Досліди з електрикою для дітей охоронна сигналізація своїми руками

Фізика електрики: як працює електричний струм

Якщо ви коли-небудь дивилися на якийсь електронний пристрій і запитували "Як воно працює?" і "Чи можу я зробити це сам?" - або якщо ваша дитина вже виросла з електронного конструктора "Знаток" і готова рухатися далі, книга "Електроніка для дітей" - те, що вам потрібно, особливо таким дощовим літом, як цього. Якщо ви в дитинстві із захопленням розбирали радіо, а зараз ваш син запитує, як влаштований комп'ютер, ця книга для вас. Уривок, який ми публікуємо сьогодні, дасть дітям перше уявлення про електрику та допоможе зібрати перший власний пристрій – охоронну сигналізацію.

Перш ніж ми приступимо до дослідів з електрикою, трохи фізики. Як електрика змушує лампочку горіти? Тут діє поєднання чотирьох понять. Це:

Що таке електрон

Все, що нас оточує, складається з атомів — часток настільки малих, що їх можна розглянути лише за допомогою особливого типу мікроскопа. Але самі атоми складаються з менших частинок — протонів, нейтронів і електронів.

Протони та нейтрони утворюють ядро атома (його центр), а електрони обертаються навколо цього ядра, як планети навколо Сонця. Протони та електрони несуть електричні заряди, протони мають позитивний заряд, а електрони негативний.

Саме тому електрони утримуються в атомі: позитивний і негативний заряди притягують один одного подібно до різноїменних полюсів магнітів.

Деякі речовини мають провідність: якщо впливати на них енергією (наприклад, запасеної в батарейці), то електрони в них починають переміщатися від атома до атома!

Напругазмушує електрони рухатися

Приєднавши до лампочки батарею, ви подали на нитку лампочки напругу. Ця напруга, що вимірюється у вольтах (В або V), штовхає електрони в одному напрямку, змушує їх рухатися по нитці. Чим воно вище, тим більше електронів пересуватиметься по нитці.

Уявіть собі нитку у вигляді труби, повністю заповненої кульками. Якщо з одного кінця труби вштовхнути кульку, з її протилежного кінця відразу без усякої затримки випаде інша кулька.

Чим більше кульок ви заштовхуватимете в один кінець труби, тим більше їх випадатиме з іншого. Саме так поводяться електрони у нитці розжарювання лампочки, коли на неї подається напруга.

Електричний струм

Електричний струм - це перебіг потоку електронів по нитці лампочки. Ви могли чути слово течі стосовно річки: "У цієї річки сильна течія". Це означає, що річкою протікає багато води. Електричний струм подібний до цієї течії: якщо кажуть "сильний струм", це означає, що по дроту протікає багато електронів.

Сила струму вимірюється у амперах (А). При збільшенні напруги ланцюга збільшується і сила струму. Як вода тече схилом під дією сили тяжіння, так струм тече від позитивного виведення батареї (+) до негативного (-). При цьому самі електрони рухаються в протилежному напрямку від негативного виведення до позитивного. Однак стосовно струму завжди кажуть, що він тече від плюса до мінуса.

Опір зменшує силу струму

Напруга змушує електрони рухатися і цим створювати електричний струм, а опір перешкоджає цьому струму. Це подібно до гри з садовим шлангом: якщо стиснути його, опір потоку води збільшиться і потік ослабне, тобто води протікатиме менше.Але якщо відкрити кран ще більше, збільшиться тиск (це буде подібно до підвищення напруги), і потік води збільшиться, навіть якщо шланг залишиться стиснутим в тій же мірі. Опір в електриці діє подібно до стиснення шланга, а вимірюється воно в омах (Ом або Ω).

Тепер я поясню вам, як електрони, струм, напруга та опір діють разом, змушуючи світитися лампочку.

Запалюємо лампочку

Кінці нитки розжарювання лампочки з'єднані з деталями її цоколя: один з бічною поверхнею його корпусу, інший з центральним контактом. Коли ви приєднуєте лампочку до батареї, ви створюєте те, що називається електричним ланцюгом. Ланцюг - це шлях, яким струм може текти від плюсу батарейки до мінуса.

Напруга, що створюється батареєю, змушує електрони рухатися по ланцюгу, частиною якої є нитка розжарювання лампочки. Нитка має опір, що обмежує силу струму в ланцюзі. Коли електрони долають опір нитки, вона стає гарячою, що починає світитися, тобто. випромінювати світло.

Щоб батарейка могла змусити електрони рухатися, ланцюг між її висновками не повинен мати розривів, тобто повинен бути замкнутим.

Щоб електрика могла працювати, завжди потрібні замкнуті ланцюги. Достатньо розімкнути ланцюг — створити в ньому хоч один розрив у якомусь місці, і лампочка одразу згасне! Давайте розглянемо електричні ланцюги докладніше.

У чому електричний ланцюг подібний до системи труб

Давайте продовжимо розглядати електрику, порівнюючи її з перебігом води у трубах. Уявіть систему труб у вигляді замкнутої петлі з насосом, яка повністю заповнена водою. В одному місці ця система має звуження.

Насос відіграє роль батареї, якаживить ланцюг енергією. Звуження в трубі зменшує потік води. Також діє опір в електричної ланцюга.

Тепер уявіть, що ви можете ввести в цю систему труб якийсь вимірювальний пристрій, який дозволить визначати кількість води, що протікає через нього за секунду. Зверніть увагу, що тут я говорю лише про те, скільки води протікає через одне випадково обране місце в трубі, а не про загальну кількість води в трубах. Так само ми говоритимемо про силу струму в ланцюгу: сила струму — це кількість електронів, які протікають через певну точку ланцюга на секунду.

