  лаком  с каждой стороны, собрать  в пакет и вставить  его в каркас.
Неплотно подогнанные пластины. Поэтому перед укладкой пластин в каркас покройте их эпоксидным клеем.



 Сердечник можно сделать и  из кусков стальной отожженной проволоки диаметром 2—3 мм. Выбирайте только мягкую проволоку» упругая, сталистая не годится. Куски проволоки покрасьте краской. Если вы будете собирать сердечник из проволоки, отверстие в каркасе катушки нужно увеличить до площади 36 см2. Перед укладкой проволоку тоже смажьте эпоксидным клеем, чтобы получился монолитный пучок-сердечник.
По  размерам собранного  сердечника сделайте  каркас катушки. Обмотка выполняется виток к витку проводом диаметром в 2,4 мм с двойной бумажной изоляцией. В одном слое должно уместиться около 90 витков. А всего их 9. Каждый слой промажьте быстросохнущим лаком, а потом оберните обмотку калькой. И так каждый слой. Испытывать готовую катушку можно только после того, как лак затвердеет. При демонстрации опытов следите, чтобы обмотка не перегревалась. А теперь расскажем о самих опытах-фокусах.


Опыт I


Итак, катушка  спрятана под столом. Вы берете массивную алюминиевую сковороду, наливаете в нее немного воды и ставите на стол, предварительно положив на него кусок асбеста. По вашему (конечно, незаметному для зрителя) сигналу находящийся за кулисами помощник включает ток, и через некоторое время вода в сковороде закипает.

Происходит это потому, что под действием переменного магнитного поля катушки в сковороде возникают вихревые токи. Их ЭДС (электродвижущая сила) — доли вольта, зато величина токов большая. В результате, несмотря на незначительное сопротивление самой сковороды, на поверхности ее происходит интенсивное выделение тепла.



Если вода выкипит, сковорода может сильно нагреться. Поэтому опыт нужно проводить с осторожностью и не забывать про асбестовую прокладку.

Почему  же нагревается сковорода, а не крышка стола?
Почему к столу можно свободно поднести руку, если, конечно, на ней нет металлических предметов, например, часов или колечка?

Ведь и в крышке стола, и в руке тоже возникают вихревые токи, но из-за высокого сопротивления величина их незначительная, и тепла выделяется немного.
Если же частоту тока переменного магнитного поля увеличить, что вполне возможно в промышленных  условиях, то соответственно возрастет и получаемое тепло. И тогда можно, например, сушить сырые доски. Дерево прогревается при этом равномерно — изнутри и снаружи — и быстро высыхает. Этим же способом врачи в кабинетах физиотерапии лечат насморк (УВЧ). Переменное электромагнитное поле используется и в металлургии, например, при выплавке качественных сортов стали.


Опыт 2


На столе лежит алюминиевое кольцо. Вдруг оно высоко подпрыгивает и падает.

Причина такого необычного поведения кольца — тоже вихревые токи. Протекая по кольцу, они превращают его в электромагнит. Направление тока в кольце и в катушке Томсона меняется 50 раз в секунду. Причем, если на верхнем конце сердечника катушки возникает северный магнитный полюс, то на нижней поверхности кольца тоже устанавливается такой же полюс. И наоборот.



Одноименные магнитные полюса, как известно, отталкиваются. Вот поэтому кольцо и подпрыгивает над столом.

Этот же опыт можно показать и по-другому: пропустите через кольцо тонкую незаметную нить, и кольцо будет висеть над столом, слегка вибрируя. А можно заставить его свободно парить.

На одной из международных выставок в начале пятидесятых годов с помощью подобного устройства демонстрировалась парящая в воздухе сковорода, на которой жарили яичницу.

Кстати, этот фокус пригодился  в металлургии, при плавке сверхчистых металлов. Металлурги знают, как трудно сохранить выплавляемый металл чистым – любое прикосновение к тиглю (емкости для металла) приводит к загрязнению. И они нашли выход – плавку без тигля. Используя левитацию, кусок металла подвешивают в вакууме, и он плавится, нагреваемый вихревыми токами.


Опыт 3


Сделайте из фанеры или картона  приемную катушку. Намотайте на катушку 1500 витков лакированной проволоки диаметром 0,25 мм и соедините концы с электропатроном.  Затем привинтите к верхней щеке катушки патрон и вставьте в него 15-ваттную лампу на 127 В. Катушку и патрон обклейте цветной бумагой, чтобы получилась конусообразная коробочка. Медленно приближайте лампу к столу — по мере приближения к спрятанной под столом катушке она будет загораться все ярче и ярче. Объясняется все просто: индукционные токи в переменном магнитном поле образовали в витках катушки ток, от него и загорается лампа.



Все это устройство напоминает .трансформатор, первичная обмотка которого спрятана под столом, а вторичная — в руках экспериментатора. Можно взять лампу меньшей мощности, например, от карманного фонаря или неоновую. Свечение их будет заметно на еще большем расстоянии от стола. Особенно интересный  результат получается от применения светодиода, ведь для его свечения достаточно совсем немного энергии. Приемную катушку в этом случае можно сделать размером с перстень.


Опыт 4



Приклейте приемную катушку ко дну бумажной модели автомобиля. Через любой, диод, способный выдержать ток 0,5 А, присоедините ее к микроэлектродвигателю. Автомобиль в этом случае будет ездить по столу без батарей, получая энергию от электромагнитного поля. При этом учтите, что электродвигатель и другие металлические детали игрушки могут перегреться и выйти из строя, поэтому показывайте опыт не более 30—40 секунд.





Этот опыт демонстрирует старую идею передачи энергии без проводов.
Во многих странах разрабатываются проекты космических ракет, получающих энергию по лучу лазера. Предполагают, что такой способ передачи энергии будет полезен даже при межзвездных перелетах.


Опыт 5


На стол ставят стеклянную чашу с водой. В нее пускают полый металлический шар. При включении катушки Томсона шар начинает вращаться вокруг горизонтальной оси. Опыт демонстрирует принцип действия простейших двигателей переменного тока. Возникающие на поверхности шара индукционные токи как бы стремятся поднять одну из его половинок. Так возникает вращение.



На этом принципе работает электросчетчик, у которого ротором служит обычный алюминиевый диск.
Кстати, в высокочастотном электромагнитном поле ротор двигателя можно раскрутить до миллионов оборотов в минуту. Этот принцип вращения заложен, например, в установках, применяющихся для изучения прочности   конструкций  и  материалов.


Опыт 6


Налейте в тарелку соленую воду и поставьте ее на стол. Включите катушку Томсона, и на поверхности воды появятся волны. Чтобы их хорошо было видно зрителям, направьте на тарелку свет, от фонаря так, чтобы отражение от поверхности воды спроецировалось на стене.



Здесь вихревые токи электромагнитного поля, возникающие в жидкости, оказывают на нее такое же действие, как на обычные проводники. В промышленности это явление используют при перемешивании расплавленной стали.



Вернуться в «Оглавление»

Источник:  журн. «Юный  техник»