Электроника для начинающих (2-е издание)

Генри был сыном поденного рабочего в Олбани, штат Нью-Йорк. Прежде чем пойти учиться на часовщика, он работал в универсальном магазине и собирался стать актером. Друзья уговорили его поступить в Академию в Олбани, где он проявил склонность к наукам. В 1826 году его назначили профессором математики и естествознания, несмотря на то, что он не окончил колледж и считал себя «принципиальным самоучкой». Майкл Фарадей занимался аналогичными исследованиями в Англии, но Генри об этом не знал.

В 1832 году Генри был переведен в Принстон, где получал 1000 долларов в год и пользовался бесплатным жильем. Когда Морзе пытался запатентовать телеграф, Генри заявил, что он уже знаком с таким устройством, – действительно, он уже построил систему с аналогичным принципом работы, чтобы передавать сообщения своей жене домой, когда он работает в лаборатории Холла Философии (Philosophical Hall).

Помимо физики, Д. Генри преподавал химию, астрономию и архитектуру, а поскольку наука не была четко разграничена на области знания, как сейчас, он исследовал такие феномены, как фосфоресценция, звук, капиллярные явления и баллистика. В 1846 году он возглавил новый Смитсоновский институт в качестве научного руководителя. Портрет Д. Генри приведен на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Джозеф Генри – американский экспериментатор, который стоял у истоков изучения электромагнетизма (Фотография взята из архива Wikimedia Commons)

Эксперимент 26. Настольная электростанция

В эксперименте 5 вы увидели, что химические реакции могут производить электричество. Теперь пришло время познакомиться с электрическим током, созданным с помощью магнита.

Что вам понадобится

• Кусачки, инструмент для зачистки проводов, тестовые провода, мультиметр

• Цилиндрический неодимовый магнит диаметром 5 мм и длиной 4 см, намагниченный вдоль оси (1 шт.)

• Монтажный провод калибра 26 (диаметр 0,4 мм), 24 (0,5 мм) или 22 (0,64 мм), всего 60 метров

• Слаботочный светодиод (1 шт.)

• Конденсатор емкостью 1000 мкФ (1 шт.)

• Переключательный диод, серии 1N40001 или аналогичный (1 шт.)

Необязательные принадлежности:

• Цилиндрический неодимовый магнит диаметром 2 см и длиной 2,5 см, намагниченный вдоль оси (1 шт.)

• Деревянная шпонка диаметром 12,5 мм и длиной не менее 150 мм

• Стальной винт, типоразмер 6, с плоской головкой

• Полихлорвиниловая водопроводная труба, внешний диаметр 19 мм, длина не менее 15 см

• Два куска фанеры толщиной 6 мм и размером 10×10 см каждый (вам понадобится кольцевая пила или сверло Форстнера диаметром 25 мм, чтобы просверлить отверстие в фанере)

• Катушка обмоточного провода, около 100 граммов, 26-го калибра (диаметр 0,4 мм), примерно 9 метров (1 шт.)

Методика проведения эксперимента

Сначала вам понадобится магнит. Неодимовые магниты самые сильные из доступных, и они достаточно дешевые, если вы выберете маленький цилиндрический образец. Будет достаточно магнита диаметром 5 мм и длиной 4 см. Плотно намотайте на него десять витков провода 22-го калибра (диаметр 0,64 мм), как показано на рис. 5.16. После этого немного ослабьте провод, чтобы магнит мог перемещаться внутри обмотки.

Настройте мультиметр на измерение переменного напряжения в милливольтах (не постоянного, потому что мы будем иметь дело с переменными импульсами электричества). Снимите немного изоляции с каждого конца обмотки и подключите щупы мультиметра с помощью тестовых проводов с зажимами «крокодил». Зажмите магнит между большим и указательным пальцами и быстро переместите его взад и вперед внутри обмотки. Полагаю, ваш мультиметр должен показать значение от 3 до 5 мВ. Да, такой маленький магнит и десять витков провода могут сгенерировать лишь несколько милливольт.

Рис. 5.16. Всего десяти витков провода окажется достаточным, чтобы создать небольшой электрический потенциал, при перемещении магнита

Рис. 5.17. Увеличение числа витков провода приведет к росту напряжения при движении магнита сквозь них

Попробуйте сделать обмотку побольше, в два слоя, как показано на рис. 5.17. Снова быстро переместите магнит. Вы должны обнаружить, что напряжение возросло.

Вспомните формулу из предыдущего эксперимента, в котором я показывал, как электрический ток, проходящий через большее количество витков провода, индуцирует более сильное магнитное поле. Эта формула работает и в обратной ситуации. Когда магнит движется внутри обмотки, большее число витков будет индуцировать более высокое напряжение.

Это заставило меня задуматься – если у нас будет более крупный и сильный магнит и много витков провода, сможем ли выработать достаточное количество электроэнергии, чтобы обеспечить питание, скажем, светодиода?

Зажигаем светодиод