Юный техник, 2001 № 06
Шрифт:
А. ИЛЬИН
СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
Урок среди молний
Так часто бывает в науке: развитие одной ее отрасли требует развития другой. Примером тому может послужить история развития ядерной физики.
В 1919 году знаменитый английский физик Резерфорд при помощи альфа-частиц, испускаемых препаратом радия, сумел впервые расщепить ядра азота. Радий и сейчас недешев, а в
Положительные ионы ученые получать умели. Оставалось лишь придумать, как их разгонять до высоких скоростей, превращая в своего рода снаряды, способные разбивать атомные ядра. Для этого требовались источники тока, пусть небольшой мощности, но с очень высоким напряжением — миллионы вольт.
Ничего готового электроника того времени предложить не могла. Да, была электростатическая машина, трансформатор Тесла, но их напряжение было слишком мало. Проблему удалось решить с помощью генератора, который голландский физик Ван-де-Грааф разработал специально для ядерных исследований.
В основу идеи лег известный опыт.
Если в полый металлический шар ввести заряженный шарик на металлической ручке, он весь свой заряд отдаст сфере. Повторяя эту операцию, можно довести потенциал сферы до очень большой величины, предел которой определяется лишь утечкой электричества в результате коронного разряда.
Фактически генератор Ван-де-Граафа состоял из двух металлических сфер, укрепленных на изолирующих опорах. Внутри каждой сферы (рис. 1) на шкиве укреплялась шелковая или резиновая лента, проходящая сквозь опору вниз.
Рис. 1
Там она подвергалась электризации от источника постоянного тока сравнительно невысокого напряжения: 10–20 тысяч вольт. Шкивы вращались при помощи электромоторов, и заряженные участки ленты быстро перемещались вверх, в полость шара, где отдавали ему свой заряд. Потенциал шара быстро увеличивался.
В целях ослабления коронного разряда диаметры шаров увеличивали до трех метров. Это позволяло доводить их потенциал до десяти миллионов вольт.
Первый такой генератор был сооружен во Франции. Любопытно, что в полном соответствии с теорией даже при огромных напряжениях действия электрического поля внутри металлической сферы не наблюдалось. Поэтому в ней спокойно сидели люди, в то время как снаружи грохотали десятиметровые молнии. От таких генераторов работали затем линейные ускорители элементарных частиц, протонов, дейтронов, ядер гелия.
Уже первые ускорители давали больше заряженных частиц, чем весь имевшийся на земле радий! Поэтому всего за несколько лет работы удалось открыть новые ядерные реакции, радиоактивные изотопы, научиться получать сильные потоки нейтронов и вплотную подойти к ядерной энергетике.
Очень скоро генераторы Ван-де-Граафа потеряли свое значение для физики, но их продолжают применять для чисто технических целей, изучения прочности изоляторов и систем грозозащиты.
В начале семидесятых годов польский изобретатель Я.Войцеховский сделал генератор Ван-де-Граафа для школы.
Этот прибор может давать искру длиной до 600 мм. При наличии вакуумной трубки с источником протонов, взятого, например, от ионного микроскопа, можно было бы повторить опыты по расщеплению ядра лития, проведенные Кокрофтом и Уолтоном в 30-е годы. Первоначально эти опыты велись при напряжении 600 кВ, что соответствует напряжению предлагаемого генератора. (Впоследствии выяснилось, что
Рис. 2
Однако Войцеховский видел основное предназначение генератора в более ярком, интенсивном проведении обычных опытов по электростатике. Это может быть программа-минимум и для тех, кто захочет сделать миниатюрный генератор Ван-де-Граафа самостоятельно (рис. 3).
Рис. 3
Главная его часть — полый электрод, установленный на стойке, сделанной из водопроводной пластмассовой трубы. Она закреплена на заземленном основании, где размещается электромотор и второй электрод. В генераторе Войцеховского роль источника для зарядки ленты выполняют пластмассовые шкивы. При этом верхний покрывается полиэтиленовой пленкой, нижний — алюминиевой фольгой. Электромотор приводит в движение через шкив резиновый ремень — носитель зарядов. Заряды же образуются в результате трения ленты о поверхность шкивов.
Их знак зависит от материала покрытия шкива. Если нужно, чтобы верхний электрод имел положительный заряд, а нижний — отрицательный, следует поменять покрытия шкивов. Внутри верхнего электрода укреплена щетка, снимающая заряд с ленты. Лучший материал для ленты — латексная резина, но годится любая резина, не содержащая частичек углерода, либо синтетическая ткань с лавсаном.
Один из самых серьезных вопросов — это изготовление электродов для генератора. Они должны быть максимально близки по форме к шару. Изготовить шар самостоятельно очень трудно, поэтому Войцеховский предложил воспользоваться металлической посудой, кастрюлями, котелками. В целях снижения утечки на коронный разряд поверхность электродов должна быть отполирована.
Электростатический генератор, так же как и воздух в помещении, должен быть сухим. Перед началом демонстрации генератор полезно просушить при помощи фена для волос.
С помощью такого генератора можно показывать интересные опыты, которые с помощью обычных электростатических машин получаются редко и с большим трудом. Они могут стать одной интереснейшей частью программы вечера занимательной науки. Тут окажется вполне уместно рассказать об истории физики, упомянув, что вот этот простой прибор, в сущности, способен расщеплять атомы.
И последнее. Хотя ток, развиваемый генератором, невелик, в работе с ним нужна осторожность. Основание генератора нужно тщательно заземлять. Учитель должен стоять на сухом полу, на резиновом коврике.
Ю. ПРОКОПЦЕВ
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кто знает, от чего он мигает?
До сих пор, чтобы получить мигание сигнальных светодиодов, приходилось собирать генераторы импульсов. Теперь же с появлением на рынке светодиодов марки L-36 BND, которые мигают сами по себе, все иначе. На рисунке 1 приведена диаграмма тока нового диода.