Эксперимент

Ю.А.Борисов, школа № 6, г. Волжск, Республика Марий Эл
volgabor@rambler.ru

Интересные демонстрации

1. Экранирующее действие проводников. Традиционные опыты с гибкой металлической сеткой, на которую повешены полоски бумаги, позволяют продемонстрировать отсутствие электростатического поля внутри проводников. Демонстрацию экранирующего действия проводников для переменного электромагнитного поля радиочастотного диапазона можно выполнить с помощью транзисторного радиоприёмника с автономным (обязательно) электропитанием и алюминиевой фольгой. Фольгу расстилают на демонстрационном столе, на неё устанавливают радиоприёмник, настроенный на радиостанцию с достаточно высоким уровнем громкости. Звучащий радиоприёмник оборачивают фольгой со всех сторон так, чтобы свободный конец фольги оказался под ним и прижимался им к другому концу фольги для лучшего электрического контакта. Теперь радиоприёмник «молчит». Объясняют, что, когда радиоприёмник завёрнут в фольгу, электромагнитная волна не доходит до его антенны, поскольку фольга экранирует её электрическую составляющую. Затем разворачивают фольгу – и радиоприёмник снова «звучит». Демонстрация вызывает неподдельный восторг учащихся.

2. Применение пьезозажигалки. В опытах по электростатике с успехом можно использовать бытовую пьезозажигалку, надо лишь снабдить её указателем знаков зарядов и снять металлический кожух. Отмечают, что при движении рычажка зажигалки «вперёд» и «назад» знаки зарядов на соответствующих электродах меняются. При работе зажигалки образуется разность потенциалов 15–20 кВ, что вполне достаточно, например, для демонстрации передачи зарядов шарам или гильзам, взаимодействия зарядов, работы электроскопа и электрометра, фотоэффекта и др.

3. Моделирование размагничивания корабля. Из обыденной жизни известно, что стальные предметы (швейные иглы, отвёртки и т.д) легко намагничиваются. Аналогично намагничиваются и крупные объекты, например, морские военные корабли. Во Второй мировой войне широко использовались мины магнитного действия. Установленный в них магнитный датчик в результате изменения магнитного поля при прохождении над миной намагниченного корабля срабатывал, и происходил взрыв. Чтобы защитить корабль от таких мин, были организованы службы размагничивания кораблей. Внутри корпуса формировали обмотки с вертикальным и горизонтальным расположением осей. Измеряли магнитное поле корабля, и по обмоткам пропускали электрический ток таких направления и силы, чтобы размагнитить корпус. Эту процедуру время от времени повторяли. Для современных морских кораблей и катеров обмотки выполняют сразу при их строительстве на верфи.

Для демонстрации работы магнитных мин и защиты от них на демонстрационном столе помещается магнитная стрелка, ориентированная вдоль линии юг–север. В этом же направлении располагают изготовленный из плотной бумаги указатель. Приблизительно на высоте 40 см над стрелкой в направлении, перпендикулярном её оси, рукой медленно проносят полосовой магнит, – магнитная стрелка поворачивается, стремясь установиться вдоль оси магнита. Видно, что «датчик» реагирует на «корабль». Чтобы размагнитить магнит, его помещают в катушку, подключённую к клеммам переменного напряжения УИП. Включают источник при максимальном напряжении и, вращая ручку регулятора, уменьшают ток до нуля. Снова проносят магнит над магнитной стрелкой на той же высоте – стрелка не шелохнётся, значит, «датчик мины» не сработал. Часто учащиеся просят снова намагнитить магнит. Для этого его помещают в катушку с большим числом витков и пропускают по ней постоянный ток максимально возможной силы. Направление поля магнита определяют с помощью стрелки.

4. Наблюдаем кристаллы поваренной соли. Для демонстрации целесообразно использовать аппарат «Лэти», который обладает большим увеличением и высококачественной оптической системой. Из «Лэти» извлекают кассету для плёнки и прямо на проекционное стекло кассеты наносят каплю насыщенного раствора поваренной соли. Затем на воздухе без подогрева каплю высушивают, и образец готов. В центре демонстрационного поля образца выросли монокристаллы поваренной соли, а по краям – поликристаллы. Образец может сохраняться несколько месяцев, затем, по-видимому, вследствие сублимации соли, рёбра кристаллов сглаживаются.

5. Наблюдаем анизотропию на примере бумаги. Хорошим пособием для демонстрации анизотропии свойств материалов является обычная бумага. Из литературы известно, что бумага – это связанные между собой древесные волокна длиной 2–4 мм и толщиной 30–50 мкм, которые имеют кристаллические и аморфные участки. Свойства волокон вдоль их осей и в перпендикулярном к ним направлении различны. При производстве бумаги оси волокна располагаются в плоскости листа, но не абсолютно хаотично. В результате механического взаимодействия с катками бумагоделательной машины они преимущественно ориентируются в направлении движения бумажного полотна. Поэтому появляется анизотропия свойств в так называемом машинном и поперечном к нему направлениях. Наибольшую анизотропию имеет бумага, изготовляемая на высокоскоростных машинах, например, газетная.

Самое простое – это демонстрация анизотропии механических свойств. Берут газету и рвут её в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В одном направлении линия разрыва ровная, в другом – рваная, потому что в первом случае (поперечное направление) механическая прочность меньше. Этот опыт и позволяет определить машинное направление – вдоль ровной линии разрыва.

Для демонстрации анизотропии при изгибе вырезают две одинаковые полоски длиной около 15 и шириной около 2 см в машинном и поперечном направлениях. Складывают их вместе (полоска, вырезанная в поперечном направлении, – снизу) и, держа полоски за один конец, демонстрируют, что изгиб нижней полоски больше. Затем переворачивают полоски, оставляя нижнюю внизу, и опять наблюдают её больший изгиб.

Отмечают, что для бумаги характерна анизотропия всех физико-механических свойств.

6. Демонстрация диффузии [на самом деле – это не диффузия, как часто принято думать, а капиллярные свойства. – Ред.] бумаги. Сначала надо приготовить чернила: в закрывающийся крышкой флакон наливают приблизительно 4 мл нашатырного спирта, помещают туда полтаблетки измельченного гидроперита и приблизительно 1,5 г порошка меламина. Содержимое перемешивают встряхиванием и ждут около часа. Красящее вещество в этих чернилах – меламин, окисленный гидроперитом, а аммиачная вода является его растворителем. (Отметим, что меламином окрашивают волосы в чёрный цвет.)

Чернилами с помощью плакатного пера на среднем листе чистой ученической тетради выполняют надпись или рисунок и дают впитаться в бумагу в течение нескольких минут. Избыток чернил удаляют промокашкой [т.е. в начале опыта чернила должны быть в состоянии капиллярной конденсации на волокнах бумаги. – Ред.] Затем тетрадь закрывают, кладут на плоский стол и, чтобы покрепче прижать листы друг к другу, помещают сверху пресс. С течением времени чернила проникают через листы бумаги, окрашивая их. Уже через 4 ч текст появляется на соседнем листе, а в дальнейшем – и на следующих. Через двое суток текст проявляется на шестой странице, считая от исходной, что и показано на фото.

Ещё раз подчёркиваем, что это, на наш взгляд, не диффузия, а капиллярные явления. – Ред.