ЧТОБЫ ЗАГОРЕЛАСЬ ЛАМПОЧКА

Как просто зажечь электрический светильник! Повернул выключатель, нажал кнопку, замкнул рубильник — и вспыхивает настольная лампочка, потянется яркий лучик от карманного фонарика, засверкает сотнями огней люстра в концертном зале.

Что же при этом происходит? Одним движением руки вы замкнули электрическую цепь, и в вольфрамовых волосках лам­почек установился электрический ток.

Вы уже знаете, что электрический ток — это направленное, упорядоченное движение заряженных частиц. Вы увидели, как проскакивает искра и опадают листочки электроскопов при та­ком направленном движении частиц от одного наэлектризован­ного тела к другому, имеющему заряд противоположного знака. Но в этих опытах электрический ток был кратковременным: благодаря переходу зарядов от одного тела к другому быстро происходит их нейтрализация и электрический ток прекраща­ется.

А в электрическом светильнике лампочка может гореть мно­гие и многие часы без перерыва. И все это время в ней есть электрический ток — «бегут» и «бегут» по вольфрамовой нити лампочки заряженные частицы — электроны. Это проис­ходит потому, что лампочка присоединена к источнику электри­ческой энергии, или, как чаще его называют, источнику то­ка, в котором непрерывно совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Заряды тел, между которыми устанавливается электрический ток, непрерыв­но пополняются.

Как же устроен источник тока?

В наши дни известно много разнообразных источников тока. Мы рассмотрим действие одного из них — гальванической бата­реи (рис. 16), знакомой вам по карманным фонарям, радио­приемникам, переносным магнитофонам.

В каждой батарее есть два металлических вывода — по­люса. В результате химических процессов, протекающих внут­ри батареи, на этих полюсах накапливаются электрические заряды: на одном полюсе — положительные, на другом — отрицательные. Полюсы батареи так и называют — «положи­тельный» и «отрицательный» и обозначают их знаками «-f-» и « — ».

Если с помощью медных проводов присоединить к полюсам батареи лампочку, то отрицательно заряженные частицы — электроны — начнут перемещаться к полюсу, обозначенному зна­ком «-f-». И непременно пойдут через нить лампочки, нагре­вая ее. На место ушедших зарядов на отрицательном полюсе батареи появятся новые, кото­рые,, в свою очередь, начнут «путешествие» по проводам, через нить лампочки — к поло­жительному полюсу.

Вот мы и создали простей­шую электрическую цепь. Состоит она из источника — тока (батареи), потребителя (им является лампочка) и соедини­тельных проводов. И все они связаны   так,   что   образуют замкнутый путь, по которому        непрерывно могут двигаться заряженные частицы. Потому-то и называют такое соединение цепью. Оно — как замкнутая цепочка.

Но существует еще один, совершенно необходимый элемент электрической цепи, с которого мы и начали наш разговор. Вспомним: ведь электричеством не пользуются непрерывно. Ночью лампочки в нашей квартире гаснут. В положенное время гаснет и голубой экран телевизора, умолкает радиоприемник. Отключают после окончания работы пылесосы, полотеры, сти­ральные машины. Во всех этих случаях электрическую цепь размыкают прерыватели тока — кнопки, рубильники, выключа­тели. И сразу прекращается движение заряженных частиц вдоль цепи — прекращается электрический ток...

Итак, источник тока, потребитель, соединительные провода и выключатель тока — вот все необходимые и обязательные элементы любой электрической цепи.

Конечно, в различных электрических цепях все эти элементы выглядят по-разному. Да и размерами они значительно отли­чаются один от другого. Очень ли схожи, например, батарей­ка от карманного фонаря, аккумулятор и огромная машина-гене­ратор на гидроэлектростанции (см. цветную фотографию на 3-й стороне обложки)? И все же, несмотря на все внешние различия, эти устройства — источники тока, в них вырабатыва­ется электрическая энергия...

Потребители в электрических цепях тоже разнообразны: электрические лампочки, которые используют для освещения и сигнализации, электрические плитки и камины, применяемые для приготовления пищи и обогревания жилища, электрические двигатели, вращающие валы станков и колеса трамваев и троллейбусов... Общим для всех потребителей является лишь то, что все они преобразуют электрическую энергию, полученную от источника тока, в другие виды энергии: свет, тепло, работу машин.

