Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 09

Правоверные мусульмане убеждены, что гроб Магомета парит в воздухе, не касаясь стен пещеры, под действием магнита. Но как — вот в чем вопрос! По крайней мере, один человек знал, как это делается. Это был уроженец Польши, сын полковника прусской армии Антон Маркович Гамулецкий (1753–1850). Талантливый механик, он около пяти лет жил во Франции, был учеником самого Калиостро. Вернувшись после ареста своего учителя в Россию, в 1827 году Гамулецкий после почти двадцатилетней работы открывает в Петербурге на Невском проспекте своеобразный театр автоматов — «Механический кабинет». Среди прочих диковинок одна поражала более всего. Посетителей, поднимавшихся по лестнице, встречала фигура ангела в натуральный человеческий рост. Она парила над головами входящих, и каждый мог убедиться в том, что фигура не была подвешена или подперта снизу или с боков. «Десять лет, — пояснял Гамулецкий, — я трудился, чтобы найти точку и вес магнита и железа, дабы удержать ангела в воздухе» Однако никто опыт Гамулецкого пока повторить не может. Техника же добивается таких эффектов более сложными путями.

Вот одна из фантазий на эту тему, ставшая занимательной игрушкой, — магнитный волчок. Он сделан из кольцевого керамического магнита. Запускают его на столике, под которым лежит другой кольцевой магнит. Их полюса повернуты навстречу друг другу. Волчок раскручивают, а столик осторожно убирают. Волчок зависает в воздухе до тех пор, пока скорость его вращения способна помешать ему опрокинуться под действием сил магнитного поля.

Давно известно явление сверхпроводимости, когда при сильном охлаждении полностью пропадает сопротивление у некоторых металлов, например, свинца. Оказывается, положить магнит на кусок сверхпроводящего металла невозможно. Он обязательно зависнет на некотором расстоянии (рис. 2).

Рис. 2

Вызвано это тем, что приближающийся к проводнику магнит своим полем наводит в нем токи. Их направление таково, что они магнит отталкивают. В обычных проводниках эти токи мгновенно растрачиваются на нагревание, а в сверхпроводниках они остаются навечно, до тех пор, пока существует состояние сверхпроводимости.

Это явление используется для борьбы с трением в особо точных приборах. Но получать сверхпроводимость трудно, а вращение без трения и износа желательно для многих механизмов.

Многотонные валы турбин некоторых наших газоперекачивающих станций не имеют подшипников в обычном понимании этого слова. Они проходят через отверстия в корпусе, не касаясь его ни в одной точке.

Поддерживает их поле специального электромагнита. Такое состояние неустойчиво, но спасает дело чуткая система управления. Как только вал приближается к стенке слишком близко, она увеличивает ток в соответствующей обмотке магнита и возвращает его на место. Система очень надежна. Некоторые турбины работают с ней уже четвертый десяток лет без признаков износа вала.

И, наконец, последний, чисто школьный опыт, который, однако, наводит на серьезные размышления. В основе его катушка Томпсона с железным сердечником, набранным из отдельных пластин или стержней. На сердечник одевают металлическое кольцо и катушку подключают к сети переменного тока. Кольцо плавно взмывает вверх и повисает в воздухе (рис. 3).

Объясняется явление очень просто. По виткам катушки протекает переменный ток. Он создает переменное магнитное поле, что вызывает в кольце индукционный ток. Его поле всякий раз направлено противоположно полю катушки. И одноименные магнитные полюса кольца и катушки отталкиваются.

Кольцо не падает на катушку, но во время опыта сильно нагревается. Возможно, это подсказало немецким ученым в 1923 году идею устройства для плавки сверхчистых металлов. Дело в том, что материал сосуда для плавки (тигля) хоть и незначительно, но растворяется в металле. Для сверхчистых веществ это абсолютно недопустимо. И было предложено устройство для бестигельной плавки (рис. 4).

Пара катушек, по виткам которых протекает переменный ток, создает встречные магнитные поля. Брошенная между ними частица металла устойчиво парит между катушками, нагреваясь вихревыми токами, и расплавляется. Процесс может проходить в вакууме, поэтому какое-либо загрязнение вещества исключается. Этот метод нашел практическое применение для плавки полупроводниковых материалов.

