Удивительные электронные устройства – ЧАСТЬ 1

November 16, 2011 by admin Комментировать »

Ежедневно мы встречаемся с примерами использования электроники: мы можем включить и смотреть телевизор или работать на компьютере, вести переговоры по мобильному телефону, слышать «бипы» и «блямы» электронных игрушек и игр, проверить состояние здоровья, послушать плохие и хорошие новости по радио о мировых конфликтах и о призерах премии «Оскар», даже вести свой автомобиль, опираясь на вычисления бортового компьютера.

«Электронные устройства для начинающего гения» представляют практический подход, позволяющий энтузиастам электроники конструировать множество устройств, которые не так хорошо известны. Эти действующие проекты – очаровательные и полезные явления в разносторонней сфере деятельности человечества.

Катушки Тесла

Зрелищные и чрезвычайно наглядные эффекты с применением катушек Тесла поражали и очаровывали людей много лет. Эти высокочастотные устройства вы- | сокого напряжения обладают свойствами, отличными от обычного электриче- | ства. Выходная энергия катушек преодолевает большинство изоляционных материалов, передает энергию без проводов, вырабатывает тепло, свет, шум, не I причиняя вреда, проникает в поверхностные ткани тела и не вызывает у чело- I века практически никакого ощущения.

Значительные исследования, средства и усилия были посвящены созданию I крупномасштабного устройства с катушкой Тесла, способного генерировать мол- I нии длиной 50 м и яркий свет на расстоянии 50 км. Никола Тесла был первым в I ряду пионеров, проводивших такие исследования. Последующим поколениям I научной общественности стало ясно, что он действительно внес огромный I вклад в развитие энергетики, например, своим изобретением трансформато- I ров переменного тока для получения электроэнергии электростанциями.

Тесла получил мировое признание и занимает достойное место в науке как I истинный гений. Однако его главная теория беспроводной передачи энергии 1 до сих пор не завершена и оспаривается ее противниками. Многие энтузиасты надеются достичь прорыва в этой области и возродить ее. Катушки Тесла являются

основой для многочисленных интересных исследований и до сих пор поражают всех тех, кто сталкивается с их видимым и слышимым эффектом.

Плозменные устройство

Электрическая плазма может быть чем угодно: от простой электрической дуги сварочного аппарата до сложного объекта, образованного тороидальными вихрями в замкнутых цепях, такого как шаровая молния. Ядерный взрыв вызывает образование плазмы. Солнце и простой огонь также являются формами плазмы. Плазменные ружья могут быть оружием будущего, а воздействие плазмы может обеспечить космическому кораблю-звездолету энергию, позволяющую достичь скорости, близкой к скорости света, для полетов в дальние миры. Возможность удержания плазмы может быть ключом для получения энергии ядерного синтеза – нового вида возобновляемой, экологически чистой энергии. Вращающиеся плазменные поля могут являться секретом левитационных устройств, таких как парящие доски. Газовые дисплеи с использованием плазмы высокой энергии могут дать возможность для создания потрясающих видеоэффектов.

Позеры

Лазеры впервые появились в начале 60-х в виде бруска кристалла оксида алюминия (рубина), помещенного в спиральную импульсную лампу. Обладающий высокой энергией световой импульс вызывал вынужденную эмиссию мощного светового импульса в рубиновом бруске, способного проделывать отверстия в самых твердых металлах. С тех пор лазер (LASER от аббревиатуры английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – усиление света вынужденным излучением) стал частью нашей жизни – от лазерных принтеров и записывающих устройств до сложных хирургических операций на глазах и сверхмощных направленных энергетических лучей, защищающих нас от потенциальных ракетных атак. Для экспериментатора лазер обладает почти магическими свойствами благодаря способности передавать энергию на расстоянии.