Ну, а «дороги», по которым передается энергия от источников тока к потребителям? И они весьма разнообразны: шнур на­стольной лампы, проложенный под землей кабель, воздушная линия электропередач на ажур­ных металлических мачтах-опо­рах — все это не что иное, как соединительные провода различных электрических це­пей.

О разнообразии выключате­лей электрического тока мы уже упоминали: одним движе­нием руки с их помощью можно управлять потоком электрической энергии...

Теперь, после ознакомления с основными «звеньями» электрической цепи можно подумать и о том, как эти «звенья» собрать воедино, чтобы образо­валась замкнутая цепь, в которой установится электрический ток.

Ограничимся для начала самой прос­той электрической цепью. Пусть она содержит уже упоминавшиеся элементы: батарейку от карманного фонаря, лам­почку и выключатель (ключ), соединенные проводами

Обычно, прежде чем собрать какую-либо электрическую цепь, ее сначала изображают на бумаге. И сделать это нужно так, чтобы по такому рисунку 61 было понятно, из каких элементов ~ составлена цепь и как эти элементы должны быть соединены между собой. Такой рисунок помогает быстро и без ошибок собрать цепь, а также разобрать­ся в том, как взаимодействуют ее элементы. Однако просто рисовать бата­рейку, лампочку и другие «звенья» электрической цепи такими, как мы их видим, неудобно, так как на это уйдет много времени Да и рисунки у разных людей будут получаться раз­личными (не все умеют хорошо рисовать). А если цепь сложна и содержит много различных элементов, то вряд ли удастся разместить такой рисунок цепи на бумажном листе.

Как же быть?

Вспомним: чтобы показать на географической карте леса, горы, населенные пункты, озера и реки, пользуются топографи­ческими условными знаками. Точно так же поступают в электро­технике: когда хотят изобразить на бумаге электрическую цепь, чертят ее схему. На схеме каждый элемент электрической цепи изображают специальным условным значком и указывают, как соединены друг с другом все элементы цепи.

Начертание условных знаков должно быть достаточно простым, чтобы их легко и быстро можно было воспроизводить. Вместе с тем условное обозначение каждого элемента электри­ческой цепи должно содержать характерный признак этого элемента, чтобы его легко было отличить на схеме от других элементов. Так, например, лампочку изображают кружком и крестиком (рис. 18, а) —это как бы зарождающиеся в ней и расходящиеся во все стороны световые лучи. Источник тока обозначают двумя параллельными черточками разной длины (рис. 18, б) —это выводы (полюсы) батареи. Положительный полюс изображается более длинной черточкой, а отрицатель­ный — более короткой. Проще всего на схеме изображаются соединительные провода (рис. 18, в): в виде линий, соединяющих условные обозначения других элементов.

Теперь вы можете начертить схему простейшей электри­ческой цепи, показанной на рисунке 17. Вот как выглядит эта схема (рис. 19). Как видите, чтобы рисовать схемы электри­ческих цепей, совсем не обязательно быть художником. Но очень важно другое: все схемы «говорят на одном языке». И понять этот «язык» может каждый, кто знаком с условными обозна­чениями.

Обратите внимание: «на схеме рядом с условным графическим обозначением каждого элемента электрической цепи поставлено буквенное его обозначение. Лампочка обозначается латинскими буквами HL, источник тока — буквой С, выключатель SA. Кроме того, на схемах принято нумеровать однотипные элементы: порядковый номер каждого элемента указывается после его буквенного обозначения. Так, например, на схеме (см. рис. 19) обозначены: источник тока G1, лампочка HL1, выключатель SAL Заметим еще, что схему электрической цепи, показанную на рисунке 19, называют принципиальной, потому что с помощью такой схемы показан принцип соединения содержащихся в этой цепи элементов.

Однако не пора ли уже приступить к сборке нашей первой электрической цепи? Схема начерчена, батарейку и лампочку вы уже, конечно, приготовили, провода тоже есть...

Нет, не торопитесь. Сначала сделаем еще несколько простых приспособлений,  которые  в дальнейшем  облегчат  и  ускорят сборку не только этой, но и других, более сложных электрических цепей.

Прежде всего изготовьте клеммы винтовые зажимы, с помощью которых легко и удобно соединять провода с по­люсами батареи. Из листа тонкой жести (или латуни) вырежьте заготовку, сделай­те в ней отверстие для прижимного винта . Затем края заготовки согните, вставьте в отверстие болт и закрепите его гайкой. Готовую клемму загнутыми краями прикрепите к полюсу батареи. Если теперь конец провода, с которого удален слой изоляции, изогнуть и закрепить в виде петельки, то за эту петельку легко и просто присоединить провод к клемме, надежно прижав его болтом и гайкой.

Чтобы ввести в электрическую цепь лампочку, один из проводов нужно присоединить к ее винтовой нарезке (цоколю), а другой провод — к торцевому контакту.

Надежное соединение лампочек удаетсmz осуществить с помощью спе­циальных устройств — патро­нов.

Изготовьте простой патрон для лампочки (рис. 21). Его основание  можно  сделать  из  фанеры, текстолита, оргстекла или   иного   изолятора,   легко поддающегося обработке. Контактные пластины обычно делают из латуни или меди. Но вы можете и здесь использовать полоски тонкой жести. В них, как и в клеммах, сделайте отверстия для крепежных болтов. Чтобы лампочка свободно ввинчивалась в патрон, у края отверстия для цоколя сделайте небольшое углубление. Провода к контактным пластинам патрона присоеди­няют с помощью петелек и крепежных болтов.

И наконец, надо изготовить прерыватель электрического то­ка— кнопку (рис. 22). Одна из его контактных пластин (верх­няя) должна быть упругой — ее следует сделать из полоски бронзы или латуни (в крайнем случае можно взять подходящую по размерам стальную пластинку). Один конец ее, как видно из рисунка, зажмите болтом, а на другом конце свободно укре­пите кнопку из изоляционного материала (можно использовать пластмассовую пуговицу). Для основания прерывателя вы може­те взять такую же пластинку из фанеры или текстолита, какую использовали при изготовлении лампового патрона.

Все изготовленные вами приспособления: патроны для лампо­чек, прерыватели тока, клеммы, а также электрические вилки, штепсельные розетки и другие подобные устройства, с которыми вы еще встретитесь, занимаясь электротехникой, принято назы­вать электрической арматурой.

Теперь вы сможете приступить к сборке простейшей электри­ческой цепи. Соедините все элементы цепи проводами в соответ­ствии с принципиальной схемой (см. рис. 19). К клемме поло­жительного полюса батареи присоедините один из проводов пре­рывателя тока. Второй провод от прерывателя подведите к одной из контактных пластин лампового патрона. Другую контактную пластину с помощью провода соедините с клеммой отрицатель­ного полюса батареи. Убедитесь, что лампочка надежно ввин­чена в патрон.

Проверьте еще раз по схеме, правильно ли выполнены все соединения, не было ли допущено ошибок. Проверили?

Ваша первая электрическая цепь готова. Нажмите кнопку прерывателя тока — и ярко вспыхнет электрическая лампочка.

Во многих магазинах («Юный техник», «Детский мир» и некоторых других) теперь продают различные наборы-комплек­ты батареек, лампочек, проводов, арматуры и других элемен­тов электрических цепей. Их называют электроконструкторами. Если у вас есть подобный набор, то описанную электрическую цепь вы можете собрать из его деталей. А в дальнейшем такой электроконструктор пригодится вам для сборки более сложных электрических цепей и при конструировании различных электро­технических устройств.

А сейчас проделайте несколько опытов с собранной вами простой электрической цепью и постарайтесь ответить на постав­ленные здесь вопросы:

1.    С помощью прерывателя тока — ключа замкните и разом­кните цепь. Что происходит при этом с лампочкой? Почему?

2.    Поменяйте местами в цепи лампочку и прерыватель тока. Замкните и разомкните цепь. Что теперь происходит? Имеет ли значение, в какой последовательности соединены элементы в цепи?

3.    При замкнутом ключе отвинтите немного лампочку в патроне. Что с ней происходит? Почему?

4.    Вверните лампочку до упора. Ослабьте соединение одной из клемм батарейки с проводом так, чтобы лампочка перестала светиться. Почему погасла лампочка?

5.    Какие неисправности могут возникнуть в простейшей электрической цепи?

Отвечая на последний вопрос, вы придете к выводу: электри­ческая цепь исправно работает (лампочка светится) только в том случае, если есть надежные соединения всех ее элементов (нет разрыва в цепи) и через лампочку проходит электрический ток.

А теперь подумайте: где можно использовать электрическую цепь, с которой вы ознакомились.

Об одной такой возможности вы, наверное, сразу же догада­лись — это самодельный фонарик!