Поле катушки Томпсона допустимо рассматривать и как сверхдлинную электромагнитную волну. Но тогда мы должны рассчитывать ее отталкивающее действие по формулам П.Н.Лебедева для светового давления и…получим величину, в миллион раз меньшую, чем наблюдаемую нами на практике! Но ведь формулы Лебедева проверены на опыте. Остается предположить, что школьный эксперимент указывает возможность иного типа взаимодействия электромагнитных волн с веществом. Когда силы взаимодействия значительно больше, чем наблюдаемые при обычном отражении или поглощении. Представьте себе, что прибор, чем-то похожий на катушку Томпсона, действует на сверхпроводящее кольцо и удерживает его на огромной высоте или даже выводит на орбиту! Над этим стоит подумать!

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

Чаще всего случается именно так — повернули выключатель, и тут вспышка, щелчок и — темнота. Отчего нити накала перегорают именно в момент включения? Дело в том, что сопротивление холодной нити раз в десять ниже ее сопротивления в накаленном состоянии, отчего в момент включения создается значительный бросок тока; мгновенно выделяется тепловая энергия, на порядок выше номинальной мощности. И если вы «угадали» щелкнуть выключателем в тот миг, когда сетевое напряжение достигает амплитудного значения, возникают электродинамические силы, способные разорвать перегруженную нить.

Нетрудно догадаться, что сохранить лампу помогло бы включение последовательно с лампой некоего токопроводящего элемента, начальное сопротивление которого существенно выше «холодного» сопротивления нити накала. По мере ее прогрева сопротивление «пускового» элемента должно падать до нуля, чтобы далее лампа нормально светила.

Как изменяется во времени сопротивление нити, показывает кривая 1 на рисунке 1.

Видно, что быстрый рост сопротивления нити происходит примерно через 0,03 секунды после подачи напряжения, а выход на близкий к номинальному уровень — примерно через 1 секунду. В качестве токоограничителя R1 еще несколько лет назад у нас была разработана кремниевая «таблетка» массой 0,007 г с начальным сопротивлением 110 Ом. Ее Ом-секундная характеристика изображена на рисунке 1 кривой 2.

Характер изменения общего сопротивления «таблетки» и нити 100-ваттной лампы ELI иллюстрирует кривая 3 на том же рисунке. Поскольку общее начальное сопротивление возрастает вчетверо, во столько же раз снижается ток, чем значительно облегчается «стартовый» режим работы лампы. Кремниевые токоограничители можно монтировать как внутри ламповой колбы, так и встраивать в токопроводящий патрон. Как показал эксперимент, «таблетки» увеличивают срок службы ламп накаливания до двух лет. Однако «таблеток» пока нет, и вряд ли они скоро появятся в продаже. Продлить век ламп накаливания могут несложные токоограничители из доступных электронных узлов. Принципиальная схема одной из подобных конструкций приведена на рисунке 2.

Устройство может быть выполнено в виде приставки, монтируемой внутри подставки настольной лампы или корпуса бра. Здесь функцию резистора с переменным сопротивлением, включенным последовательно с лампой ELI, выполняет тринистор VS1, включенный за выпрямителем VD3.

Импульсную команду на управляющий электрод тринистора подает аналог однопереходного транзистора, построенный на доступных биополярных транзисторах VT3, VT4.

Плавное, в течение 5…10 секунд нарастание тока лампы (и яркости ее свечения) задается цепочкой R1, C1; растущее на конденсаторе С1 напряжение постепенно приоткрывает составной транзистор VT1, VT2, все более ускоряя моменты срабатывания пары VT3, VT4 и отпирания тринистора.

Не исключено, что в перспективе может найти место необычный метод первоначального ограничения тока ламп, используя аналоги самовосстанавливающихся предохранителей типа MF-R, MF-S, выпускаемых фирмой Bourns. Они имеют небольшое сопротивление при номинальном токе, но уже при пятикратном броске тока их сопротивление возрастает до нескольких мегом. На рисунке 3 видно, что для защиты нити лампы предохранитель FU1 включается параллельно ей.