Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2014 № 03

Крепежные кольца статора выпилены из пенопласта. Для этого удобно использовать пенопластовую плитку для отделки потолков. Статорные обкладки — из пищевой алюминиевой фольги. Будьте внимательны — некоторые клеи разъедают пенопласт, поэтому испытайте их на отдельных кусочках, прежде чем использовать. Обкладки и кольца статора имеют прорезь. Сделано это для удобства сборки и облегчения мотора, а на его работу это никак не влияет. Контактные ленты обкладок загибаются так, чтобы они соединились в одну питающую шину. Благо, что высокое питающее напряжение и малый потребляемый ток позволяют не заботиться об их спайке или очень плотном прижатии друг к другу.

Для жесткости конструкции кольца статора сверху дополнительно скрепляются пенопластовыми бобышками.

С целью исключения пробоев и утечек зарядов вся конструкция двигателя не должна иметь острых торчащих проводов. Все резкие углы металлических деталей должны быть закруглены с радиусом не менее 1 мм.

Редуктор повышает крутящий момент и понижает обороты, приближая их к характеристикам обычных электродвигателей. Для редуктора лучше подобрать пару пластмассовых шестеренок. Это изолирует выходной вал от питающего напряжения.

Для питания двигателя достаточно напряжения 6–8 кВ. Потребляемый ток порядка 0,2 мА. Можно использовать имеющийся в некоторых физических кабинетах преобразователь напряжения. Если же преобразователь придется собирать самим, то можно воспользоваться схемами ионизаторов воздуха, их существует немало. Ионизаторы работают при напряжениях 20–30 кВ. Поэтому просто удалите из схемы ненужные ступени умножителя напряжения. Можно также попытаться запитать мотор от школьной электрофорной машины, сблизив ее шарики на 7–8 мм для предотвращения перенапряжения. Полезно подключать источник высокого напряжения через резистор в несколько сотен кОм или даже единиц МОм. Потери будут невелики, зато это защитит источник питания от случайного замыкания выхода, да и сделает менее опасным случайное касание токоведущих частей.

Наш двигатель имеет 2 ротора и 3 статорные обкладки. Увеличив их число (и соответственно удлинив конструкцию), вы можете увеличить мощность двигателя. Конструкция, как вы видите, громоздкая, по сравнению с традиционными моторами той же мощности. Зато она почти невесомая, особенно если и станину вы сделаете из пенопласта. Она не требует ни трансформаторной стали для тяжелых сердечников, ни редкоземельных сплавов для магнитов. Так что, наверное, в технике найдутся области применения, где такая конструкция будет в самый раз. Например, для вентиляторов охлаждения высоковольтного оборудования. Малый вес мотора наводит на мысли о летающих моделях. А какие у вас еще будут мысли на этот счет?

В последнее время фирмы-производители, желая поднять свои доходы, подталкивают потребителя к мысли, что чем больше выходная мощность музыкального центра или ресивера, тем качественнее звуковоспроизведение и тем «круче» владелец аппарата. За ними тянутся и самодельщики, конструируя все более мощные аппараты. А какая нужна на самом деле мощность усилителя звуковой частоты?

Танцуем от печки.Начать, естественно, следует не с производителей (цели их понятны), а с потребителя — человека и свойств его слуха. Наше ухо — удивительнейший и очень чувствительный орган, способный улавливать самые тихие звуки. Звук представляет собой волны, распространяющиеся в среде, в нашем случае колебания давления воздуха. Так же, как и абсолютное давление, равное примерно 1 атмосфере = 760 мм ртутного столба = 105 Па, амплитуда звуковых волн измеряется в единицах давления, в системе единиц СИ — в паскалях (Па). Один паскаль соответствует силе в один ньютон, распределенной по площадке в 1 м 2, перпендикулярной направлению распространения звука (1 Па = 1 н/м 2). Звуковое давление — это отклонения давления воздуха от постоянного атмосферного, которое мы не чувствуем и не замечаем, поскольку оно действует на барабанную перепонку уха одинаково с обеих сторон.

Звуковые волны переносят энергию и характеризуются плотностью потока мощности, измеряемой в ваттах на 1 м 2, то есть мощностью, с которой звуковая волна проходит через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения звука. Именно мощность, улавливаемая ухом, и производит физиологические эффекты, позволяющие нам слышать. Громкость звука измеряется в децибелах. Один децибел — это 1/10 Бел, логарифмической единицы, названной в честь изобретателя телефона А. Белла.

При измерениях, связанных со звуком, децибелы хороши в том отношении, что восприятие громкости подчиняется логарифмическому закону, то есть громкость прямо пропорциональна логарифму звукового давления и мощности звуковой волны, или уровню звука, выраженному в децибелах. За нулевой уровень громкости принят условный (усредненный) порог слышимости человеком.

Плотность потока мощности П пропорциональна квадрату звукового давления р , связь здесь аналогична связи между мощностью и напряжением в электрических цепях, округленно: П= 0,0023∙ р 2, р= 2√ П. Таблица 1 связывает громкость звука, звуковое давление и плотность потока мощности.

Уровни громкости выше 100 дБ считают безусловно опасными для здоровья, а потеря слуха может наблюдаться, начиная с 80 дБ. Существуют документы, определяющие максимально допустимый уровень любых загрязнений, в том числе и звуковых (шумовых). Для концертных залов, дискотек и т. д. установлена норма 90 дБ, на время выступления музыкальных ансамблей — 85 дБ, при воспроизведении музыки электроакустическими системами — 70 дБ (везде указаны пиковые значения).

Интересно, а какая же акустическая мощность попадает при этом в ухо слушателя?

Пользуясь таблицей 1, собранной из многих источников, начиная со старинного «Справочника по радиотехнике» Г.Г. Гинкина издания 1947 года и кончая современными публикациями, это очень легко сделать. Приложите линейку к собственной ушной раковине и измерьте ее площадь. Получится что-то около 20 см 2, или 2∙10 -3м 2. Остается помножить плотность потока мощности на эту площадь:

P ак= П∙ S

Поясню примерами: пусть мы услышали тихий шепот с расстояния 1 м — громкость 10 дБ, поток 10 -5мкВт/м 2. Акустическая мощность составит 2х10 -8мкВт, или 2х10 -14Вт. Смещение частиц воздуха при столь слабом звуке составляет всего 10 -7мм, что в тысячи раз меньше длины световой волны!

Вот каким невероятно чувствительным устройством снабдила нас природа. Как же не относиться к нему бережно! Однако мы можем еще повысить чувствительность уха, увеличив площадь сбора звуковой энергии с помощью слуховой трубки (до появления электронных слуховых аппаратов слабослышащие так и делали) или больших рупоров (звукоулавливатель).