Страница 12 из 22
Возьмите лист белой бумаги и на его середине сделайте масляное пятно: потрите бумагу пальцем, смазанным маслом. Если этот листок осветить сзади свечой, вы увидите на темном фоне светлое пятно. Если же вы поставите свечу перед листком, то увидите на светлом фоне темное пятно. Однако можно осветить листок сзади и спереди так, что никакого пятна не будет видно — листок будет казаться совершенно чистым.
Теперь представьте себе, что вы смотрите на раскаленную металлическую балку через трубку, в которую вставлена маленькая электрическая лампочка.
Специальное устройство (небольшой реостат) позволяет регулировать накал лампочки. Вы увидите на фоне раскаленной балки яркий волосок лампочки.
Если накал лампочки уменьшить, то волосок, хотя он и светится, будет выделяться темным силуэтом на фоне раскаленного металла.
Изменяя степень накала волоска лампочки, можно добиться, что он не будет виден. Это будет соответствовать такому положению, когда фон и волосок светятся одинаково. А каждой определенной температуре нагретого тела соответствует и определенная яркость свечения. Чем сильнее нагрет металл, тем ярче он светится.
Если мы знаем температуру нити лампочки при разной степени ее накала, то легко можем узнать и температуру фона. Для этого нужно так отрегулировать накал нити, чтобы она перестала быть видимой, то есть слилась с раскаленным фоном. Это значит, что раскаленный металл имеет ту же температуру, что и нить. Число градусов определяется по шкале, совмещенной с устройством регулировки накала лампочки.
Измерение давления
Давление жидкостей и газов измеряется манометрами. Они бывают жидкостные и механические.
Чтобы сделать модель жидкостного манометра, возьмите небольшую стеклянную трубку и, осторожно нагревая ее среднюю часть над пламенем свечи, медленно согните в виде латинской буквы U. При этом одна сторона должна получиться немного длиннее другой.
Затем укрепите трубку на вертикальной дощечке при помощи жестяных скобок. Налейте в нее подкрашенной воды и на короткое колено наденьте резиновую трубку. Вдоль длинного колена на дощечке нанесите произвольные деления. В настоящих манометрах деления соответствуют килограммам, приходящимся на поверхность в 1 кв. сантиметр. Давление в 1 килограмм на 1 кв. сантиметр соответствует 1 атмосфере.
Модель манометра готова. Если вы подуете в резиновую трубку (но не очень сильно), то увидите, что в другом колене вода поднимается. Чем больше давление воздуха, тем выше поднимается вода.
Модель механического манометра можно изготовить из небольшой воронки. Натяните на воронку (желательно стеклянную или пластмассовую) тонкую резину от старой волейбольной камеры, резиновой перчатки или воздушного шарика и укрепите ее на подставке. На суженную часть воронки наденьте длинную резиновую трубку с маленькой грушей, укрепленной на конце. Место соединения груши и трубки нужно обмотать изоляционной лентой, чтобы не проходил воздух.
Над резиновой перепонкой укрепите на тонкой оси рычаг с шариком на коротком конце. Шарик должен перетягивать свой конец и касаться середины натянутой резины. Другой, длинный конец рычага сделайте в виде стрелки. Он должен передвигаться вдоль дугообразной шкалы с делениями. Деления тоже будут произвольные. Когда манометр никакого давления не показывает, стрелка должна стоять на нуле.
Если вы нажмете на грушу, давление воздуха в ней возрастет, резиновая перепонка приподнимется, и стрелка пойдет по шкале вниз. Когда вы освободите грушу, стрелка вернется на свое прежнее место — к нулю.
Этот манометр в дальнейшем нам еще понадобится: мы из него сделаем пневматическое реле.
Измерение уровня
Самый простой способ измерения уровня в закрытом резервуаре — это водомерное стекло. Стеклянная трубка вставляется в металлическую согнутую под прямым углом трубку, ввинченную в нижнюю часть резервуара. По принципу сообщающихся сосудов в стеклянной трубке жидкость всегда будет находиться на том же уровне, что и в резервуаре.
Но существуют и другие способы измерения уровней. Здесь мы рассмотрим один из них.
Если на дно большой бочки с водой поместить слегка надутый и присоединенный к резиновой трубке воздушный шарик, а второй конец трубки присоединить к самодельному манометру, то его стрелка сдвинется с нуля. Давление воды всегда зависит только от высоты столба жидкости в резервуаре. Поэтому можно проградуировать шкалу прибора, отливая воду из бочки и замеряя с помощью сантиметровой линейки высоту водяного столба. Конечно, точность здесь будет зависеть от чувствительности прибора.
В промышленности подобный способ измерения уровня жидкостей применяется тогда, когда приходится иметь дело с очень большими резервуарами. Следует, однако, помнить, что при малых количествах жидкости, когда ее давление ничтожно, прибор не дает точного показания.
Измерение количества
На многих заводах и фабриках по одним трубам течет вода, нефть или какая-нибудь другая жидкость, необходимая для производства, по другим идет пар, воздух или газ.
Во всех этих случаях нужно точно знать, какое количество вещества прошло по данной трубе за определенное время.
На небольшом приборе мы постараемся понять, как происходит измерение количества проходящего воздуха.
Количество проходящего потока воздуха через какое-то определенное сечение зависит от скорости потока. Если размер отверстия известен и известна скорость воздуха, прибор сам будет отсчитывать объем, проходящий за единицу времени.
Итак, необходимо узнать только скорость. А скорость потока, как известно, связана с давлением. Если подуть в трубку пульверизатора, то в ней создастся разрежение и жидкость поднимется по вертикальной трубке. Этот опыт нам уже знаком.
Теперь сделайте такой прибор. Возьмите две металлические трубки диаметром 3 сантиметра и длиной 5—10 сантиметров. Проложите между трубками жестяной кружок с отверстием диаметром 1 сантиметр и пропаяйте место соединения трубок и кружка, чтобы получилась одна целая перегороженная трубка. Жестяной кружок с отверстием посередине будем называть диафрагмой.
На расстоянии 1 сантиметра по обе стороны диафрагмы проделайте в трубке по отверстию и вставьте в них концы U-образного манометра, но изготовленного с одинаковыми коленами. Места соединений надо замазать пластилином, чтобы не проходил воздух. Если вы подуете в один конец трубки, то вода в манометре обязательно передвинется. В ближнем колене она опустится, а в дальнем — поднимется.
В промышленных установках в манометр наливают ртуть. На ней плавает поплавок, соединенный с рычагом, который сразу записывает на бумажной ленте или бумажном диске количество проходящих по трубе жидкости или газа.
Измерение электротока
Когда электрический ток проходит по проволоке, он ее нагревает. Чем больше ток, тем сильнее нагревается проволока.
Можно сделать несложный тепловой амперметр — прибор для измерения величины тока.
Укрепите горизонтально между двумя вбитыми в деревянную дощечку гвоздями тонкую медную проволоку. К ее средней части прикрепите сверху конец рычажка, а снизу — пружинку, которая должна оттягивать проволоку вниз. Если присоединить к концам проволоки три батарейки от карманного фонаря, соединенные последовательно, то проволока нагреется, удлинится, пружинка оттянет ее немного вниз, а длинный конец рычажка передвинется по шкале. Если бы на ней стояли правильные деления в единицах измерения тока, то мы бы узнали, какой величины ток идет по проволоке в данный момент.