Знайомтеся: вимикач

Ви користуєтеся вимикачами щоразу, коли запалюєте або гасите світло. Коли світло в кімнаті горить, вимикач становить частину замкнутого ланцюга, раз лампою проходить струм. Але що відбувається, коли вимикач розмикають? Відбувається те саме, що при роз'єднанні дроту в ланцюгу: струм через лампу переривається, і лампа гасне, так само як у розімкнутому ланцюгу, показаному вище.

Навколо себе ви можете знайти різні вимикачі, і це дуже прості пристрої. Вони з'єднують два дроти, щоб замкнути ланцюг, і роз'єднують їх, щоб розімкнути його. Навіть знаючи лише це, можна створювати непогані схеми, чим ми й збираємось зайнятися.

Проект: охоронна сигналізація

Вимикач можна зробити з різних речей — навіть з дверей. У цьому проекті ви перетворите двері на величезний вимикач, щоб створити охоронну сигналізацію, яка видаватиме попереджувальний сигнал щоразу, коли хтось спробує увійти до кімнати.

Щоб створити таку сигналізацію, потрібно прикріпити до дверей кілька дротів і смужку алюмінієвої фольги таким чином, щоб при закритих дверях ланцюг був розімкнутим інічого не відбувалося, а при відчиненні дверей ланцюг замикався, включаючи зумер.

Над дверима ми повісимо оголений (неізольований) провід, а на верхній край дверей наклеїмо смужку фольги і з'єднаємо ці елементи з різними кінцями електричного кола, до складу якого входить зумер. При відкриванні дверей звисаючий оголений дріт торкнеться фольги і тим самим замкне ланцюг, змусивши зумер звучати.

Матеріали та інструменти:

Зумер. Зумери бувають пасивними та активними. Пасивним потрібен вхідний сигнал звукової частоти, а активним лише напруга. Для цього проекту вам знадобиться активний зумер, який працює від напруги 9–12 В (наприклад, KPIG2330E від KEPO. Підійде також зумер, який продається в магазинах автозапчастин під назвою "Індикатор звуковий (повторювач)" або "Звуковий повторювач поворотів", розрахований на напруга 12).
Стандартна батарея 9 В для живлення ланцюга.
Роз'єм для підключення батарейки до ланцюга (колодка або клема для "Крони" з проводами).
Алюмінієва фольга.
Неізольований провід. Підійдуть гнучкий мідний дріт без ізоляції (не переплутайте з обмотувальним емальованим дротом, такий не годиться), стара гітарна струна або щось подібне.
Стрічка для кріплення всіх елементів. Це може бути ізолента, скотч тощо.
Шматочки (бокорізи) для обрізання дроту та видалення ізоляції з проводів.
Ножиці (не обов'язкові). Ними зручно різати фольгу.

Крок 1. Перевірка зумера. Насамперед перевірте, чи працює зумер. Притисніть його червоний провід до позитивного (+) виведення батареї, а його чорним проводом торкніться її негативного (-) виведення. Зумер повинен видати гучний звук. Якщовід'єднати будь-який з його дротів від батарейки, звук повинен припинитися, оскільки ланцюг буде розімкнена.

Крок 2. Підготовка фольги. Відріжте ножицями смужку фольги шириною близько 2,5 см і довжиною на всю ширину рулону.

Крок 3. Закріплення фольги на дверях. Закріпіть обидва кінці смужки фольги на верхньому краю дверей двома шматочками клейкої стрічки. Ця смужка буде контактом для дротів від батарейки та зумера.

Крок 4. Підготовка контактного проводу. Візьміть шматок неізольованого проводу завдовжки близько 25 см.

Крок 5. З'єднання зумера з контактним дротом. З'єднайте один кінець контактного дроту з оголеним кінцем чорного дроту роз'єму для підключення батареї. Зробити це просто: скрутіть разом неізольовані кінці цих дротів і обмотайте скрутку шматком ізоленти.

Після цього тим самим способом з'єднайте червоний провід роз'єму для підключення батарейки з червоним проводом зумера.

Крок 6. Встановлення зумеру та контактного дроту. Тепер встановіть зумер та контактний провід над дверним отвором. Спочатку клейкою стрічкою прикріпіть контактний провід до притолок дверей таким чином, щоб, коли двері зачинені, він звисав перед дверима, а при її відкриванні лягав на смужку фольги.

Тепер клейкою стрічкою закріпіть над притолокою зумер так, щоб його чорний провід міг торкатися смужки фольги на дверях. Неізольований кінець цього дроту прикріпіть клейкою стрічкою до фольги.

Крок 7. Підключення джерела живлення. Закріпіть батарею над дверима і підключіть до неї роз'єм. Тепер ваша сигналізація має виглядати приблизно так:

Крок 8. Перевірка сигналізації. Перевірте роботу сигналізації. При відкриттіДвері оголений контактний провід повинен торкнутися фольги на двері, включивши тим самим зумер, який видасть гучний звук. Щоб перевірка була більш достовірною, попросіть когось іншого відчинити двері.

Крок 9. Якщо сигналізація не працює. Якщо при відкриванні дверцят зумер не вмикається, треба спробувати відрегулювати положення контактного дроту так, щоб при відкриванні дверей він точно торкався фольги. Якщо торкання відбувається правильно, спробуйте замінити батарейку. Якщо це не допоможе, перевірте з'єднання проводів роз'єму батареї з проводами схеми і, якщо знадобиться, виконайте їх заново.