Лазеры классифицируются соответственно выходной мощности по трем классам (2, 3, 4) и двум подклассам (За и ЗЬ), очень тщательно контролируются и маркируются:

• лазеры класса 2 могут вырабатывать до 1 мВт оптической мощности. Популярные варианты их применения – системы для защиты жилищ и объектов от проникновения, точечная связь, лазерные указки, задание прямого направления. Хотя этот класс лазеров имеет наименьшую мощность, направленный в вашу сторону лазер класса 2 будет выглядеть как ярчайший объект даже с расстояния более 20 км;

•          лазеры класса За могут вырабатывать до 5 мВт оптической мощности. Их применение: лазерные указатели и прицелы, устройства чтения дисков, голография, малые световые представления и другие визуальные эффекты;

•          лазеры класса ЗЬ могут вырабатывать до 500 мВт. Вот некоторые варианты их применения: печать, прожигание лазерных дисков, определение дистанций до объектов, целеуказание, ночные световые представления;

•          лазеры класса 4 имеют неограниченную выходную мощность. Это рабочие лошадки в дружной семье лазеров. Они обладают способностью работать со множеством материалов – от резки самых твердых металлов до выжигания по дереву. Лазерная хирургия с использованием лазеров класса 4 в настоящее время обеспечивает точность, которая ранее не представлялась достижимой, а офтальмологические операции, в том числе удаление катаракты, сейчас стали обычными. Шоу с применением мощных лазеров, подобные проходящим в Диснейленде, используют оптические лазеры класса 4. Голубовато-зеленые лазерные лучи легко проникают сквозь морскую воду и, благодаря совместимости цветов, обеспечивают тайную прямую связь. При решении задач проникновения энергии сквозь морскую воду для связи с подводными лодками открылись новые направления исследований в сфере высоких температур и ядерного синтеза. Передача энергии на большие расстояния может обеспечить энергоснабжение межпланетных космических кораблей. Интеграция множества микровзрывов плазмы может дать возможность для создания магических левитацион- ных аппаратов, которые так часто описываются писателями-фантастами в качестве космических кораблей инопланетян. Кроме того, становится возможным создать оружие, использующее направленные лучи энергией уровня мегаджоулей в боевых действиях против авиации, наземной техники и других трудно поражаемых целей. Индивидуальное оружие, предназначенное для нейтрализации и вывода из строя персонала, которое использует энергию на уровне килоджоулей, вырабатываемую импульсными диодными лазерами, при малых габаритах имеет дальность поражения значительно больше двух километров. Эти системы просты и работают при сложных погодных условиях.

Многие лазеры высокой мощности непрерывного излучения в качестве агента используют газовую среду – диоксид углерода (углекислый газ С02). Эти устройства эффективны, передают световое излучение через воздух и их легко построить. Они могут обеспечивать выходную мощность излучения в десятки тысяч ватт. Экспериментатор может легко построить такой тип лазера, который будет прожигать дерево и металл, резать многие материалы. Лазеры могут работать в импульсном режиме, достигая колоссальной выходной мощности в гигаватты. Эту мощность не надо путать с энергией (мощность – это энергия, вырабатываемая в единицу времени – 1 с), так как мощные импульсы длятся только доли секунд, в то время как энергия должна оцениваться за более чем 1 секунду. Энергия импульсного лазера при измерениях выражается в джоулях.

Исследования в области лазеров, как и раньше, очень плодотворны, и впереди еще много новых и волнующих разработок.

Ультраакустика

Область ультраакустики распространена не так широко, как лазеры, и присутствует в этой книге всего в нескольких проектах любительского уровня. Ультразвуковая энергия вырабатывается пьезоэлектрическими (преобразующими электрическую энергию в механическую) или магнитострикционными (преобразующими магнитную энергию в механическую) преобразователями, питающимися от генератора сигналов. Ультраакустика может использоваться для очистки трудных загрязнений там, где растворитель передает вибрации и удаляет нежелательные материалы и грязь. Пластик можно сшивать или разрезать ультразвуковыми вибрациями, которые вызывают фрикционный нагрев. Устройства ультраакустики часто используются для отпугивания диких и бездомных животных, могут служить «электропастухами», предотвращая уход стада животных с пастбища. Они также используются для определения расстояний и могут быть прекрасным средством обнаружения проникновения.

Акустическая энергия с высоким звуковым давлением очень неэффективна из-за физики передачи энергии между двумя поверхностями разной плотности. Стоячие волны препятствуют возрастанию этой энергии, и получение достаточно большой мощности звукового давления в 100 и более децибел затруднено. Передача энергии между двумя поверхностями оптимизируется, когда оба материала обладают примерно одинаковой плотностью, это объясняет, почему звук лучше передается в воде. Воздух обладает гораздо меньшей плотностью, чем жидкость, и это ставит исследователей перед серьезными трудностями при решении проблемы передачи энергии. Тем не менее звуковые преобразователи эффективно используются в автомобильных гудках и других изделиях, когда необходимо создать сильное звуковое давление.