Ну что же, предложение неплохое. И его легко осуществить. Нужно только взять подходящую по размерам пластмассовую или деревянную коробочку, укрепить внутри нее батарейку, а на одной из стенок — лампочку и самодельную кнопку (вроде изготовленного ранее прерывателя тока). Затем соединить все эти детали проводами (как это сделать, вы уже знаете) — и фонарик готов! Мы можем посоветовать только для лучшего использования светового потока лампочки снабдить ее жестяным рефлектором (отражателем света), а перед ней, в корпусе футляра, установить небольшую собирательную линзу.

Несомненно, самодельный электрический фонарик — вещь очень полезная, он вам пригодится. И все же, давайте еще раз подумаем: нельзя ли применить еще где-то нашу электрическую цепь с батарейкой и лампочкой?

Вот, например, игрушки: ярко раскрашенные или быстро дви­жущиеся, они всегда были хорошей забавой для ребят. А если сделать так, чтобы в игрушке к тому же что-то вспыхивало, светилось? Тогда ведь она станет еще интереснее!

Вы, конечно, знаете подобные игрушки — их теперь немало выпускает  наша  промышленность.   Называют такие  игрушки электрифицированными. Название это происходит от слова «электрификаци я», что означает широкое внедрение электрической энергии в народное хозяйство и быт.

Дело в том, что электрифицировать можно не только игруш­ки. Применяют электрические устройства на заводах, фабриках, колхозах, совхозах, на транспорте, в научных учреждениях — во всех сферах» человеческой деятельности. И всюду внедрение электрических машин и приборов облегчает труд, улучшает и делает более интересной жизнь многих миллионов людей. Поэтому в нашей стране электрификации придается очень большое значение. Еще на заре Советской власти, в далеком 1920 году по предложению В. И. Ленина был'составлен первый план электрификации России.

Ныне же наша страна превратилась в могучую энергетиче­скую державу, и то, о чем мечтал основатель Советского государ­ства, успешно осуществляется на практике.

Однако вернемся к игрушкам и посмотрим, как некоторые из них можно электрифицировать. Вы теперь сможете делать такие игрушки сами — для себя и для своих младших сестренок и братишек. А если пожелаете взяться за работу вместе с друзь­ями ?— всем своим звеном, то нетрудно будет изготовить такие электрифицированные самоделки для школьной игротеки или обеспечить ими малышей в подшефном детском саду.

Лампочка Ильича. В период электрификации страны электри­чество пришло во все уголки нашей необъятной Родины. В дерев­нях и селах устанавливали столбы, протягивали провода и проводили их в каждую избу. Деревенские жители оживленно обсуждали это событие, многие с недоверием и страхом отно­сились к нему. Но вот вместо свечей и керосиновых ламп в домах появилась «стеклянная банка с ниточкой» на потолке — и зажглась лампочка Ильича, как любовно назвал электрическую лампочку народ.

На планшете из картона (с использованием природного ма­териала — веточек, мха, коры деревьев и пр.) вы можете собрать макет деревенской избы. Монтируя в нем электрическую цепь, лампочку и батарейку разместите внутри домика, а ключ — снаружи. По вашему желанию внутри домика загорится лампоч­ка Ильича.

Можно также изготовить охотничью избушку, макет современ­ного многоэтажного дома, древний замок или какое-либо сказочное сооружение, например избушку на курьих ножках.

Можно не только варьировать внешний вид и оформление домика, но и использовать в игрушке различные конструкции элементов электрической цепи. Попробуйте, например, сделать сказочный домик-теремок, а в дверь его вмонтируйте прерыватель тока так, чтобы, вставив ключ от домика в замочную скважину, можно было зажигать внутри теремка свет.

«Чудо-печка» (см. цветную вклейку II, нижний рисунок). Своей младшей сестренке сделайте игрушку «чудо-печка». Из

пенопласта, дерева или картона изготовьте и соответствующим образом раскрасьте корпус русской печи. Внутри нее укрепите лампочку и смонтируйте две металлические пластины — контакты А и В — в виде опор-подставок для чугунка. Контактные пластины и лампочку с помощью проводов присоедините к батарее.

Чугунок также изготовьте из пенопласта, а к его дну прикре­пите металлическую контактную пластину С. С помощью ухвата, сделанного из толстой проволоки и деревянной рейки, чугунок ставят в печь. При этом контактная пластина С замыкает опоры-контакты А и В и вспыхнувшая лампочка имитирует огонь в печи.

Другие статьи в рубрике "ПЕРВЫЕ ШАГИ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ"