МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — СПУТНИК ТОКА

Помните, что такое простейшая электрическая цепь? Батарея гальванических элементов и электролампа соединены между собой проводниками через выключатель (см. статью «По закону Ома» в «М-К» N2 9, 1978). Если у такой цепи соединительный провод длиной около 30 см поднести к компасу, его магнитная стрелка будет стремиться стать перпендикулярно проводнику (рис. 1).

Тот же проводник расположите под компасом. Магнитная стрелка снова стремится стать перпендикулярно проводнику, но поворачивается в противоположную сторону.

Теперь вы убедились, что у тока есть постоянный спутник — магнитное поле.

Вместо лампочки в цепь можно включить резистор, сопротивление которого в два раза меньше, чем у лампы. Тогда ток в цепи увеличится (по закону Ома) примерно вдвое. Сильнее станет и магнитное поле вокруг проводника. Однако есть и другой путь его усиления…

На катушку из-под ниток намотайте 300—350 витков провода Ø 0,2—0,3 мм в эмалевой или шелковой изоляции (ПЭЛ, ПЭВ, ПЭЛШО 0,2—0,3). У вас получится катушка индуктивности — соленоид. Подключите его к батарее (рис. 2).

Рис. 1. Электрический ток взаимодействует с магнитной стрелкой компаса.

Рис. 2. Соленоид.

Стоит теперь поднести катушку к компасу, как его магнитная стрелка тут же расположится вдоль оси соленоида. Причем реагировать будет куда энергичнее.

В катушке с током магнитные поля отдельных витков направлены в одну и ту же сторону. Складываясь, они образуют значительно более сильное магнитное поле, чем одиночный проводник.

Поднесите к отверстию в катушке стальной гвоздь или болт — он втянется внутрь соленоида. Причем играющий роль сердечника гвоздь или болт усиливает магнитные свойства катушки с током.

Кстати, катушка с током, внутри которой имеется железный стержень, называется электромагнитом. Пока по катушке протекает электрический ток, она ведет себя как обычный магнит: взаимодействует со стрелкой компаса, притягивает железные предметы, намагничивая их невидимым силовым полем.

Отключите катушку от батареи — ток в цепи прекратится, исчезнет его магнитное поле, и стрелка компаса вновь сориентируется на магнитные полюсы Земли.

Познакомимся теперь с некоторыми практическими применениями электромагнита. Еще в начале века был создан зуммер — попросту говоря, жужжалка, издающая негромкий, прерывистый звук. Устройство долго служило для изучения телеграфной азбуки Морзе.

Рис. 3. Зуммер:

1 — уголок, 2 — скоба, 3 — катушка электромагнита, 4 — прерыватель, 5 — регулировочный винт, 6 — вибратор, 7 — изоляционная планка.

Конструкция зуммера очень проста (рис. 3), и его нетрудно собрать из любых подручных материалов. На болт Ø 4—5 мм, длиной 35—40 мм наденьте две круглые щечки Ø 20—25 мм. Участок между ними оберните двумя-тремя слоями бумаги. Оставшуюся свободную часть болта с резьбой зажмите в патрон ручной дрели и на изготовленном таким образом каркасе намотайте обмотку проводом ПЭЛ или ПЭВ 0,2—0,3 до заполнения. Скобу-магнитопровод согните из железной полосы размером 100X20X2 мм. К одному концу скобы прикрепите катушку электромагнита, а к другому — вибратор, узкую стальную пружинку, издающую звук при возбуждении электромагнита. Прерыватель сделайте из металлического уголка и винта М3 с гайкой.

Один вывод обмотки зуммера подключите к батарее, в другой — к стойке прерывателя. Теперь, подсоединив второй полюс батареи к пластине вибратора, ищут такое положение винта, при котором зуммер будет давать наиболее громкий и устойчивый звук.

Затем добавьте к зуммеру два ключа (рис. 4). В вашем распоряжении телеграфная станция на два поста (рис. 5). С ее помощью можно на слух изучать азбуку Морзе и вести телеграфный «разговор» между двумя корреспондентами.

Рис. 4. Телеграфный ключ:

1 — основание ключа, 2 — крепежная скобка, 3— пружинящая пластина.

Рис. 5. Телеграфная станция на два поста.

Азбука Морзе.

А вот еще одно применение электромагнита — электрический звонок (рис. 6). Двухкатушечный электромагнит притягивает подпружиненный якорь с молоточком. При этом якорь ударяет по чашке звонка и тут же разрывает цепь питания электромагнита. Под действием пружины якорь возвращается в исходное положение, цепь питания катушек восстанавливается, и цикл повторяется. Поэтому, пока нажата кнопка звонка, он непрерывно звонит.

Рис. 6. Электрический звонок:

1 — основание, 2 — чашка звонка, 3 — молоточек, 4, 9, 13 — крепежный уголок, 5 — винт прерывателя, 6 — контактная пружина, 7 — катушка электромагнита, 8 — планка, 10 — батарея, 11 — скоба, 12 — монтажный провод, 14 — плоская пружина, 15 — якорь, 16 — кнопка.

Для изготовления звонка вам понадобится два болта М4 длиной 35—40 мм с установленными на них щечками Ø 20 мм. Обмотки намотайте проводом ПЭЛ или ПЭВ 0,25—0,35 до заполнения. Обе катушки крепятся на стальной планке размером 45X20X2 мм. Собранный электромагнит установлен с помощью металлического уголка на деревянном основании.

Якорь изготовьте из стальной полоски размером 45Х10X2 мм. К одному его концу прикрепите тонкую пластину (например, лезвие безопасной бритвы) и пружину прерывателя (контактная пластина от неисправного реле), а ко второму — проволочный рычаг с молоточком. Он изготовлен из отрезка от стального прутка Ø 10 мм. Прерыватель — металлический угольник с винтом М3. Чашка звонка от велосипеда, старого телефонного аппарата или будильника.

В основе тира с дистанционным управлением тоже электромагнит. С расстояния 3—5 м нужно попасть в центральный круг-мишень небольшим резиновым мячом. При удачном броске над мишенью загорается сигнальная лампа (рис. 7).

Рис. 7. Электромагнитный тир.

Рис. 8. Конструкция мишени:

1 — подвижный диск, 2, 5 — винты М4 с гайками, 3 — якорь, 4 — электромагнит.

Кроме электромагнита, в конструкцию входят упругая стальная пластина-якорь, к которой прикреплен деревянный диск центрального круга мишени, и два контактных винта (рис. 8). Обмотка электромагнита, содержащая 500 витков провода ПЭВ 0,44, намотана на каркасе высотой 40 мм, изготовленного из прессшпана или плотной бумаги. Сердечник представляет собой железную планку, изогнутую в виде буквы П. Электромагнит устанавливается под центральной частью мишени на внутренней стороне корпуса. Стальной якорь вместе с диском центрального крута мишени прикрепляется нижним контактным винтом к корпусу таким образом, чтобы между верхним контактным винтом и верхним концом якоря оставался зазор 1—2 мм.

При ударе мяча по диску пластина-якорь изгибается и, касаясь верхнего контактного винта, замыкает цепь электромагнита и лампы. Последняя загорается, а электромагнит притягивает якорь и продолжает удерживать его после удара мяча до тех пор, пока не будет нажата кнопка S1.

Чтобы пластина-якорь не залипала, к ней в местах соприкосновения с полюсами электромагнита нужно приклеить клеем БФ-2 прокладки из прессшпана или плотной бумаги.

Кнопку S1 можно смонтировать в небольшой коробочке — выносном пульте управления — и соединить с мишенью гибким двухпроводным шнуром длиной 6—8 м.

А. ВАЛЕНТИНОВ, А. ГАЛАГУЗОВА, Ю. ПАХОМОВ