Воздействие акустической энергии с высоким звуковым давлением может явиться прекрасным средством против незаконного вторжения нежелательных лиц. Применение этого средства не влечет за собой почти никакой ответственности. Может быть сформирована вертикальная стена боли, вызывающая тошноту, головокружение, и другие тревожные симптомы, что обычно предотвращает вторжение. После выхода из зоны воздействия остаточных явлений не возникает. Однако уровень звукового давления выше 140 дБ может стать причиной глухоты, находится за пределами «болевого порога», вреден и его следует избегать.

Любителям природы интересно будет послушать маломощный ультразвук. Многие насекомые и млекопитающие издают звуки, лежащие далеко вне зоны восприятия человеческого слуха. Различные придуманные человеком устройства, такие как машины вращения, издают ультразвук, и это позволяет обнаруживать утечку воздуха, воды, электричества в виде короны, которая служит индикатором возможного дефекта.

Итак, непосредственное ультразвуковое прослушивание может служить ценным инструментом для поиска дефектов. На таком электроакустическом принципе работает ультразвуковая дефектоскопия для контроля продукции в автомобильной промышленности, машиностроении и других отраслях производства.

Электрокинетике!

С тех пор как древние греки много столетий назад открыли магнитный железняк, свойства магнитов продолжают очаровывать человечество. Даже при сегодняшней высокоразвитой технологии способность притягивать и отталкивать намагниченные объекты все еще остается загадкой. Магнетизм, несмотря на его мистические свойства, является, может быть, самой важной силой, известной человечеству. Без знания, как пользоваться магнитами, двигатели, трансформаторы, средства связи и большая часть транспортных средств не могли бы быть созданы. Генерация энергии была бы невозможна.

Оборонная инициатива «Звездные войны» открыла многие двери для потенциального использования этой технологии. Обладающие гиперскоростью объекты, запущенные средствами электрокинетики, подобно метеоритному дождю, создадут разрушительный барьер для атакующих баллистических ракет. Другими возможными применениями являются безопасная транспортировка радиоактивных отходов и других материалов в открытый космос, потенциальная левитация земных транспортных средств и, конечно, ракетное оружие.

При относительно малом количестве принципов работы магнитов их сфера применения весьма разнообразна. Двигатели используют магниты для получения вращательной механической энергии из электричества и, напротив, генераторы используют магниты и энергию вращения для производства электроэнергии. Трансформаторы используют изменяющиеся магнитные поля как функцию времени, а реле и соленоиды создают линейное движение.

Электрокинетические акселераторы используют магнитные силы там, где проводящий и подвижный якорь помещен между двумя параллельными проводящими направляющими. При этом в результате взаимодействия магнитных полей, возникающих вокруг якоря, и направляющих, через которые проходит ток, возникает сила, воздействующая на якорь. Вспомните из школьного курса физики, что проводник, через который течет ток, создает вокруг себя пропорциональное току магнитное поле.

Те, кому знакомы векторы, вспомнят силу Лоренца JXB, где сила возникает между проводником с током (якорем) и магнитным полем с индукцией В, возникающим в направляющих. Ускорение якоря возникает по всей длине направляющих, и он может достигать неслыханных скоростей, сравнимых со взрывом химических веществ. На этом принципе работают магнитные пушки.

Хотя сфера импульсного магнетизма совсем не нова, существует очень мало информации, которая дает практический материал для любителя и экспериментатора. Имеет место явный интерес к этой технологии как потенциально перспективной для ранее указанных применений, а также и для использования ударных волн в медицинских целях, например, для дробления камней в почках и желчном пузыре. Для использования в войнах и соревнованиях роботов даже предназначен определенный тип «магнитных разрушителей».

Поэтому мы считаем, что книга, демонстрирующая, как реализовать проекты, будет популярна у серьезных экспериментаторов в области механики и электроники, а также у людей, интересующихся техникой, и последователей великого ученого Тесла. Проекты попадают в сферу интересов и любителей серьезных экспериментов. Все проекты снабжены краткой математической теорией для интересующихся, а также простым объяснением принципа работы. Наименования глав отражают требования к компетентности и опыту читателя, а также проблемы, с которыми он может столкнуться. Проекты всех устройств снабжены полной спецификацией, необходимой для изготовления в соответствии с описанием. Указано, где приобрести необходимые компоненты.


Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты