Зачем нужен электродинамический телефон - Большой телефонный справочник предприятий

Сущность изобретения: электродинамический телефон состоит из магнитопровода, предпочтительно в форме полого цилиндра с центральным стержнем, имеющего воздушный зазор, пересекающий магнитный поток в магнитопроводе, и по меньшей мере одно акустическое отверстие, катушки, соединяемой с источником электрического сигнала, укрепленной на центральном стержне плоского магнита, размещаемого в воздушном зазоре, намагниченного перпендикулярно плоскости и соединенного с звукоизлучающей диафрагмой непосредственно. 1 ил.

Предлагаемое устройство является электроакустическим преобразователем, предназначенным преимущественно для использования в качестве телефона.

При использовании с указанной целью электродинамического преобразователя с подвижной катушкой [1] возникают технологические трудности, связанные с малыми размерами катушки и малой величиной зазоров, в которых она перемещается в процессе функционирования.

Известен электродинамический преобразователь с неподвижными катушками и подвижным магнитом [2] конструкция которого позволяет уменьшить величину рабочего зазора до величины, определяемой амплитудой колебаний подвижной системы, а не до величины, определяемой технологическими ограничениями, и за счет этого, равно как за счет увеличения массы обмотки, поскольку она неподвижна и не влияет на частотные свойства, получить коэффициент полезного действия равным или большим, чем у преобразователя с подвижной катушкой и магнитом большей массы.

В данном преобразователе предусмотрено встречное намагничивание переменным током противостоящих полюсов четырехполюсного магнитопровода, между которыми размещен подвижный магнит, связанный через специальный элемент связи со звукоизлучающей диафрагмой. Такое построение преобразователя ведет к образованию пары зазоров, в которых не возникает силы, возбуждающей колебаний магнита, что ведет к уменьшению индукции в зазорах, в которых эта сила возникает. При одинаковой величине зазоров такое положение вдвое уменьшает отдачу при одном и том же магните, в сравнении с отдачей достижимой при наличии в магнитной цепи одной пары зазоров. Наличие элемента связи между магнитом и звукоизлучающей диафрагмой вносит дополнительные частотные искажения за счет резонансных свойств элемента связи.

Для устранения указанных недостатков преобразователя по [2] необходимо исключить из конструкции неэффективные для процесса преобразования зазоры и элемент связи между звукоизлучающей диафрагмой и колеблющимся магнитом. Этим условиям соответствует устройство, показанное на чертеже.

Оно состоит из магнитопровода, предпочтительно в форме полого цилиндра с центральным стержнем 1, имеющего рабочий зазор 2, полностью пересекающий магнитный поток индуцируемый в магнитопроводе, катушки с током 3, неподвижно закрепленной на центральном стержне магнитопровода, плоского магнита 4, поляризованного перпендикулярно к плоскости и размещенного в рабочем зазоре, непосредственно связанной с магнитом звукоизлучающей диафрагмы 5, магнитопровод имеет при этом по меньшей мере одно акустическое отверстие 6.

Функционирует устройство следующим образом. При подаче на катушку переменного тока звуковой частоты происходит перемагничивание магнитопровода, что ведет к образованию в зазоре переменного магнитного поля, которое, взаимодействуя с полем постоянного магнита, вызывает колебания последнего и связанной с магнитом диафрагмы, передающей, в свою очередь, колебания воздуху.

С учетом того, что плоский магнит и сам может выполнять функцию диафрагмы, будучи соединен с магнитопроводом посредством гибкого подвеса, использование диафрагмы все-таки представляется рациональным из энергетических соображений, поскольку КПД устройства при прочих равных условиях пропорционален квадрату радиуса диафрагмы и обратно пропорционален квадрату колеблющейся массы [3] Нелинейность преобразования в данном устройстве не возникает при исходной асимметрии положения магнита в зазоре и линейной деформационной характеристике подвеса, но возникает вторая гармоника преобразуемого сигнала при использовании магнита из электропроводящего материала, т.к. индуцируемый переменным магнитным потоком в теле магнита электрический ток на одной полуволне сигнала усиливает поле магнита, а на противофазной ослабляет.

В данном устройстве предпочтительно использовать феррит в качестве материала магнитопровода, поскольку используется очень короткий (для магнитного потока) постоянный магнит, не создающий в материале магнитопровода значительной напряженности поля, подразумевая под словом «значительная» — напряженность поля в единицы-десятки килоампер/метр, что имеет место в преобразователе с подвижной катушкой. Использование феррита снижает потери на переменном токе и повышает КПД, особенно на высоких звуковых частотах. В таком виде устройство применимо в качество громкоговорителя высоких частот.

Формула изобретения

Электродинамический телефон, состоящий из магнитопровода, предпочтительно в форме полого цилиндра с центральным стержнем, имеющего воздушный зазор, пересекающий магнитный поток в магнитопроводе, и по меньшей мере одно акустическое отверстие, катушки, соединяемой с источником электрического сигнала, укрепленной на центральном стержне, магнита, размещаемого в воздушном зазоре, и звукоизлучающей диафрагмы, отличающийся тем, что магнит выполнен плоским и намагничен перпендикулярно плоскости, а звукоизлучающая диафрагма соединена с магнитом непосредственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Источник

Электродинамический телефон

1. Телефон, действие которого основано на изменении силы воздействия на подвижную индуктивную катушку, возникающей при взаимодействии магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом и переменным током, протекающим по обмотке катушки, жестко связанной с мембраной телефона

Употребляется в документе:

ГОСТ 19472-88

Система автоматизированной телефонной связи общегосударственная. Термины и определения

Телекоммуникационный словарь.
2013.

Смотреть что такое «Электродинамический телефон» в других словарях:

электродинамический телефон — Телефон, действие которого основано па изменении силы воздействия на подвижную индуктивную катушку, возникающей при взаимодействии магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом и переменным током, протекающим по обмотке катушки, жестко… … Справочник технического переводчика
Электродинамический телефон — 333 . Электродинамический телефон Телефон, действие которого основано на изменении силы воздействия на подвижную индуктивную катушку, возникающей при взаимодействии магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом и переменным током,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 19472-88: Система автоматизированной телефонной связи общегосударственная. Термины и определения — Терминология ГОСТ 19472 88: Система автоматизированной телефонной связи общегосударственная. Термины и определения оригинал документа: Circuit group telephone network traffic capacity 68 Определения термина из разных документов: Circuit group… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Наушники — У этого термина существуют и другие значения, см. Наушники (значения) … Википедия
Звукоподводная связь — связь, осуществляемая в водной среде посредством излучения и приёма модулированных звуковых или ультразвуковых колебаний. З. с. пользуются для двусторонней связи между судами или между судами и береговыми объектами, между надводными… … Большая советская энциклопедия
Наушник — Головные телефоны Sennheiser HD280pro Наушники (встречается также дословный перевод с английского headphones головные телефоны) устройство для персонального прослушивания речи, музыки или иных звуковых сигналов. В комплекте с микрофоном могут… … Википедия
Наушники (аудиоустройство) — Головные телефоны Sennheiser HD280pro Наушники (встречается также дословный перевод с английского headphones головные телефоны) устройство для персонального прослушивания речи, музыки или иных звуковых сигналов. В комплекте с микрофоном могут… … Википедия

Источник

Электродинамический телефон

Cтраница 1

Электродинамические телефоны имеют небольшую чувствительность, вследствие чего они не нашли применения в телефонных аппаратах. Электродинамические телефоны используются главным образом для измерительных целей.
[2]

Кроме электромагнитных и электродинамических телефонов, в телефонных аппаратах могут применяться пьезоэлектрические телефоны, действие которых основано на пьезоэффекте. В качестве пьезоэлемента в подобных телефонах используются обычно пластины, вырезанные из кристаллов сегнетовой соли. Пьезоэлектрические телефоны по эффективности ( отдаче, чувствительности) уступают телефонам электромагнитного типа с простой магнитной системой, однако они имеют значительно меньшую стоимость. Пьезоэлектрические телефоны не нашли применения в телефонных аппаратах, так как обладают рядом существенных недостатков, основным из которых является большая зависимость их чувствительности от температуры. Так, например, при температуре 54 — т — 56 С и выше они совершенно отказывают в работе. Кроме того, сегнетовая соль гигроскопична, поэтому пьезоэлемент необходимо изолировать от окружающей среды — воздуха, что весьма усложняет конструкцию телефона и делает его практически ке пригодным для эксплуатации.
[4]

Качественные показатели электродинамических телефонов значительно лучше, чем у электромагнитных. Они имеют более равномерную частотную характеристику и меньшие нелинейные искажения.
[5]

Существуют также электродинамические микрофоны, устроенные подобно электродинамическим телефонам.
[6]

Как следует из выражения для чувствительности телефона, приведенного выше, для получения равномерной частотной характеристики электродинамического телефона механическое сопротивление его подвижной системы также должно быть упругим, поскольку электрическое сопротивление активное. Качественные показатели электродинамических телефонов значительно лучше, чем у электромагнитных. Они дают более равномерную частотную характеристику и меньшие нелинейные искажения.
[7]

Последние подавались испытуемому через головные электродинамические телефоны на оба уха. Пороги восприятия определялись до экспозиции шума и спустя 2 мин после ее окончания.
[11]

Широкополосность характеристики ( разность между крайними частотами, воспроизводимыми без искажений) определяет качество громкоговорителя; у уличных громкоговорителей она невелика ( и на характеристике имеются резонансные пики); этим объясняется низкое качество звука, даваемого такими приборами. На таком же принципе построены и электродинамические телефоны; только диффузор заменен в них небольшой мембраной.
[12]

Телефоны, построенные на электродинамическом способе преобразования, распространены меньше электромагнитных. По конструкции они разделяются на диффузорные и капсюльные. В первых основой конструкции является небольшой диффузорный громкоговоритель, заключенный в корпус; во вторых — небольшая магнитная система с подвижной системой и куполообразной диафрагмой. Как следует из выражения для чувствительности телефона, приведенного выше, для получения равномерной частотной характеристики электродинамического телефона механическое сопротивление его подвижной системы также должно быть упругим, поскольку электрическое сопротивление активное.
[13]

Страницы:

Источник

9.1. ДЕТАЛИ ТЕЛЕФОННЫХ АППАРАТОВ

9.1.1. Телефон

Телефоном называется устройство (прибор), с помощью которого электрические колебания преобразуются в звуковые. Такой преобразователь предназначен для работы в условиях нагрузки на ухо человека. По конструктивным особенностям телефоны подразделяются на электромагнитные, электродинамические, с дифференциальной электромагнитной системой и пьезоэлектрические.

Принцип работы электромагнитного телефона основан на изменении силы, действующей на ферромагнитные мембрану или якорь. Изменение происходит за счет взаимосвязи магнитных пороков, создаваемых постоянным магнитом и электромагнитом телефона. Телефон, колебание мембраны которого обеспечивается переменной по величине силой, действующей в одном направлении, называется телефоном с простой электромагнитной системой.

Более сложное устройство имеют телефоны электродинамические и с дифференциальной электромагнитной системой. Работа электродинамического телефона основана на изменении силы, действующей на подвижную катушку, жестко связанную с мембраной. Это происходит в результате взаимодействия магнитных потоков постоянного магнита и создаваемого переменным током, протекающим по обмотке этой катушки, находящейся в поле этого магнита. В телефоне с дифференциальной электромагнитной системой колебание мембраны происходит под действием разности двух сил, влияющих на якорь, жестко связанный с мембраной.

Принцип действия пьезоэлектрического телефона основан на я млении деформации связанных с мембраной пластинок из пьезоматериалов при подключении их к источнику переменного напряжения звуковой частоты.

Наибольшее распространение получили электромагнитные телефоны, однако в некоторых аппаратах используются также телефоны электродинамические и с дифференциальной электромагнитной системой. В простых телефонных аппаратах общего применения используются капсюльные телефоны. Все детали такого телефона смонтированы в отдельном корпусе, являющемся сменным элементом телефонного аппарата.

Отечественной промышленностью до 1970 г. поставлялись телефонные капсюли ТА-47 и ТА-4, которые находятся в эксплуатации и в настоящее время. С 1969 г. поставляются только телефонные капсюли ТА-67.

9.1.2. Микрофон

Микрофоном называется устройство (прибор), предназначенное для преобразования звуковых колебаний речи в электрические колебания. Микрофоны могут быть угольными, конденсаторными, электромагнитными, электродинамическими и пьезоэлектрическими.

В старых телефонных аппаратах общего применения распространение получили угольные микрофоны, действие которых основано на изменении электрического сопротивления угольного порошка при возбуждении мембраны звуковыми колебаниями.

Отечественной промышленностью до 1970 г. поставлялись капсюльные микрофоны типа МК-10, которые находятся в эксплуатации и в настоящее время. С 1969 г. выпускаются микрофонные капсюли только типа МК-16.

9.1.3. Звонок

Звонок в телефонном аппарате служит для приема сигналов вызова АТС и представляет собой электромагнитное устройство, преобразующее вызывной электрический сигнал переменного тока в звуковой сигнал, создаваемый ударами бойка о звонковые чашки. Он преобразует энергию электрических колебаний низкой частоты (16, 25, 50 Гц) в энергию акустических колебаний звуковых частот. В телефонных аппаратах применяют поляризованные звонки, размещаемые обычно внутри аппаратов. Принципиально такой звонок состоит из электромагнита, постоянного магнита, якоря с бойком и двух чашек. Постоянный магнит создает постоянную полярность сердечника, вследствие чего звонок и называется поляризованным.

При прохождении по обмоткам электромагнитов переменного тока создаваемый ими переменный магнитный поток взаимодействует с магнитным потоком постоянного магнита и попеременно ослабляет силу притяжения одного и увеличивает силу притяжения другого электромагнита. Вследствие этого якорь приводится в движение, и скрепленный с ним боек ударяет по чашке звонка. В течение одного периода переменного тока боек ударит по каждой чашке звонка один раз. При переменном токе частотой 25 Гц боек ударит по чашкам 50 раз. Звонки в телефонных аппаратах АТС обычно работают от переменного тока частотой 16…25 Гц.

К схеме телефонного аппарата звонок может быть подключен двумя способами:

— цепь звонка при переключении схемы аппарата из состояния приема вызова в разговорное состояние выключается контактами рычажного переключателя;

— цепь звонка в разговорном состоянии схемы остается подключенной параллельно линейным зажимам. Поскольку сопротивление этой цепи для разговорных токов велико, влияние ее на приемопередачу будет незначительным.

9.1.4. Трансформатор

Трансформатор телефонного аппарата предназначен для связи отдельных элементов разговорной части схемы, а также для согласования их сопротивлений с входным сопротивлением линии.

В современных телефонных аппаратах применяют трансформаторы низкой частоты с сердечником стержневого типа. В телефонных аппаратах распространение получили трансформаторы с тремя обмотками: линейной, балансной и телефонной. Применяются трансформаторы с двумя обмотками. В зарубежных трансформаторах некоторых модификаций используются трансформаторы с четырьмя и пятью обмотками, из которых дополнительные обмотки применяются для включения» элементов в различных контурах схемы. В цепи балансного контура реже применяют бифилярную обмотку, являющуюся чисто активным сопротивлением.

В аппаратуре используются также автотрансформаторы, имеющие одну обмотку с одним или несколькими промежуточными выводами.

9.1.5. Другие детали

Наиболее важными из них являются фриттер и автоматический регулятор уровней (АРУ). Фриттер (ограничитель напряжения) служит для предохранения уха разговаривающего по телефону от акустических ударов, возникающих вследствие резкого увеличения звукового давления, развиваемого телефоном при повышенных импульсах напряжения. Он также защищает слух от щелчков и тресков, появляющихся из-за кратковременного нарушения электрических контактов в номеронабирателях, искателях, шнурах и других устройствах вследствие изменения их сопротивления. На коротких линиях фриттер позволяет снизить уровень громкости сигнала.

В качестве фриттеров используют некоторые типы варисторов, полупроводниковых диодов. Он подключается параллельно телефону и представляет собой активное нелинейное сопротивление, шунтирующее действие которого возрастает при увеличении напряжения на зажимах аппарата.

АРУ обеспечивает постоянство уровней передачи, приема и местного эффекта независимо от длины (затухания) абонентской линии. Он также позволяет уменьшить излишнюю громкость и возможность зуммирования на коротких абонентских линиях, громкость переходных разговоров и уровень принимаемого шума.

Используемые в некоторых телефонных аппаратах АРУ основаны на двух способах регулирования уровня приема и передачи:

— с введением дополнительных обмоток трансформатора или воздействием на него, например путем шунтирования одной из обмоток;

— с возможностью шунтирования при приеме входа аппарата или телефона, а при передаче — микрофона или других участков схемы микрофонной цепи.

В качестве регулирующих элементов обычно используют варисторы, полупроводниковые диоды и другие элементы.

9.2. СХЕМЫ ТЕЛЕФОННЫХ АППАРАТОВ

При любой существующей схеме телефонного аппарата возникает явление так называемого местного эффекта-прослушивания окружающих шумов и собственной речи в телефоне аппарата. Для устранения местного эффекта разработаны противоместные схемы, которые используются в современных аппаратах. В зависимости от способа включения телефона и микрофона различают противоместные схемы телефонных аппаратов мостового и компенсационного типов. Выбор схемы в основном обусловливается электрическими характеристиками телефона и микрофона, а также удобством и экономичностью построения электрических цепей. В современных телефонных аппаратах наибольшее распространение получили противоместные схемы мостового типа. Каждая схема телефонного аппарата состоит из коммутационно-вызывной и разговорной частей.

Основными элементами коммутационно-вызывной части схемы являются рычажной переключатель, звонок, разделительный конденсатор и номеронабиратель, а разговорной части — телефон, микрофон, трансформатор и балансный контур. С помощью балансного контура, состоящего из резисторов и конденсаторов, создается цепь разговорного тока, позволяющая ослабить местный эффект, т. е. прослушивание окружающих шумов и собственной речи в телефоне аппарата, с которого ведется разговор. Сопротивление балансного контура переменному току в полосе частот 300…3400 Гц должно быть возможно близким к входному сопротивлению абонентской линии.

Противоместная схема мостового типа (рис. 9.1, а) монтируется таким образом, что микрофон ВМ, телефон BF, балансный контур Z_б и линия Z_л, связаны между собой тремя обмотками трансформатора TV: линейной I, балансной II и телефонной III. При этом телефон с другими частями схемы имеет только индуктивную связь.

Во время разговора, когда микрофон является генератором переменной электродвижущей силы (э.д.с.), разговорные токи проходит по двум цепям: линейной (микрофон ВМ, обмотка I трансформатора TV, клемма Л1, линия Z_л, клемма Л2, микрофон ВМ) и балансной: микрофон ВМ, обмотка II трансформатора TV, балансный контур Z_б, микрофон ВМ). Передача исходящего разговора происходит за счет протекания тока в линейной цепи. Разговорные токи в балансной цепи обеспечивают противоместность схемы аппарата. В обмотках I и II трансформатора токи протекают в противоположных направлениях, создавая два магнитных поля, которые в свою очередь вызывают появление в сердечнике магнитопровода трансформатора двух противоположных по направлению магнитных потоков. Результирующий магнитный поток при этом будет значительно ослаблен, вследствие чего в обмотке III TV будет индуцироваться незначительная э.д.с. и собственный голос в телефоне практически прослушиваться не будет.

Полное устранение местного эффекта может быть достигнуто только на одной вполне определенной частоте и вполне определенной линии, что в реальных условиях не выполнимо, поскольку речевой сигнал содержит весьма широкий спектр частот, а параметры линии колеблются в значительных пределах. Поэтому местный эффект полностью не уничтожается, а только ослабляется.

Во время приема разговора поступающий с линии в телефонный аппарат разговорный ток проходит по цепи: Z_л, клемма Л1, обмотки I и II трансформатор» TV, балансный контур Z_б, клемма Л2, линия Z_л. Частично ток Ответвляется через микрофон ВМ.

Ток в обмотках I и II трансформатора имеет одно направление, вследствие чего создаваемые им магнитные потоки будут складываться. Суммарный магнитный поток индуктирует в обмотке III трансформатора э.д.с., создающую ток в обмотках телефона, который и воспроизводит речь, переданную с другого аппарата.

Рис. 9.1. Принципиальные схемы телефонных аппаратов и цепей:

_{а) противоместная мостовая схема; б) противоместная компенсационного типа; в) вызывная цепь; г) импульсная цепь}

Противоместная схема компенсационного типа (рис. 9.1, б) отличается от мостовой тем, что микрофон ВМ, телефон BF, балансный контур Z_б и линия Z_л, связаны между собой четырьмя обмотками трансформатора: линейной I, балансной II, телефонной III и компенсационной IV. В такой схеме телефон с другими частями схемы имеет не только индуктивную, но и гальваническую (непосредственную) связь через обмотку IV, намотанную бифилярно (компенсационную обмотку R_н).

При передаче разговора ток проходит по двум цепям: линейной (микрофон ВМ, обмотка I трансформатора TV, клемма Л1, линия Z_л клемма Л2, микрофон ВМ) и балансной (микрофон ВМ, обмотки IV и II трансформатора TV, балансный контур Z_б, микрофон ВМ). Одновременно ток пройдет по параллельной цепи через телефон и обмотку III трансформатора TV.

Исходящий разговор передается за счет прохождения разговорного тока в линейной цепи. Разговорный ток в балансной цепи протекает по двум параллельным ветвям: 1) через телефон BF и обмотку III трансформатора TV и 2) через обмотку IV трансформатора Т. Для переменного разговорного тока сопротивления этих ветвей будут неодинаковы. Чисто активное сопротивление обмотки IV не зависит от частоты переменного тока, а сопротивление i обмоток телефона BF и III трансформатора TV имеет индуктивный характер и возрастает с увеличением частоты. Вследствие этого большая часть тока пойдет через сопротивление R_к и обмотку II трансформатора TV. Поэтому, пренебрегая током, проходящим через обмотки телефона BF и III трансформатора TV, балансную цепь можно представить в следующем виде: микрофон ВМ, обмотки IV и II трансформатора TV, балансный контур Z_б, микрофон ВМ.

Таким образом, разговорный ток, проходя по обмоткам I и II трансформатора в противоположных направлениях, создает разностный результирующий магнитный поток, который индуцирует в обмотке III TV переменную э.д.с. Величины результирующего магнитного потока индуцируемой э.д.с. и их направления определяются степенью согласованности параметров линии и телефонного аппарата. Одновременно разговорный ток, проходя через сопротивление R_к, вызовет падение напряжения на нем. Для полной противоместной схемы аппарата необходимо, чтобы э.д. с, индуцируемая в обмотке III TV, и падение напряжения на R_к были равны по величине и противоположны по фазе. В этом случае телефон окажется подключенным.

9.3. ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

9.3.1. Простой телефон [24]

Схема этого телефонного аппарата (рис. 9.2) обладает следующими отличительными свойствами по сравнению с широко известными:

• в вызывном устройстве отсутствует высоковольтный разделительный конденсатор, и оно постоянно включено в шлейф телефонной линии;

• использование в качестве микрофонного и телефонного усилителей микросхем К1436УН1 (аналог МС34119) позволило сократить до минимума количество элементов «обвязки» разговорного узла.

Рис. 9.2. Схема простого телефонного аппарата

Данный телефон позволяет принять вызов и провести разговор. Его можно использовать для кухни, ванной комнаты и т. д. Разместить можно в корпусе детской игрушки, в пенале от зубной щетки. При желании схему можно дополнить и номеронабирателем. Микросхема звонка К1436АП1 (аналог DBL5001/2) включена по стандартной схеме. Единственное отличие — в цепь питания микросхемы включен стабилитрон VD2 с напряжением стабилизации 82 В. Благодаря ему вызывное устройство не шунтирует телефонную линию при наборе номера и при разговорном соединении.

Разговорный узел собран на микросхемах DA2 и DA3. Конденсатор С3 и резистор R6 — фильтр питания для микрофона ВМ1. С7 — блокировочный. Нагрузкой микросхемы DA2 является резистор R8. Схема подавляет местный эффект. Регулировка ее производится резистором R9.

При стабильных параметрах R5, ВМ1, R7, R8 резистор R9 можно заменить на два постоянных резистора.

Величина сигнала для телефона BF1 устанавливается резистором R10. Микросхема DA3 питается от параметрического стабилизатора R6-VD4-C5. Конденсатор С8 — блокировочный.

Из-за простоты и хорошей повторяемости эту схему можно использовать для улучшения старых телефонных аппаратов.

9.3.2. Усилитель к телефону

Предлагается конструкция, простая в изготовлении и легко присоединяемая к аппарату. Питание усилителя осуществляется от телефонной сети, как и в аппаратах последних моделей. Собирается он всего на одном транзисторе VT1, включенном по схеме с общим эмиттером (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Схема усилителя к телефонному аппарату

Стоящий на входе переменный резистор R1 позволяет регулировать уровень сигнала, поступающего на линию. Режим транзистора по постоянному току задает резистор R2, а с эмиттерной нагрузки R3 усиленный звуковой сигнал через разделительный конденсатор С2 поступает на «наушник» BF1 телефонной трубки. Кроме усилителя, на рисунке дан фрагмент схемы аппарата «Спектр-3», с которым схожи многие модели прошлых выпусков. Для них характерны дисковый номеронабиратель и угольный микрофон. Именно на последнем образуется во время разговора постоянное напряжение порядка 8…16 В, которое используется в качестве источника питания усилителя. Таким образом, по постоянному току усилитель присоединен параллельно микрофону. Роль диода VD1 — защитить усилитель от повышенного напряжения обратной полярности, когда трубка снята во время звонка. Броски напряжения прямой полярности усилителю не страшны, поскольку здесь применены достаточно высоковольтные транзистор КТ3157А и конденсаторы типа К50-24. Другие детали — переменный резистор СП-0,4 и постоянные МЛТ-0,25.

Усилитель собирают на односторонне фольгированной плате, эскиз которой со стороны печатных проводников приведен на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Печатная плата усилителя к телефонному аппарату

Изолирующие границы проводящих участков получают сквозным прорезанием фольги. На рисунке показана также распайка выводов радиоэлементов, находящихся с обратной стороны, и внешние соединения платы с узлами телефонного аппарата и вынесенным резистором-регулятором R1.

Налаживают усилитель перед его установкой в телефон. Для этого к местам платы, которые должны соединяться с клеммами «б» и «к» аппарата, подают соответственно «+» и «—» от любого источника постоянного тока с напряжением 9 В. В разрыв одной из них включают, соблюдая полярность, миллиамперметр с пределом измерения порядка 10 мА. Подбирая при необходимости номинал резистора R2, устанавливают величину коллекторного тока около 4 мА, после чего плату помещают в корпус телефона.

Отыскать места для присоединения усилителя несложно. Сняв донышко аппарата, увидим три провода, идущих внутрь от спирального шнура трубки. Они разного цвета — зеленого, белого и красного. Клеммы, к которым они присоединены, на рисунках обозначены буквами «з», «б» и «к». Провод, соединяющий телефон BF1 с клеммой «з» (на рис. 9.4 показан пунктиром), отсоединяют и подают к выводу С на плате. Освободившуюся клемму «з» соединяют новым проводником с одним из крайних выводов R1. Как подключаются провода к остальным клеммам, думается, понятно и без особых пояснений.

Усилитель размещают в любой свободной полости аппарата и крепят к корпусу полоской изоляционной ленты. При подозрении, что детали усилителя могут касаться неизолированных участков схемы аппарата, всю плату в сборе пеленают витками изоленты. Регулятор громкости крепится на корпусе аппарата гаечкой, для чего нужно просверлить в удобном месте отверстие. На ось регулятора насаживается небольшая ручка.

Устройство почти не нагружает линию, вполне прилично усиливает звук. Если же возникнет «микрофонный эффект» в виде свиста, вскройте трубку и вложите в ручку кусок поролона.

9.3.3. Телефонный квазиблокиратор [25]

Устройство предназначено для подключения к одной телефонной линии и одной ячейке АТС (на один номер) двух телефонных аппаратов. Оно позволяет избавится от взаимных помех и подслушивания разговоров, как это бывает при параллельном соединении.

В отличие от существующей ныне подобной системы «директор-секретарь», к квазиблокиратору можно подключать любые отечественные и импортные телефонные аппараты. Устройство собрано из доступных деталей и его сборка под силу даже начинающему радиолюбителю. Падение напряжения на квазиблокираторе составляет менее 2 В. Схема не имеет резонансов, что позволяет использовать ее с любыми АТС (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Схема телефонного блокиратора

Как видно из схемы, устройство состоит из двух аналогов динисторов. Каждый собран из тринистора, стабилитрона, резистора и диода. При лежащих на рычагах трубках напряжение на линии равно 60 В, а при снятой трубке — 5…20 В (в зависимости от типа АТС и телефонного аппарата и расстояния до АТС). На этой разнице и построена работа устройства.

К примеру, когда абонент, № 1 снимает трубку, к аналогу тринистора VS1 прикладывается напряжение 60 В, он пробивается, и ТА1 подключается к линии. Если после этого абонент № 2 снимет трубку, к тринистору VS2 оказывается приложенным остаточное напряжение линии 6…20 В, недостаточное для пробоя тринистора, и аналог остается запертым. ТА2 будет отключен от линии до тех пор, пока абонент № 1 не положит трубку на рычаг.

Для надежной работы важно, чтобы остаточное напряжение на линии было на 20…25 % ниже напряжения пробоя стабилитронов, однако при напряжении больше 28…35 В начинаются сбои при наборе номера АМТС, т. к. аппаратура АТС такие перебои расценивает как «ОТБОЙ». Таким образом, рабочая зона стабилитронов лежит в диапазоне 10…25 В для отечественных и 15…25 В — для импортных аппаратов.

Схема устройства такова, что даже при выходе его из строя не нарушается работа связи, т. к. сопротивление между контактами «+» и «—» равно только сопротивлению аппарата при положенной на рычаг трубке.

В квазиблокираторе применены диоды КД105, тринисторы КУ112 и стабилитроны Д814В1 как наиболее доступные. Возможно применение других деталей, диодов и тринисторов с допустимым напряжением 100 В и током 0,1 А и стабилитронов с рабочим напряжением стабилизации 15…20 В.

Прежде всего надо по очереди подключить к линии аппараты 1 и 2 и измерить остаточное напряжение на линии в каждом случае. После этого — в аналог № 1 установить стабилитрон или цепочку стабилитронов с напряжением, на 20 % превышающим остаточное напряжение при подключенном ТА2, а в аналог № 2 — с напряжением, на 20 % превышающим остаточное при работающем ТА1, учитывая, что при подключении аппаратов, соответствующих ГОСТу, остаточное напряжение равно 8…10 В. При использовании таких телефонов можно в оба аналога установить цепочку из двух Д814В, пробивающихся при 18 В. При этом отпадает необходимость наладки.

Устройство хорошо сопрягается с блокиратором или ДРП (рис. 9.6 и 9.7), при этом оно предпочтительнее релейных схем, т. к. вносит меньшее затухание, чем и без того увеличенное блокиратором.

Устройство испытано с несколькими телефонами и показало хорошие результаты.

Рис. 9.6. Схема сопряжения квазиблокиратора с блокиратором

Рис. 9.7. Схема сопряжения квазиблокиратора с ДРП

9.3.4. Блокировка на динисторах [26]

Если в одну цепь с каждым из параллельных телефонных аппаратов включить по динистору КН102А, то можно навсегда избавиться от их «подзванивания» при наборе номера. Подобное включение позволяет в момент, когда снята трубка одного из аппаратов, заблокировать работу остальных ТА.

Принцип действия схемы, представленной на рис. 9.8, прост. При поднятии телефонной трубки напряжение линии 60 вольт пробивает динистор в цепи задействованного аппарата и оно падает до 12 вольт, чего явно не хватает для пробоя динисторов в цепи параллельных аппаратов. Последние оказываются практически отключенными от линии до тех пор, пока первый из снявших трубку не положит ее на рычаги.

Рис. 9.8. Схема простого блокиратора на динисторах

9.3.5. Электронная телефонная трубка [26]

Практически любой телефонный аппарат состоит из трех основных узлов: разговорного, вызывного (звонок) и наборного. Разговорный узел традиционных телефонных аппаратов собирается по схеме с трансформатором, который выполняет несколько функций, в том числе и функцию подавления так называемого местного эффекта. Дело в том, что сигнал от «своего» (местного) микрофона звучит значительно громче по сравнению с сигналом от дальнего микрофона абонента.

Основные недостатки подобного узла — наличие сравнительно громоздкого трансформатора и невозможность регулирования громкости звука. Избавиться от них позволяют электронные разговорные узлы, схемотехнический пример одного из которых приведен на рис. 9.9. По существу, это электронная телефонная трубка со стандартными угольным микрофоном ВМ1 и телефонным электромагнитным капсюлем BF1 типа ТК-67 номинальным сопротивлением 56 Ом, которую можно подключать к любому телефону, в том числе и к аппарату с АОНом.

Рис. 9.9. Схема электронной телефонной трубки

Электронная трубка способна работать и как дополнительный аппарат, включенный параллельно с основным. Установленная, скажем, на кухне, она позволит отвечать на звонки абонентов, не подходя к основному аппарату, стоящему в комнате. Правда, в этом случае в состав трубки придется ввести диодный мост VD1 и выключатель SA1 (им пользуются только во время разговора), связывающие контакты X1 и Х2 трубки с дополнительной розеткой телефонной линии.

Угольный микрофон включен по стандартной схеме последовательно с ограничительными резисторами R2, R3 и шунтирующим конденсатором С1. Собственно телефонный усилитель выполнен на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером и нагруженном на капсюль. Сигнал с телефонной линии подается на вход усилителя через резистор R5, конденсатор С2 и резисторы R7, R8. Уровень громкости устанавливают переменным резистором R7.

В принципе, на месте резистора R7 допустимо установить подстроечный и подобрать им оптимальную громкость звука либо вообще заменить резисторы R7, R8 одним постоянным, предварительно подобрав его сопротивление.

Питается усилитель от телефонной линии через фильтр R6C4. Конденсатор С3 защищает усилитель от высокочастотных помех и наводок, которые могут возникать в линии (в традиционных аппаратах полоса пропускания в области высших частот ограничивается трансформатором).

Подавление местного эффекта осуществляется подачей на вход усилителя сигнала с микрофонной цепи (в данном случае с резистора R3), противофазного сигналу микрофона в телефонной линии. Глубину подавления эффекта можно регулировать изменением сопротивления резистора R4.

Важнейшим параметром разговорного узла является его нагрузка на телефонную линию. Этот параметр можно выразить непосредственно в омах, однако на практике более удобно пользоваться другим критерием — напряжением телефонной линии при подключении разговорного узла. Зная параметры телефонной сети — постоянное напряжение 60 В и последовательно включенный с линией ограничительный резистор сопротивлением 15 кОм, — несложно провести пересчет одного критерия в другой. Для стандартных отечественных телефонных аппаратов напряжение в линии при подключении разговорного узла составляет 10… 12 В.

Электронные разговорные узлы позволяют повысить напряжение до 25…35 В. Однако значительное уменьшение нагрузки (т. е. увеличение сопротивления разговорного узла) нецелесообразно, поскольку в этом случае не всегда обеспечивается надежный «захват» станции — появление непрерывного гудка при поднятии трубки. Поэтому оптимальной нагрузкой можно считать такую, при которой напряжение в линии сохранится в пределах 15…23 В.

Сигнал вызова в большинстве АТС подается повышенным до 120 В. Вот почему не рекомендуется поднимать трубку во время звонка, иначе возможно повреждение угольного микрофона.

В данной трубке от подобного защищает цепочка из резистора R1 и стабилитрона VD1, которая ограничивает напряжение на микрофонной цепи (а также на усилительном каскаде) до напряжения пробоя стабилитрона. В остальных режимах напряжение на входе устройства не превышает напряжения пробоя стабилитрона и он не влияет на работу трубки.

Конечно, если телефоном пользоваться аккуратно и не снимать трубку во время звонка, стабилитрон можно и не устанавливать.

Электронную трубку подключают к телефонной сети через диодный мост на базе блоков типов КЦ405, КЦ407 или выполненный из диодов серий КД102, КД105. Если трубка будет работать с телефонным аппаратом, диодный мост монтируют в его корпусе, а при использовании трубки в качестве самостоятельного разговорного устройства диодный мост размещают внутри трубки или в телефонной вилке.

Конденсаторы С1-С3 — КМ-5, КМ-6 или аналогичные малогабаритные; С4 — К50-16 или К50-35. Переменный (либо подстроечный) резистор R7 —любой малогабаритный, например от карманного приемника, постоянные резисторы — мощностью до 0,5 Вт.

Указанные детали монтируют на печатной плате размерами 15×55 мм, которую вполне можно разместить в большинстве конструкций телефонных трубок. В варианте с переменным резистором его укрепляют под телефонным капсюлем так, чтобы ручка резистора выступала через пропил сбоку трубки.

Правильно собранное устройство практически не требует настройки. Подключив трубку через диодный мост к телефонной линии, измеряют вольтметром постоянного тока напряжение линии и напряжение на конденсаторе С4. При необходимости указанного на схеме напряжения на конденсаторе добиваются подбором резистора R9.

9.3.6. Блокиратор межгорода [27]

Данное устройство предназначено для запрещения междугородной связи с телефонного аппарата, который через него подключен к линии. Устройство собрано на ИМС серии К561 и питается от телефонной линии. Потребляемый ток — 100…150 мкА.

При его подключении к линии необходимо соблюдать полярность.

Устройство работает с АТС, имеющими напряжение на линии 48…60 В. Некоторая сложность схемы вызвана тем, что алгоритм работы устройства реализован аппаратно.

Функциональная схема устройства приведена на рис. 9.10.

Рис. 9.10. Функциональная схема «блокиратора межгорода»

В исходном состоянии ключи SW открыты. ТА подключен через них к линии и может принимать вызывной сигнал и осуществлять набор номера. Если после снятия трубки первая набранная цифра окажется индексом выхода на междугородную связь, в схеме управления срабатывает ждущий мультивибратор, который закрывает ключи и разрывает шлейф, производя, таким образом, отбой АТС. Индекс выхода на межгород может быть любым. В данной схеме задана цифра «8». Время отключения аппарата от линии можно установить от долей секунды до 1,5 мин.

Принципиальная схема устройства приведена на рис. 9.11.

Рис. 9.11. Принципиальная схема «блокиратора межгорода»

На элементах DA1, DA2; VD1…VD3; R2, С1 собран источник питания микросхемы напряжением 3,2 В.

Диоды VD1 и VD2 защищают устройство от неправильного подключения к линии. На транзисторах VT1…VT5, резисторах R1, R3, R4 и конденсаторе С2 собран преобразователь уровня напряжения телефонной линии в уровень, необходимый для работы МОП-микросхем. Транзисторы в данном случае включены как микромощные стабилитроны с напряжением стабилизации 78 В при токе несколько микроампер.

На элементах DD1.1, DD1.2, R5, R3 собран триггер Шмитта, обеспечивающий необходимую крутизну фронтов импульсов набора. Элементы DD1.3, DD1.4, С3, С4, R6 образуют генератор тактовых импульсов с частотой около 80 Гц. На микросхемах DD2, DD3 собран «датчик» положения трубки, а на DD4.1 — селектор импульсов набора. Подсчет импульсов набора осуществляется счетчиком DD6. ИМС DD4.2…DD4.4, DD5 образуют схему, разрешающую подсчет импульсов при наборе первой цифры номера и запрещающую подсчет импульсов при наборе последующих цифр.

На ИМС DD7, DD8 собран ждущий мультивибратор, управляющий ключами DA3 и DA4. Выключатель SA1 служит для выключения устройства. Конденсатор С4 нужен для улучшения начального запуска генератора.

Чертеж печатной платы блокиратора приведен на рис. 9.12. Цепи питания и некоторые соединения выполнены перемычками (показаны штрих-пунктирными линиями).

Рис. 9.12. Печатная плата «блокиратора межгорода»

9.3.7. Приставка для записи телефонных разговоров [28]

Иногда возникает необходимость записать телефонный разговор на магнитную ленту, не отвлекаясь для включения магнитофона. Проблема будет решена, если вы соедините магнитофон с телефоном через предлагаемую приставку-автомат.

Описываемое устройство автоматически включает магнитофон для записи разговора и выключает, когда будет положена трубка. При эксплуатации приставки-автомата магнитофон должен быть постоянно включен на запись. Включение и выключение происходят путем коммутации цепи питания. Схема устройства показана на рис. 9.13.

Рис. 9.13. Схема устройства для записи телефонных разговоров

Напряжение телефонной линии приложено к делителю на резисторах R1 и R2. Когда трубка лежит на рычаге, в линии напряжение около 60 В, на выходе элемента DD1.1 низкий уровень, конденсатор С1 разряжен, на выходе DD1.3 также низкий уровень, транзистор VT1 закрыт, реле К1 обесточено, питание магнитофона выключено. При снятии трубки напряжение в линии падает до 5… 12 В, на выходе DD1.1 — высокий уровень, конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R3. При достижении на выводах конденсатора порогового уровня состояние элементов DD1.2 и DD1.3 изменяется на противоположное, в результате чего на выходе DD1.3 появляется высокий уровень. Транзистор VT1 открывается, реле К1 срабатывает. Через замыкающиеся контакты реле поступает питание на магнитофон. Напряжение звуковой частоты с линии подается через цепь С3, С4, VD4, VD5, С5 на линейный вход магнитофона.

По окончании разговора, как только телефонная трубка будет положена на рычаг, напряжение в линии возрастет до 60 В. На выходе элемента DD1.1 появляется низкий уровень. Конденсатор С1 начинает разряжаться через резистор R3 и элемент DD1.1. Как только напряжение на конденсаторе достигнет порогового уровня, элементы DD1.2 и DD1.3 изменят свое состояние. Транзистор VT1 закроется, контакты реле К1 разомкнутся и отключат питание магнитофона.

Поскольку постоянная времени цепи R3C1 значительно больше периода следования серии «наборных» импульсов, при снятии трубки и наборе номера магнитофон остается обесточенным. Однако, если снять трубку и не набирать номер какое-то время, конденсатор С1 успеет зарядиться и магнитофон включится.

Посылка сигнала вызова (80…120 В, 25 Гц) также не изменяет состояния элементов DD1.2 и DD1.3. Диод VD2 ограничивает напряжение на входе элемента DD1.1. Сопротивление конденсаторов С3 и С4 на частоте 25 Гц высоко, поэтому они не шунтируют вызывной сигнал. Диоды VD4 и VD5 ограничивают напряжение на входе магнитофона на уровне 0,6…0,7 В.

Микросхема К561ЛА7 заменима на K561ЛE5, а также на аналогичные серий К176 и 564. Диодную сборку КЦ407А (VD1) можно заменить на КЦ402Б, КЦ405Б или четырьмя диодами с допустимым обратным напряжением более 200 В. Транзистор VT1 — структуры n-р-n с допустимой мощностью рассеивания коллектора не менее 150 мВт. Реле К1 — напряжение срабатывания 5…7 В, например, РЭС10 (паспорт РС4.524.302 или 031-04-02), РЭС15 (паспорт РС4.591.003).

Детали устройства смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Ее чертеж показан на рис. 9.14.

Налаживание устройства сводится к подбору резисторов R1 и R2 для обеспечения четкого срабатывания элемента DD1.1 при поднятии и опускании трубки. Но сопротивление резистора R1 не должно быть менее 330 кОм. Время задержки срабатывания реле можно в случае необходимости, изменить подбором резистора R3.

Рис. 9.14. Печатная плата устройства для записи телефонных разговоров

9.3.8. Защита от «телефонного пиратства» [28]

В последнее время из-за роста цен на услуги АТС участились случаи «телефонного пиратства», т. е. самовольного подключения к абонентским линиям АТС. Определить такое подключение поможет предлагаемый «сторож».

«Сторож» устанавливают на входе абонентской линии в квартиру. При разговоре с «пиратского» телефона, а также при пропадании напряжения в линии «сторож» подает звуковой сигнал. Благодаря батарейному питанию он определит даже тех хитроумных пиратов, которые подключатся к телефонной линии через блокиратор.

Схема устройства показана на рис. 9.15.

Рис. 9.15. Схема устройства зашиты от «телефонного пиратства»

При положенной трубке напряжения в телефонной линии достаточно для открывания стабилитронов VD1, VD2 и на базу транзистора VT2 через резистор R2 подается напряжение. Транзистор VT2 открыт, поэтому ключ К1 закрыт. При разговоре с «пиратского» телефона напряжение в линии падает. Стабилитроны VD1 и VD2 закрываются, закрывается и транзистор VT2. На управляющий вход ключа К1 через резистор R3 поступает отпирающее напряжение, и ключ открывается. Он замыкает цепь питания звукового генератора, собранного на транзисторах VT3 и VT4. Звучит тревожный сигнал.

Если поднята трубка на «своем» телефоне (т. е. телефонном аппарате, подключаемом после «сторожа», через резистор R1 протекает ток. Транзистор VT1 открывается, ток, протекающий через его коллектор, открывает транзистор VT2. Ключ K1 закрыт, и сигнала тревоги нет.

Конденсатор С1 нужен для того, чтобы звукоизлучатель не попискивал при наборе номера. Работа генератора описана в статье Д. Приймака «Релаксационный RL-генератор» (Сб.: «В помощь радиолюбителю», вып. 106, с. 74–80). Подбором резистора R4 можно добиться максимальной громкости звука. Ток, потребляемый устройством от источника питания в дежурном режиме, ке превышает 10 мкА.

Вместо транзисторов VT1 и VT2 можно использовать КТ502Б и КТ503Б соответственно. Транзистор VT3 — любой из серий МП35, МП37, МП38, a VT4 — МП25, МП26. Стабилитроны VD1 и VD2 — любые маломощные с напряжением стабилизации 9…10 В. Телефонный капсюль BF1 — ТА-56М (при использовании капсюля ТК-67 необходимо подобрать резистор R4). Источник питания GB1 — батарея «Крона» или «Корунд».

Все детали (кроме телефонного капсюля BF1 и источника питания GB1 смонтированы на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита (рис. 9.16).

Устройство необходимо подключать к телефонной линии с соблюдением полярности. Благодаря большому входному сопротивлению (более 3,9 МОм) и малому «проходному» (менее 55 Ом) оно не оказывает влияния на работу АТС и телефонного аппарата.

Вместо микросхемы КР1014КГ1А можно попробовать установить n-р-n транзистор КТ342В, КТ3102Г, КТ3102Е или составной из двух транзисторов указанных серий.

Рис. 9.16. Печатная плата устройства защиты от «телефонного пиратства»

9.3.9. Прибор оперативного контроля телефонных аппаратов

Прибор позволяет проверять телефонный аппарат на месте установки, исключая непроизводительное занятие приборов АТС.

Схема прибора показана на рис. 9.17. Прибор содержит блок питания, счетчик импульсов, генератор звуковой частоты, звуковое реле, переключатель режимов работы. Питание прибора от сети переменного тока 220 В, 50 Гд. Проверяемый телефонный аппарат подключается к входу XS1, XS2. Выбор режима проверки производится переключателями SB1…SB6.

Рис. 9.17. Схема прибора оперативного контроля телефонных аппаратов

Нажав кнопку SB1, проверяют работу номеронабирателя. Линия ТА при этом оказывается включенной между источником напряжения +20 В и обмоткой реле К1. Контакты реле К1 управляют работой триггера на элементах DD1.1, DD1.2.

Импульсы триггера через элементы DD1.3 и DD1.4 поступают на двойчно-десятичный счетчик на микросхеме DD3. Далее сигнал передается на дешифратор на микросхеме DD4, к выходу которого подключен газоразрядный цифровой индикатор HG1.

После проверки каждой цифры номеронабирателя счетчик необходимо устанавливать в исходное состояние кнопкой SB7 «Сброс».

Для проверки разделительного конденсатора нажимают кнопку SB2. В цепь ТА через неоновую лампу HL3 подается напряжение +60 В. При исправном конденсаторе лампа не светится. Переключателем SB3 на ТА подают переменное напряжение 60 В для проверки и регулировки звонка. Переключателем SB4 в цепи ТА подключают генератор, собранный на микросхеме DD1 для проверки телефонного капсюля. Микрофонный капсюль проверяется нажатием кнопки SB5, которая подключает к цепи ТА звуковое реле на транзисторах VT2 и VT3. При появлении звука перед микрофонным капсюлем срабатывает реле К2 и своими контактами включает сигнальную лампу HL2. При нажатии на кнопку SB6 прибором можно пользоваться как звуковым пробником для проверки исправности линии связи.

Прибор нельзя подключать к линии АТС.

Таким образом, прибор оперативного контроля телефонных аппаратов позволяет проверять работоспособность номеронабирателя, исправность разделительного конденсатора, обмоток трансформатора, звонка, микрофонного и телефонного капсюлей и других элементов телефонных аппаратов, телефонных гарнитур, головных телефонов без подключения к АТС, т. е. автономно.

9.4. ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ

1. Как известно, напряжение питания АТС составляет 60 В постоянного тока, а между АТС и телефонным аппаратом абонента стоит ограничительный резистор R1 (рис. 9.18). Убедиться в сказанном нетрудно с помощью авометра.

Рис. 9.18. Как проверить исправность телефонной линии

Установив авометр в режим измерения постоянного напряжения, подключите щупы его к гнездам телефонной розетки — стрелка вольтметра отклонится до значения 60 В. Теперь переключите авометр в режим измерения постоянного тока и вновь подключите щупы прибора к телефонной линии. Стрелка миллиамперметра отклонится до деления примерно 40 — таков ток короткого замыкания линии (измерения проводите кратковременно).

Вновь установите на авометре режим вольтметра и подключите его параллельно проводам телефонного аппарата, соединенного с линией. Снимите телефонную трубку и дождитесь непрерывного гудка. Вольтметр должен зафиксировать постоянное напряжение 10…15 В, что укажет на удовлетворительное согласование аппарата с линией. Если напряжение меньше 8 В, в этом может скрываться причина плохой работы телефона.

2. Основные неисправности телефонной проводки и их устранение.

Источник

Телефон электродинамический головной 101, 102 Тембр 24 Тон 23—24
[c.425]

Известны головные телефоны, построенные на электродинамическом принципе, но без применения миниатюрных головок громкоговорителей. Наиболее известный из них — так называемый изодинамический. Он состоит из магнитной системы и диафрагмы. Оригинальная магнитная система, в свою очередь.
[c.130]

Известны головные телефоны, построенные на электродинамическом принципе, но без применения громкоговорителей. Наиболее известный из них —так называемый изодинамический. Он состоит из магнитной системы и диафрагмы. Оригинальная магнитная система, в свою очередь, состоит из двух дискообразных магнитов, например из феррита бария, намагниченных таким образом, что каждый из них имеет три пары полюсов. Скажем, центральная часть, ограниченная окружностью, имеет полярность N. следующая кольцевая — 5 и наружная кольцевая—N (рис. 6.13в). Таким образом, по поверхности магнита проходят два радиальных магнитных потока. Так же намагничен и второй магнит. Магниты по всей своей плоскости перфорированы, для того чтобы обеспечить проход звука через отверстия при колебаниях диафрагмы из синтетической пленки, натянутой между магнитами на равных расстояниях от поверхности каждого нз них. На пленку нанесен проводник в виде спирали. В том месте, где встречаются противоположно направленные потоки (окружность, проходящая через точку А на рис. 6.13г), витки спирали начинают идти в обратном направлений.
[c.165]

Рис. 3.25. Устройство головного электродинамического телефона

Кроме перечисленных систем, обеспечивающих высококачественное воспроизведение в сфере радиовещания и бытового использования, получили признание широкополосные головные электродинамические телефоны.
[c.102]

Головные телефоны, являющиеся а первых радиоприемниках единственным средством прослушивания программ звукового вещания, прошли путь серьезного усовершенствования. Применявшийся ранее принцип электромагнитного преобразования электрических сигналов в акустические колебания уступил место электродинамическому, Выгодно отличаясь от своего прототипа — электромагнитных телефонов — по всем параметрам, они представляют совершенное средство индивидуального прослушивания профессионального и любительского назначения, В настоящее время наушное устройство каждой пары головных телефонов представляет собой миниатюрный электродинамический диффузорный громкоговоритель, заключенный в закрытый (иногда с отверстиями) корпус, прилегающий через гибкую прокладку к уху (рис. 3.25).
[c.102]

В такой конструкции хорошо выявляются положительные свойства, присущие диффузорным электродинамическим головкам. Диапазон частот, охватываемый типовыми головными телефонами, достигает 20., . 20 000 Гц при малых отклонениях от горизонтальной линии частотной характеристики. При небольшой мощности головные телефоны обеспечивают достаточное звуковое давление для создания у слушателя ощущения высокой громкости и очень широкого динамического диапазона без нелинейных искажений.
[c.102]

Головные телефоны (электродинамические) не замеиимы при раздельной записи фрагментов вещательных программ методом последовательного наложения, например в виде предварительной записи аккомпанемента, который может прослушиваться солистом с по.мощью головных телефонов во время исполнения своей партии. Для этого можно использовать, в частности, и стереофонические телефоны серии ТДС, создающие при номинальной мощности порядка 1 мВт звуковое давление р=1 Па при нелинейных искажениях не свыше 1%.
[c.102]

Отечественная промышленность выпускает несколько видов динамических стереофонических головных телефонов ТДС-4 ТДС-5 ТДС-6 ТДС-13 ТДС-14 ТДС-17. Их параметры незначительно отличаются друг от друга. Обычно в них применяют преобразователи электродинамического типа, аналогичные головки громкоговорителей, но имеющие значительно меньшне размеры.
[c.117]

Источник

Существует три
основных конструкции телефонов.

Электромагнитные
телефоны. Они
применяются в телефонных аппаратах и
переговорных устройствах. Принцип их
действия заключается в следующем. На
постоянный магнитный поток системы,
состоящей из постоянного магнита 5 и
магнитопровода 6 (полюсных наконечников),
накладывается переменный поток звуковой
частоты, создаваемый надетыми на
магнитопровод катушками 7, к которым
подводится напряжение звуковой частоты
(рис.8.5 а). Перед полюсными наконечниками
располагается ферромагнитная мембрана
4. Под воздействием постоянного и
переменного магнитных потоков,
пронизывающих мембрану, последняя
колеблется в такт с переменным магнитным
потоком и излучает акустическую волну,
проходящую через отверстия 3 в крышке
2 и поступающую в ухо. В результате
возникает ощущение звука.

Такую
конструкцию имеют телефоны типа ТА-4,
ТК-47, ДЭМК-6А.

Электродинамические
телефоны. Такие
телефоны построены на электродинамическом
принципе и имеют следующую конструкцию
(рис.8.5 б). На постоянный магнит 5 надевается
катушка 7, которая скреплена с упругой
мембраной 4. При подаче на катушку
переменного напряжения звуковой частоты,
она начинает колебаться в магнитном
поле постоянного магнита. Колебания
катушки приводят к механическому
движению мембраны, которая излучает
акустическую волну, проходящую через
отверстия 3 в крышке 2 и поступающую в
ухо. В результате возникает ощущение
звука.

Такую конструкцию
имеют телефоны типа ТДК-1.

Более
совершенным вариантом электродинамического
телефона является изодинамический
телефон.
Он состоит из магнитной системы и
диафрагмы (рис.8.5 г). Оригинальная
магнитная система в свою очередь состоит
из дискообразных постоянных магнитов
5, намагниченных так, что каждый из них
имеет три пары полюсов (рис.8.5 д). Например,
центральная часть, ограниченная
окружностью, имеет полярность N, следующая
кольцевая — полярность S, а наружная
кольцевая — полярность N. Таким образом,
на поверхности магнита проходят два
радиальных потока. Также намагничен и
второй магнит. Магниты по всей плоскости
перфорированы для того, чтобы обеспечить
проход звука через отверстия 3 при
колебаниях диафрагмы 4 из синтетической
пленки, натянутой между магнитами 5 на
равных расстояниях от поверхности
каждого из них. На пленку 4 нанесен
проводник 11 в виде спирали (рис.8.5 е). В
том месте, где встречаются противоположно
направленные потоки (окружность,
проходящая через точку А), витки спирали
начинают идти в противоположном
направлению. Следовательно, сохраняется
взаиморасположение магнитного поля и
электрического тока. Диафрагма
изодинамического телефона возбуждается
по всей поверхности, поэтому эффективность
его очень высокая, и он имеет весьма
равномерную частотную характеристику
и малые линейные искажения.

Такую конструкцию
имеет телефон типа ТДС-1.

Пьезоэлектрический
телефон.
В таких телефонах используются
пьезоэлектрические синтетические
пленки толщиной от 8 до 30 мкм, или
пластинку из пьезокерамики 9, которую
связывают с упругой мембраной 4 с помощью
соединителя 10 (рис.8.5 в). При подаче
переменного напряжения звуковой частоты
на пьезоэлемент 9 он претерпевает
механические изменения под действием
обратного пьезоэлектрического эффекта
и передает свои колебания упругой
мембране 4, которая излучает акустическую
волну, проходящую через отверстия 3 в
крышке 2 и поступающую в ухо. В результате
возникает ощущение звука.

Такую конструкцию
имеют сигнальные устройства типа ЗП-1,
ЗП-3 или Buzzer.

В
отличие от телефонов громкоговорители
имеют вместо мембраны дополнительное
устройство – диффузор или рупор для
эффективного усиления звука. Наибольшее
распространение получили электродинамические
диффузорные громкоговорители и рупорные
громкоговорители.

Диффузорные
электродинамические громкоговорители.
В
диффузорном громкоговорителе диффузор,
входящий в его механическую подвижную
систему, выполняет функцию преобразования
механических колебаний в акустические
и излучение звука. Процесс излучения
достаточно прост: при своих колебаниях
диафрагма приводит в движение частицы,
прилегающие к ней воздуха, создавая
попеременно его сжатие и разрежение.
Колебания этих частиц передаются
соседним слоям воздуха и т.д., создаются
волны сжатия и разрежения, которые
движутся со скоростью звука вдаль.
Динамический громкоговоритель с
кольцевым магнитом имеет подвижную
систему, состоящую из диффузора 9, к
вершине которого приклеен каркас
звуковой катушки 1 (рис.8.6). Основание
диффузора заканчивается гофрированным
подвесом 10. Он предназначен для облегчения
осевого и радиального перемещения
диффузора. Плоский воротник на краю
гофра прикрепляется к ободу металлического
каркаса – диффузородержателя 8.
Диффузородержатель 8 жестко соединяется
с магнитной системой, включающей
кольцевой постоянный магнит 2, два фланца
3 и керн 6. Один конец керна 6 запрессовывается
в нижний фланец 3, а между вторым концом
керна и верхним фланцем 3 возникает
магнитный зазор, в который помещается
звуковая катушка 1. К каркасу катушки
или к вершине диффузора приклеивается
гофрированная шайба 7, края которой
прикрепляются к диффузородержателю 8.
Выводы звуковой катушки приклеиваются
к каркасу катушки 1 и диффузору 9 и через
переходные контакты соединяются гибкими
проводниками 5 с выходными контактами,
закрепленными на диффузородержателе
через резиновые втулки 4.

При
пропускании через звуковую катушку
переменного напряжения звуковой частоты
она начинает колебаться, приводя в
движение диффузор. В результате диффузор
является поршневым излучателем и имеет
только осевую степень свободы. Для того
чтобы диффузор не изгибался, как мембрана
ему придают форму усеченного кругового
или эллиптического конуса. Тем не менее,
на высоких частотах диффузор, изгибаясь,
колеблется как мембрана, что создает
стоячие волны по радиусам диффузора, и
которые воспринимаются слушателем как
искажения звука.

Механическая
колебательная система имеет резонансную
частоту
ω_М,
которая определяется из соотношения:

(8.1)

где
С_М
– гибкость системы;

m
— масса подвижной системы.

Ниже
частоты механического резонанса среднее
звуковое давление громкоговорителя
резко падает. Реально частоту механического
резонанса не удается уменьшить ниже
60…70 Гц, поэтому нижняя частота
воспроизводимых частот обычно выше
50…60 Гц.

Частоту,
выше которой диффузор колеблется как
мембрана, можно повысить утолщением
стенок диффузора с уменьшением их
толщины к периферии и кольцевой
гофрировкой диффузора. Другой способ
– применение дополнительного, более
жесткого конуса, который вставляется
внутрь диффузора. В этом случае диффузор
передает эффективно низкие частоты, а
жесткий конус – верхние. Реально верхняя
граница воспроизводимых частот
громкоговорителя составляет 10…12 кГц.

Для
расширения диапазона воспроизводимых
частот используют два диффузора. Первый
диффузор 9 обычный, а второй диффузор
11 имеет меньший угол растра и более
жесткий, поэтому он эффективно
воспроизводит высокие частоты. Первый
диффузор более гибкий, кроме того,
наличие второго диффузора увеличивает
массу его подвижной системы, что снижает
частоту механического резонанса и
нижний диапазон воспроизводимых частот.

Рупорный
громкоговоритель.
Основным недостатком диффузорных
громкоговорителей является их чрезвычайно
низкий к.п.д. Причина заключается в
несогласованности сопротивлений
механической системы и окружающей
среды. Для повышения сопротивления
излучения нужно увеличивать размеры
излучателя, но это влечет за собой рост
механического сопротивления массы
излучателя и не дает выигрыш в к.п.д.
Поскольку диффузор выполняет две
функции: преобразования механических
колебаний в акустические и излучении
этих колебаний в окружающую среду, то
разрешить такое противоречие можно
только разделением этих функций, которое
осуществляется в рупорных громкоговорителях
(рис.8.7). Рупор служит также для согласования
сопротивлений механической системы и
окружающей среды. Рупором 2 называют
трубу с переменным сечением. Входное
отверстие рупора 4 (горло) меньше, чем
выходное 3 (устье). Выходное отверстие
является излучателем, а входное –
нагрузкой для подвижной механической
системы 1. Таким образом, излучатель
может быть достаточно большим, а
механическая система — достаточно
легкой.

Недостатком рупорных громкоговорителей
являются значительные нелинейные
искажения.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Электродинамический телефон

Реферат

Формула изобретения

РИСУНКИ

Рисунок 1

Источник

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-07-05

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой — мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

БИЛЕТ №1

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий информацию об использовании различных электрических устройств. Задание на определение условий безопасного использования электрических устройств

Короткое замыкание. Плавкие предохранители

Любое электрическое устройство рассчитывают на определенную силу тока. Во время эксплуатации прибора, если произойдет увеличение силы тока больше допустимого значения, может возникнуть короткое замыкание. Возрастание силы тока в цепи может произойти при соединении оголенных проводов, при ремонте электрических цепей под током. В любом случае короткое замыкание возникает тогда, когда соединяются концы участков цепи проводником, сопротивление которого мало по сравнению с сопротивлением самого участка цепи. При коротком замыкании резко возрастает сила тока в электрической цепи, что может стать причиной пожара. Чтобы этого не случилось, применяют плавкие, предохранители. Плавкие предохранители при возникновении короткого замыкания отключают электрическую цепь.

Главная часть предохранителя -свинцовая проволока, находящаяся в фарфоровой пробке. В зависимости от толщины проволоки, она выдерживает ту или иную силу тока, например 10 А. Если сила тока превысит допустимое значение, проволока в пробке расплавится, и электрическая цепь разомкнётся. Если перегоревшую проволоку заменить, то плавкий предохранитель можно использовать снова.

Ответьты на вопросы к тексту:

1 . Почему в плавких предохранителях применяют именно свинцовую проволоку?

Где в квартире устанавливают предохранители? В распределительном щите перед квартирой.
Имеют ли автономные электрические устройства, например телевизоры, предохранители? Да.

Существуют ли другие конструкции предохранителей? Существуют. По своей конструкции предохранители могут быть резьбового типа (пробочные) или трубчатые.

Для нормальных предохранителей, кроме пробок с плавкими вставками выпускаются пробочные автоматы, которые ввертываются в то же основание вместо пробок. При перегрузке и коротких замыканиях в линии автомат отключает линию своими контактами. Цепь восстанавливается нажатием на кнопку . Другая кнопка служит, для отключения цепи (вместо выключателя).

Литература:

СПО: Дмитриева В.Ф. Физика: Учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования. М.: Издат. центр «Академия», 2010. 448 с. Глава 10, п.10.4

НПО: Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. М., 2003. Глава 1, §6

БИЛЕТ № 2

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание опыта. Задания на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условий его проведения и выводов

Из истории открытия электромагнитных явлений

Очень внимательно слушает на заседании Французской академии наук выступление её ученого секретаря Франсуа Араго об опытах Эрстеда выдающийся математик Андре Мари Ампер. У него рождается проницательная мысль: если проводник тока всегда окружен магнитными силами, то «электрический конфликт» должен выступать не только между проводом и магнитной стрелкой, но и между двумя проводами, по которым течет ток. За семь дней Ампер конструирует оригинальный электрический прибор и уже на следующем заседании демонстрирует присутствующим взаимодействие двух проводников с током! Если в обоих проводниках электрические токи текут параллельно друг другу в одном направлении, то они притягиваются, эти же проводники отталкиваются, когда токи в них проходят во взаимно противоположных направлениях. Ампер продолжает свои опыты. Свернув проводники в виде двух спиралей, получивших название «соленоиды», он доказывает, что соленоиды, установленные рядом, при пропускании через них тока ведут себя, подобно двум магнитам.

Идеи Ампера были столь новы, что многие члены Французской академии не поняли их революционного научного смысла. «Что же, собственно, нового в том, что вы нам сообщили? спросил один из них. Само собой ясно, что если два тока оказывают действие на магнитную стрелку, то они оказывают действие и друг на друга?» За Ампера его оппоненту мгновенно ответил Араго. Он вынул из кармана два ключа и сказал: «Вот каждый из них тоже оказывает действие на магнитную стрелку, однако же они никак не действуют друг на друга…»

Вопросы и задания

1.Какую гипотезу пытался проверить Ампер своими опытами? Что надо понимать под словами «электрический конфликт»?	Если проводник тока всегда окружен магнитными силами, то «электрический конфликт» должен выступать не только между проводом и магнитной стрелкой, но и между двумя проводами, по которым течет ток. «электрический конфликт»-взаимодействие
2.Играет ли роль в проверке взаимодействия между проводниками с током расстояние между ними?	Да, т.к. сила убывает с ростом расстояния.
3.Как ведут себя два проводника с током, установленные рядом?	В тексте:соленоиды, установленные рядом, при пропускании через них тока ведут себя, подобно двум магнитам.

Билет №3

3. Текст по разделу «Молекулярная физика» с описанием различных физических явлений или процессов

Ледяная магия

Между внешним давлением и точкой замерзания (плавления) воды наблюдается интересная зависимость. С повышением давления до 2200 атмосфер она падает: с увеличением давления на каждую атмосферу температура плавления понижается на 0,0075 °С. При дальнейшем увеличении давления точка замерзания воды начинает расти: при давлении 3530 атмосфер вода замерзает при 17 °С, при 6380 атмосферах при 0 °С, а при 20670 атмосферах при 76 °С. В последнем случае будет наблюдаться горячий лед.

При давлении в 1 атмосферу объем воды при замерзании резко возрастает примерно на 11%. В замкнутом пространстве такой процесс приводит к возникновению громадного избыточного давления. Вода, замерзая, разрывает горные породы, дробит многотонные глыбы.

В 1872 г. англичанин Боттомли впервые экспериментально обнаружил явление режеляции льда. Проволоку с подвешенным на ней грузом помещают на кусок льда. Проволока постепенно разрезает лед, имеющий температуру 0 °С, однако после прохождения проволоки разрез затягивается льдом, и в результате кусок льда остается целым.

Долгое время думали, что лед под лезвиями коньков тает потому, что испытывает сильное давление, температура плавления льда понижается и лед плавится. Однако расчеты показывают, что человек массой 60 кг, стоя на коньках, оказывает на лед давление примерно в 15 атм. Это означает, что под коньками температура плавления льда уменьшается только на 0,11 °С. Такого повышения температуры явно недостаточно для того, чтобы лед стал плавиться под давлением коньков при катании, например, при 10 °С.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

Билет №3

Как зависит температура плавления льда от внешнего давления?	В тексте:С повышением давления до 2200 атмосфер она падает
Приведите два примера, которые иллюстрируют возникновение избыточного давления при замерзании воды.	Лед разрывает стеклянную бутылку в морозилке. В тексте:Вода, замерзая, разрывает горные породы, дробит многотонные глыбы.
При протекании какого процесса может выделяться теплота, которая идет на плавление льда при катании на коньках?	Трение.

БИЛЕТ № 4

Молнии

Наблюдали ли вы молнию? Красивое и небезопасное явление природы? Уже в середине XIII в. ученые обратили внимание на внешнее сходство молнии и электрической искры. Высказывалось предположение, что молния ч-это электрическая искра. Когда же она возникает? Соберем установку: к двум шарикам, закрепленным на изолирующих штативах и находящимися на некотором расстоянии друг от друга, подключим батарею конденсаторов (рис. 4.6). Начнем заряжать конденсаторы от электрической машины.

По мере заряжения конденсаторов увеличивается разность потенциалов между электродами, а следовательно, будет увеличиваться напряженность поля в газе. Пока напряженность поля невелика, между шариками нельзя заметить никаких изменений. Однако при достаточной напряженности поля (30 000 В/см) между электродами появляется электрическая искра, имеющая вид ярко светящегося извилистого канала, соединяющего оба электрода. Газ вблизи искры нагревается до высокой температуры и расширяется, отчего возникают звуковые волны, и мы слышим характерный треск.

Опыты с атмосферным электричеством, проводимые MB. Ломоносовым и Франклином независимо друг от друга, доказали, что грозовые облака несут в себе большие электрические заряды и что молния это гигантская искра, ничем (кроме размеров) не отличающаяся от искры между шариками.

Ответьте на вопросы к тексту:

1.Зачем в описанном опыте применяли батарею конденсаторов?	Для увеличения напряженности поля в газе.
К какому виду разрядов можно отнести молнию?	Искровой разряд.
Когда между облаками проскакивает молния?	При достаточной напряженности поля
Может ли возникнуть молния между облаками и Землей? Объясните.	Грозовые облака несут в себе большие электрические заряды

Билет №5

Текст по теме «Ядерная физика», содержащий информацию о влиянии радиации на живые организмы или воздействии ядерной энергетики на окружающую среду. Задания на понимание основных принципов радиационной безопасности

Радиоактивные отходы: современные проблемы и один из проектов их решения

Ядерная энергетика, широко используемая в последние десятилетия, оставляет много радиоактивных отходов: в основном, это отработанное ядерное топливо реакторов АЭС и подводных лодок, а также надводных кораблей Военно-морского флота. Эти отходы накапливаются и представляют чрезвычайную радиационную опасность для обширных районов России и сопредельных стран. Что делать с этими отходами?

Несколько отечественных физико-технических институтов разработали проект их захоронения, в основу которого положен подземный ядерный взрыв. Предлагается осуществить его на острове Новая Земля, в зоне вечной мерзлоты, на глубине 600 м. Там, на бывшем атомном полигоне, имеются заброшенные выработанные шахты и штольни; их-то и можно специально подготовить и разместить в них отработанные твэлы с АЭС, реакторы лодок, отходы ядерных предприятий, загрязненные конструкции. Пространство между опасным «мусором» планируется заполнить материалом, способным резко снизить излучение. После ядерного взрыва в штольне должно образоваться стеклообразное вещество, которое явится хорошим барьером для ядерных излучений. В результате одного такого взрыва может быть превращено в стекловидную массу до 100 т радиоактивных отходов.

Вопросы и задания

Знали ли вы, что в нашей стране накопилось много радиоактивного «мусора» и что он теперь реальная и грозная опасность для нашей жизни и здоровья? Откуда берется этот «мусор»?	это отработанное ядерное топливо реакторов АЭС и подводных лодок, а также надводных кораблей Военно-морского флота.
Какие могут быть экологические последствия, если эту проблему не решить?	Эти отходы накапливаются и представляют чрезвычайную радиационную опасность для обширных районов России и сопредельных стран
Как вы думаете: какой метод захоронения отходов дороже метод стеклования взрывом или традиционный, требующий сооружения бетонных могильников? Почему?	Традиционный метод дороже: для его осуществления требуется возвести помимо могильников комплекс обслуживающих предприятий и поддерживать постоянные параметры захоронений давление, температуру, влажность.
Можно ли, с вашей точки зрения, «совместить» предлагаемый проект захоронения отходов с помощью подземных ядерных взрывов и Договор о всеобщем запрещении ядерных испытаний, который подписан Россией и за бессрочное продление которого выступает наша страна?	Можно, т.к. захоронение это не испытания.

Билет №6.

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание опыта. Задание на формулировку гипотезы опыта, условий его проведения и выводов

Огонь из «ничего»

Возьмем толстостенный сосуд, сделанный из оргстекла (рис.). Сосуд имеет диаметр порядка 40 мм и высоту около 160 мм. Вблизи дна сосуда имеется плотно закрывающееся отверстие. Внутри сосуда может перемещаться хорошо пригнанный к стенкам поршень с ручкой. Положим на дно цилиндра смоченный эфиром кусочек ваты и быстро опустим
поршень вниз. Сквозь стенки прозрачного сосуда мы видим ярко вспыхнувшее пламя. Нагревание воздуха при быстром сжатии нашло применение в двигателях Дизеля. В цилиндр двигателя засасывается атмосферный воздух, и в тот момент, когда наступает его максимальное сжатие, туда вспрыскивается жидкое топливо. К этому моменту температура воздуха так велика, что горючее самовоспламеняется.
Двигатели Дизеля имеют больший коэффициент полезного действия, чем обычные, но более сложны в изготовлении и эксплуатации. Сейчас все большее количество автомобилей снабжается двигателями Дизеля.

Ответьте на вопросы к тексту:

Почему опыт не удается, если воздух в цилиндре сжимать медленно?	При медленном сжатии нет резкого повышения температуры для самовоспламенения эфира
Почему для проведения опыта берется именно эфир ?	самовоспламеняется.
Какой из двигателей: карбюраторный двигатель внутреннего сгорания или двигатель Дизеля более экологичный ?	двигатель Дизеля
Почему у двигателей Дизеля больше КПД, чем у карбюраторных двигателей?	Меньше топлива идет на совершение работы.

Билет 7

Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание использования законов электродинамики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

Какое хочу, такое получу

При практическом использовании энергии электрического тока очень часто возникает необходимость изменить напряжение, даваемое каким-либо генератором. В одних случаях

нужны напряжения в тысячи или даже в сотни тысяч вольт, v в других нужны напряжения в несколько вольт или несколько десятков вольт. Осуществить такие преобразования можно в устройствах, которые называются трансформаторами. В основе работы трансформатора лежит — явление электромагнитной индукции. Трансформатор S состоит из двух обмоток, надетых на стальной сердечник. Сердечник собран из стальных пластин. Одна из обмоток называется первичной, подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка подключается к «нагрузке», ее называют вторичной.

Для трансформатора, работающего на холстом ходу, справедливо соотношение

Где U1 и U2 напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора, a N1, N2-число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Величину К называют коэффициентом трансформации. Трансформатор преобразует переменный электрический ток таким образом, что произведение силы тока на напряжение приблизительно одинаково в первичной и вторичной обмотках.

Электрическая энергия — самая универсальная и удобная форма энергии для передачи на большие расстояния. Удвоение потребления электроэнергии происходит в среднем за 10 лет. Это означает, что роль трансформаторов как повышающих, так и понижающих будет возрастать.

Ответьте на вопросы к тексту:

В чем заключается явление электромагнитной индукции? Возникновение индукционного тока при изменении магнитного потока или вихревого поля.
Может ли трансформатор работать от постоянного тока? Трансформатор преобразует переменный электрический ток
Каковы потери передаваемой мощности в трансформаторах? В среднем 15-20%.
Почему сердечник трансформатора набирается из пластин? Чтобы избежать нагревания от токов Фуко.

Литература:

Дмитриева В.Ф. Физика: Учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования. М.: Издат. центр «Академия», 2010. 448 с.

Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. М., 2005.

Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. М., 2003.

БИЛЕТ № 8

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний

Огни святого Эльма

В природе наблюдается интересное явление. Иногда в тропическую ночь на мачтах и реях кораблей появляются кисточки холодного пламени. Эти огни известны очень давно. Их видели Колумб и Магеллан, о них писал даже Юлий Цезарь, который однажды видел такое свечение на копьях своих солдат во время ночного похода через горы. Не составляет большого труда самим получить такое свечение. Если хорошо натереть лист оргстекла сухой тканью и после этого к листу поднести полураскрытые ножницы остриями к листу, то в затемненной комнате можно увидеть, как на остриях ножниц появляются дрожащие пучки нитей, светящиеся лиловатым пламенем. В тишине можно услышать легкое шипение или жужжание. Если вместо ножниц к листу оргстекла поднести спичку, то она не зажжется, хотя огонь будет плясать прямо на головке спички. Возникшее свечение холодное. Такое же свечение часто появлялось на шпиле церкви святого Эльма в одном из городов Франции и считалось доброй приметой. Подобное свечение получило название огней святого Эльма.

Ответьте на вопросы к тексту:

Какое физическое явление лежит в основе появления огней святого Эльма? Коронный разряд.
Почему не возникает такого свечения на плоской металлической крыше? Нет острия.
Опасно ли находиться вблизи возникших огней святого Эльма на корабле? Да, если высокая напряженность поля.
Как можно получить огни святого Эльма? Ножницы и лист оргстекла.

Билет №9

3.Текст не разделу «Механика», содержащий описание использования законов механики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства

От Галилея до современности

Маятник обладает удивительным свойством оно казалось удивительным Галилею, измерявшему время по числу биений пульса, оно кажется таким же и современному человеку, пользующемуся секундомером. Заключается оно в том, что колебания маятника и с малой амплитудой и с большой амплитудой совершаются практически за одно и то же время. Если сначала колебания происходят с очень большим отклонением, скажем на 80° от вертикали, то при затухании колебаний до 60…40..,20° период уменьшится лишь на несколько процентов; а при уменьшении отклонений от 20°до едва заметного период изменяется меньше чем на 1%. При отклонениях меньше 5° период остается неизменным с точностью до 0,05%.

Это свойство маятника оказалось не только удивительным, но и полезным. Галилей предложил использовать маятник в качестве регулятора в часах. Лишь столетие спустя после Галилея часы с маятниковым регулятором вошли в обиход. Однако мореплаватели нуждались в точных часах для измерения долготы на море. Была объявлена премия за создание морских часов, которые позволяли бы измерять время с достаточной точностью. Премию получил Гариссон за хронометр, в котором для регулирования хода .использовалось маховое колесо (баланс) и специальная пружина.

Свойство независимости периода колебаний маятника от амплитуды называется изохронностью.

Ответьте на вопросы к тексту:

Одинакова ли скорость движения маятника? Нет, меняется по синусоидальному закону
Постоянно ли ускорение при движении маятника? Нет, меняется по синусоидальному закону
Отчего зависит период колебаний? От длины нити.

4.В чем заключается свойство изохронности? Свойство независимости периода колебаний маятника от амплитуды называется изохронностью.

Билет №10

Текст по разделу «Механика», содержащий описание использования законов механики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе описанного устройства

Гидравлический удар на службе человека

Явление гидравлического удара, заключающегося в резком увеличении давления при внезапном падении скорости потока жидкости, нашло свое воплощение в устройствах, называемыми гидравлическими таранами.

Это, в сущности, насос без двигателя, который, не требуя подключения дополнительного источника энергии, использует только потенциал небольшой плотины или даже просто естественного рельефа реки. Гидротаран способен нагнетать жидкость на высоту в 1020 раз большую, чем высота используемой плотины. Вода от источника самотеком подается по длинному напорному трубопроводу, идущему с небольшим понижением. Под действием нарастающего динамического напора воды закрывается отбойный клапан, расположенный на нижнем конце трубопровода, и вследствие инерции движущейся воды и её не сжимаемости давление здесь резко повышается. Кратковременного повышения давления достаточно для подъема небольшой части воды через напорный клапан на высоту более 50 м. Затем отбойный клапан открывается, и все повторяется сначала.

Гидравлический таран действует только за счет импульса движущегося столба воды, без какого-либо двигателя. Применяется для полива сельхоз культур, для водоснабжения небольших строек, для подачи воды на пастбища, расположенные в 10-20 км от реки и т.д.

Вопросы и задания

1. Что представляет собой явление гидравлического удара? Каковы условия его возникновения?

2. Назовите причину возникновения повышения давления в нижнем конце трубопровода гидравлического тарана.

3. Чем обусловлена необходимость установления в трубах теплосетей специальных устройств стабилизаторов давления?

Для предотвращения разрыва.

4.Где можно применять гидротаран?

Билет №11.

3.Текст по разделу «Квантовая физика» и элементы астрофизики, содержащий описание использования законов квантовой атомной или ядерной физики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

Пока еще недоступная энергия

При слиянии легких ядер выделяется энергия. Как научиться управлять этой энергией? Задача состоит в том, чтобы, преодолев электрическое отталкивание, сблизить легкие ядра на достаточно близкие расстояния друг от друга, где уже начинают действовать между ними ядерные силы притяжения. Если бы можно было заставить два протона и два нейтрона объединиться в ядро атома гелия или же четыре протона с соответствующими превращениями, то при этом выделилась бы огромная энергия. Заставить сблизиться ядра можно с помощью нагрева до высоких температур, когда в результате обычных столкновений ядра смогут сблизиться на столь малые расстояния, чтобы ядерные силы вступили в реакцию, и произошел синтез. Начавшись, процесс синтеза, по-видимому, сможет дать такое количество теплоты, которое нужно для поддержания высокой температуры, необходимой для дальнейших слияний ядер. Этот многостадийный процесс «горения» водорода, в результате которого происходит синтез ядер гелия, является источником непрерывного потока солнечной радиации. Проблема использования синтеза ядер в мирных целях, например для производства электрической энергии, упирается в очень трудную проблему удержания реакции. Газ должен быть раскален до температуры порядка 50000000°С, и любая твердая оболочка соприкоснувшись с ним, обратится в пар. Если к тому же при синтезе выделяется полезное тепло, то задача удержания реакции еще более усложняется.

В настоящее время ведутся исследования по удержанию реагирующих веществ с помощью электромагнитного воля. Можно подвешивать в воздухе магнит с помощью других магнитов, хотя такое равновесное наложение и является неустойчивым. Если пропускать ток достаточно большой силы через газ, то образуются потоки электронов и положительных ионов, движущихся навстречу друг другу. Под действием магнитного поля, которое окружает ток, такой поток движущихся зарядов будет сжиматься в узкий шнур. В этом заключается так называемый пинч-эффект. Пинч-эффект и силы, создаваемые магнитными полями, меняющимися по определенному закону, можно использовать для удержания плазмы — смеси быстро движущихся ядер и электронов в «магнитной бутылке», где происходит реакция синтеза.

Ответьте на вопросы к тексту:

Что означает слово синтез?
Всегда ли при ядерной реакции выделяется энергия? Да
Что такое плазма?
Каковы проблемы управления термоядерным синтезом?

Билет №12

Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание использования законов электродинамики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе описанного устройства

Как работает СНЧ-металлодетектор?

Принцип действия металлодетектора основан на физическом явлении регистрации вторичного электромагнитного поля, создаваемого любым металлическим предметом, помещенным в первичное электромагнитное поле.

Внутри поисковой рамки металл детектора находится намотанный провод, называемый передающей катушкой. Электрический ток, протекая по ней, создает электромагнитное поле. Направление тока меняется несколько тысяч раз в секунду на противоположное. Когда ток протекает в одном направлении, возникает магнитное поле, направленное на исследуемый объект, когда направление тока изменяется, то и направление магнитного поля будет направлено от объекта. В любом металлическом (и даже электропроводящем) объекте, оказавшемся поблизости, под действием такого изменяющегося магнитного поля возникнут электрические токи. Наведенный ток, в свою очередь, создаст собственное магнитное поле. Внутри рамки есть еще одна приемная катушка, расположенная таким образом, чтобы максимально нейтрализовать влияние передающей. А вот поле от металлического предмета, оказавшегося поблизости, будет наводить в приемной катушке ток, который можно усилить и обработать электроникой.

Вторичное электромагнитное поле различается как по напряженности поля, так и по другим параметрам. Эти параметры зависят от размера предмета и его проводимости (например, у золота и серебра проводимость гораздо лучше, чем у свинца) и, естественно, от расстояния между антенной детектора и самим предметом.

Чувствительность некоторых металлодетекторов настраивается. Её, например, уменьшают, если необходимо произвести досмотр только с целью обнаружения крупных металлических предметов. А небольшие предметы ключи, оправы очков, ручки сигнализацию детектора не вызовут. Сигнализация металл детекторов может быть различной: световой, звуковой (причем по долготе сигнала можно делать вывод о размере предмета), вибрационной.

Вопросы и задания

1. Для чего, для каких целей используют металлодетекторы?

2. Как вы понимаете характеристику «рабочая частота» прибора?(частота изменения направления тока в секунду) Велика ли она?(низкая)

3. Какой закон физики лежит в основе действия описанного металлодетектора? Какими другими словами мы называем «наведенный ток»?(индукционный) Закон электромагнитной индукции

4. Каким образом с помощью металлодетектора можно обнаружить взрывное устройство в пластиковой оболочке?

БИЛЕТ № 13

3. Текст по разделу «Механика», содержащий информацию, например, о мерах безопасности при использовании транспортных средств или шумовом загрязнении окружающей среды. Задание на понимание основных принципов, обеспечивающих безопасность использования механических устройств, или выявление мер по снижению шумового воздействия на человека

Шумовое загрязнение среды

Остановитесь и прислушайтесь: по улице с шумом проносятся многотонные МАЗы и ЗИЛы, хлопают двери парадных на мощных стальных пружинах, со двора несутся крики детворы, до глубокой ночи бренчат гитары, оглушают магнитофоны и телевизоры, заводские цеха встречают нас грохотом станков и других машин… Картина вроде обыденная. Но нормально ли это?

Наш век стал очень шумным. Трудно сейчас назвать область техники, производства и быта, где в звуковом спектре не присутствовал бы шум, т.е. мешающая и раздражающая нас смесь звуков. За определенный комфорт, удобства связи и передвижения, благоустройство быта и совершенствование производства современному человеку приходится слушать не скрип телег, а вой автомобилей, лязг трамваев, рев реактивных самолетов. Внедрение в промышленность новых технологических процессов, рост мощности и быстроходности транспорта, механизация производственных процессов привели к тому, что человек в производстве и быту постоянно подвергается воздействию шума высоких уровней.

Шумом является всякий нежелательный для человека звук. При нормальных физических условиях скорость звука в воздухе 344 м/с. Звуковое поле это область пространства, в которой распространяются звуковые волны. При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Уровень шума измеряется в единицах, выражающих степень звукового давления, децибелах (дБ), это давление воспринимается не беспредельно. Шум в 20-30 дБ практически безвреден для человека и составляет естественный звуковой фон, без которого невозможна жизнь. Допустимая граница поднимаемся примерно до 80 дБ. Шум в 130 дБ уже вызывает у человека болевое ощущение, а достигнув 150 дБ, становится для него непереносимым. Недаром в средние века сушествовала казнь «под колокол»; колокольный звон убивал человека. На многих оживленных магистралях даже ночью шум не бывает ниже 70 дБ, в то время как по санитарным нормам он не должен превышать 40 дБ.

Шум, даже когда он не велик, создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, стойкой бессоннице и атеросклерозу. Под воздействием шума 85-90 дБ снижается слуховая чувствительность на высоких частотах Недомогание, головокружение, тошнота, чрезмерная раздражительность все это результат пребывания в шумных условиях. В настоящее время воздействие звука, шума на функции организма изучает наука аудиология. Было установлено, что шумы природного происхождения (шум морского прибоя, листвы, дождя и др.) благотворно влияют на организм, успокаивают его, нормализуют сон. В 1980 г. был принят закон «Об охране атмосферного воздуха», в котором в статье 12 отмечается, что «в целях борьбы с производственными и иными шумами должны, в частности, осуществляться: внедрение малошумных технологических процессов, улучшение планировки и застройки городов и других населенных пунктов, организационные мероприятия по предупреждению и снижению бытовых шумов».

Ответьте на вопросы к тексту:

Какой уровень шума безвреден для человека0
Какой допустимый уровень шума для человека?
Как называется наука, изучающая воздействие звука и шума на человека?
Как влияют сверхдопустимые уровни шумов на человека?

Билет №14

3. Текст по теме «Тепловые двигатели», содержащий информацию о воздействии тепловых двигателей на окружающую среду. Задание на понимание основных факторов, вызывающих загрязнение, и выявление мер по снижению воздействия тепловых двигателей на природу

«Грязный» транспорт

Число автомобилей на дорогах растет. Все возрастающая интенсивность движения приводит к увеличению вредных выбросов, что негативно отражается на качестве воздуха: 1 т бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг вредных веществ. В атмосферу ежегодно выбрасывается порядка 5 млрд. т CO2. В состав выхлопных газов входит 1 200 компонентов, в том числе оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, оксиды металлов (наиболее вредный оксид свинца), сажа и пр.

Молекулы оксида углерода способны поглощать инфракрасное излучение, поэтому увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере изменяет ее прозрачность. Инфракрасное излучение, испускаемое земной поверхностью, все в большей мере поглощается в атмосфере. Дальнейшее увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере может привести к так называемому «парниковому эффекту». Ежегодно температура атмосферы Земли повышается на 0,05 °С. При сжигании топлива уменьшается содержание кислорода в воздухе. Более половины всех загрязнений атмосферы создает транспорт. Кроме оксида углерода и соединений азота при работе двигателей сгорания ежегодно в атмосферу выбрасывается 2-3 млн. т свинца. Содержание серы в топливе напрямую влияет на выделение в окружающую среду диоксида серы. Диоксид серы вызывает образование сульфатных частиц, которые оказывают целый ряд негативных последствий на здоровье человека. Диоксид серы также может превращаться в высоко- -коррозийную серную кислоту («кислотный дождь»), которая, среди прочего, способна повреждать даже здания. Так как автомобильные двигатели играют решающую роль в загрязнении окружающей среды в городах, то проблема их усовершенствования является одной из наиболее важных научно-технических задач. Один из путей уменьшения загрязнения атмосферы использование дизелей вместо карбюраторных бензиновых двигателей, так как в дизельное топливо не добавляют свинец. В перспективе и другие способы уменьшения загрязнения окружающей среды, например, применение электродвигателей на транспорте или двигателей, в которых топливом является водород, создание автомобилей, работающих на солнечной энергии.

Ответьте на вопросы к тексту:

1.Какие еще тепловые двигатели, кроме двигателей внутреннего сгорания, оказывают отрицательное влияние на окружающую среду?

2.К каким последствиям приводят широкое применение тепловых машин в энергетике и транспорте?

3.К чему может привести повышение температуры Земли?

4.Что предпринимается для охраны природы?

Билет №15

Ультразвуковые стиральные устройства (УСУ)

В последнее время ультразвуковые стиральные машины завоевывают все большую популярность. Легкие, беззвучные, не занимают много места, не требуют врезки в водопровод они идеально подходят для людей, часто путешествующих, для дачников и студентов.

УСУ состоит из источника питания, излучателя ультразвуковых колебаний и соединительного кабеля.

Для стирки излучатель помещается в середину емкости с моющим раствором и текстильными изделиями, где он и возбуждает ультразвуковые колебания. Эффект удаления пятен обусловлен кавитацией образованием в растворе огромного количества микроскопических пузырьков, заполненных газом, паром и их смесью, эти пузырьки возникают при прохождении акустической волны во время полупериода разрежения. Под действием перепада давления при появлении и «схлопывании» пузырьков нарушается сцепление загрязненных микрочастиц с волокнами изделий и облегчается их удаление поверхностно-активными веществами моющего раствора стирального порошка или мыла.

Под действием ультразвуковых колебаний слой жидкости, который максимально близко находится к ткани (приповерхностный слой), приобретает определенные свойства его скорость значительно увеличивается. Это активно помогает моющему средству, растворенному в воде, более глубоко проникать в структуру ткани, а значит, эффективно отстирывать ткань. При механической же стирке скорость приповерхностного слоя жидкости относительно ткани приближается к нулю. Кроме того, ультразвук обладает дезинфицирующим действием, а также удаляет неприятные запахи.

После включения в воде или на воздухе устройства не подают никаких видимых для человека признаков работы. Но если положить ультразвуковой генератор на ладонь, можно почувствовать небольшую вибрацию. Это ощущение сугубо индивидуально, так как не все люди одинаково воспринимают звуковые частоты и колебания.

Вопросы и задания

1. В чем отличие ультразвука от звуковых волн, воспринимаемых человеком?

2. Что называют кавитанционным пузырьком? Какой эффект получается при «схлопывании» кавитанционных пузырьков?

3. Почему излучатель ультразвуковых колебаний имеет чаще всего форму шара или диска?

4. Попробуйте объяснить, зачем на блоках питания установлены светодиодные индикаторы. Ответ: Для определения рабочего состояния устройства.

Потому что там большая площадь поверхности излучения.

Билет №16

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления или его признаков, объяснение явления при помощи имеющихся знаний

Пузыри

Вам наверняка приходилось наблюдать за пузырями, которые образуются на поверхности пенных растворов, при выдувании из трубочки специальных растворов. Какой они формы? Долго они живут или быстро исчезают? Большие они или маленькие? Ведь вы наверняка наблюдали, как иголка или, например, скрепка, или лезвие может держаться на поверхности воды. Надо сделать это -только очень осторожно: положить эти предметы строго горизонтально, стоит только, начать опускать эти предметы наклонно, как они сразу идут ко дну. Значит, в первом случае что-то поддерживало их, но что?

Молекулы, расположенные не очень близко друг к другу, притягиваются. В твердых телах межмолекулярные силы притяжения настолько велики, что надо приложить очень большое усилие для расцепления молекул и разделения твердого предмета на части.

В жидкостях притяжение не настолько сильное, но оно существует и вполне ощутимо. Наблюдая капли росы, вы замечали их округлую форму. А капля воды, растекаясь по ровной поверхности, образует круг, а в центре приподнятый холмик. Несомненно, существует какое-то притяжение между молекулами воды, которое заставляет их собираться в единое целое. Силы притяжения сближают молекулы, находящиеся на внешней поверхности, как можно ближе к центру капли. В результате поверхность служит как бы пленкой, стягивающей всю массу жидкости. Говорят, что жидкость обладает поверхностным натяжением.

Пузыри тоже образуются за счет сил поверхностного натяжения. Добавление в воду моющих средств, например, мыла, ослабляют силы притяжения. На поверхности такого раствора уже практически невозможно удержать легкие предметы.

Пусть сначала поверхностное натяжение велико, как в случае с чистой водой. Наружный слой воды давит на воздух и сжимает его. Сжатый воздух пытается прорваться через пленку и, в конце концов, прорывает ее в каком-либо слабом месте пузырь лопается.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задание:

Каким образом некоторые насекомые, например stenus, удерживаются на воде и даже используют силы поверхностного натяжения для того, чтобы двигаться?

Почему пузырь имеет всегда шарообразную форму?

Зависят ли силы поверхностного натяжения от температуры? Зависят, потому, что увеличивается скорость движения молекул на поверхности воды.

Как можно измерить силу поверхностного натяжения? С помощью специального динамометра ДПН. К пружине прикреплена пластина, которая опускается на поверхность жидкости. При поднятии пластины пружина растягивается и на шкале динамометра регистрируется сила, удерживающая пластину. Это и будет сила поверхностного натяжения.

Билет №17

Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи физических знаний

Способности живых существ защищаться от холода

Реакции животных на разный тепловой режим жизнеобеспечения разнообразны. И все они направлены на регулирование уровня теплопередачи. Животные с высоким уровнем обменных процессов птицы и млекопитающие поддерживают постоянную температуру тела даже при значительных колебаниях температуры внешней среды. Тепло выделяется при биохимических реакциях внутри организма. Снижению теплопотерь способствуют опушение, оперение, шерстяной покров, жировые отложения, темный окрас покрова.

Обратите внимание на птиц. Мелкие пташки воробьи, синицы, снегири зимой похожи на пушистые комочки с торчащими острыми клювиками. Они распушили свое оперение и окружили себя неподвижным слоем плохо проводящего тепло воздуха. Мудрая природа распорядилась так, что относительная длина перьев у маленьких птиц больше, чем у крупных. Маленькие птицы теряют больше тепла, им нужна лучшая защита от холода.

Теплопроизводительная способность живого существа зависит от объема тела, а потери тепла от площади их поверхности. У мелких животных и детенышей соотношение потерь тепла к его притоку больше, чем у крупных, т.е. они поставлены в худшие условия. Дети должны замерзать быстрее, чем взрослые, но их спасает большая подвижность.

Человек, находясь вне жилища, защищается от холода аналогично: с помощью хорошей одежды, высококалорийного питания и двигательной активности.

Вопросы и задания

1. Назовите отличительную особенность теплопроводности как вида теплопередачи. Почему воздух является плохим проводником тепла? Ответ: Существует два вида теплопередачи: теплопроводность и конвекция. Теплопроводность зависит от вида вещества. Воздух-это газ, расстояние между молекулами большое, соударения редкие, передача энергии минимальная. Это свойство воздуха используется в стеклопакетах.

2. В сильный мороз птицы чаще замерзают на лету, чем сидя на месте. Чем это можно объяснить? Почему в холодную погоду многие животные спят, свернувшись клубком? Ответ.1. Во время полета крылья птицы расправлены и тело не защищено от мороза. Когда птица сидит на месте, крылья мешают теплопередаче. 2. Животные спят, свернувшись клубком, чтобы уменьшить площадь поверхности тела, участвующую в теплопередаче.

3. У человека замерзают быстрее всего конечности, уши и нос, так как эти части тела имеют тонкие стенки. А еще почему? В эти части тела меньше поступает крови, нет мышц.

4. Когда человеку холодно, он начинает дрожать. Какую роль играют эти защитные механизмы для увеличения внутренней энергии человека?

Ответ: при дрожании мышцы сокращаются и вырабатывают энергию.

Билет №18

Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание опыта. Задания на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условий его проведения и выводов

Принцип действия пузырьковой камеры

В начале пятидесятых годов прошлого столетия Дональд Глейзер придумал прибор, регистрирующий элементарные частицы. Он получил название пузырьковой камеры. Основная часть модели камеры стеклянная колба с эфиром объемом несколько кубических сантиметров. Жидкость нагревается и находится под давлением около 20 атм. Специальное устройство позволяет быстро сбрасывать давление. Если во время «ожидания» пролетала заряженная частица, то вдоль следа появлялись пузырьки пара. Сфотографировав след, можно было снова повысить давление, пузырьки исчезали и прибор снова в работе.

Почему пузырьки появлялись именно на пути частицы?

Возьмем две пробирки, одну из них тщательно вымоем, проследим, чтобы на стенках не было царапин или посторонних частиц, и наполним ее дистиллированной водой (приблизительно 10 см3). Во вторую пробирку нальем такое же количество водопроводной воды и еще бросим кусочек мела. Будем подогревать пробирки в одинаковых условиях и при отсутствии прямого соприкосновения с огнем.

В пробирке с водопроводной водой кипение начнется раньше, и процесс этот будет проходить достаточно спокойно и непрерывно, пузырьки пара образуются в основном на кусочке мела. В пробирке с дистиллированной водой процесс кипения начнется позже (при большей температуре) и будет происходить неравномерно. В лаборатории удается очистить сосуд и воду так хорошо, что кипение не наступает вплоть до температуры 140°С. Если в такую воду, названную перегретой, бросить крупинку, произойдет взрыв так быстро образуются пузырьки с паром. Для того чтобы процесс кипения происходил равномерно, в сосуд помещают так называемые «кипелки» обломки стеклянных и фарфоровых трубок, кусочки мрамора и т. п.

Описание описанных свойств жидкости связано с силами поверхностного натяжения, которые стремятся раздавить образовавшийся пузырек. Дополнительное давление тем больше, чем меньше радиус пузырька. Так что процесс кипения подавляется в самом зародыше. Именно потому однородную жидкость удается перегревать.

Вопросы и задания

1. С какой целью проводился эксперимент, описанный в тексте? Для объяснения принципа действия пузырьковой камеры.

2. Почему в пробирке с водопроводной водой пузырьки образуются в основном на кусочке мела? Что является «кипелкой» для процесса кипения воды в обычном чайнике? Мел-неоднородность. Неровности, накипь.

3. Объясните, как вы понимаете смысл понятия «перегретая жидкость». В идеально чистом сосуде с однородной жидкостью кипение не наступает вплоть до температуры 140°С..

4. Почему важнейшим условием работы камеры Глейзера является однородность жидкости и чистота ампулы? Чтобы жидкость была перегретой.

Билет №19

Как разгоняют облака?

Большое научное и практическое значение имеет проблема активных воздействий на атмосферные процессы с целью изменения погоды. Так, рассеяние в облаках некоторых реагентов изменяет развитие грозовых облаков и предотвращает выпадения града.

Наиболее плотные облака, защищающие нас от солнечного света и содержащие много влаги, находятся, как правило, на высоте 23 км и содержат много мельчайших капелек (10100 мкм) переохлажденной воды при температуре ниже 10°С. Чтобы уничтожить облако, необходимо вызвать появление крупных капель (более 1 мм) и кристаллов льда в тумане, после чего образовавшиеся крупные капли упадут на землю, и облако исчезнет. Для этого в облаках распыляют микрочастицы, которые служат так называемыми ядрами кристаллизации для образования крупных капель и кристаллов. В качестве таких частиц часто используют йодид серебра, кристаллическая структура которого очень похожа на гексагональную структуру кристаллов льда.

Другой способ осаждения облака его охлаждение. Для этого над облаком разбрасывают кристаллы «сухого льда» (СО2), которые, охлаждая облако, вызывают усиленную конденсацию с образованием крупных капель и кристаллов льда.

Можно разбрасывать в облаках микроскопические крупинки гигроскопических солей (NaCl или КС1), которые, попав в облако, будут притягивать к себе влагу и разбухать, становясь зародышами больших капель. Однако этот метод, как и использование цементной пыли для осаждения облаков, считают экологически небезопасным.

Вопросы и задания

1. Почему для осаждения облака необходимо получение крупных капель и кристаллов?

2. Почему в качестве «затравки» для образования крупных капель воды и кристаллов используют йодид серебра?

3. Каким образом кристаллы «сухого льда» усиливают конденсацию? В чём суть этого явления?

4. Объясните необходимость разумного влияния человека на атмосферные процессы.

БИЛЕТ № 20

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний

Броуновское движение

В своей повседневной жизни мы часто сталкиваемся с явлением диффузии проникновением молекул одного вещества среди молекул другого (засолка продуктов, окраска тканей и т.д.). Причем чем выше температура веществ, тем процесс диффузии происходит быстрее. В 1827 г. английский ученый Р. Броун впервые наблюдал это явление, рассматривая в микроскоп взвешенные в воде споры плауна. Броуновское движение можно наблюдать и в газе. Вот как описывает броуновское движение немецкий физик Р. Поль. «Немногие явления способны так увлечь наблюдателя, как броуновское движение. Здесь наблюдателю позволяется заглянуть за кулисы того, что совершается в природе.

Перед ним открывается новый мир безостановочная сутолока огромного числа частиц Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения. Медленнее продвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют свое направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте. Их выступы явно показывают вращение частиц вокруг своей оси, которая постоянно меняет свое направление в пространстве. Нигде нет и следа системы или порядка. Господство слепого случая вот какое сильное, подавляющее впечатление производит эта картина на наблюдателя». Броуновским движением является дрожание стрелок чувствительных измерительных приборов, которое происходит из-за теплового движения атомов деталей приборов и окружающей среды. Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном в 1905 г.

Ответьте на вопросы к тексту:

Какова причина броуновского движения? Беспорядочные удары молекул о частицу, попавшую в газ или жидкость.
Как влияет температура вещества на броуновское движение? С увеличением температуры скорость движения частиц увеличивается.
Наблюдается ли броуновское движение в твердых телах? Да, дрожание стрелок чувствительных приборов.
Кто окончательно построил теорию броуновского движения и экспериментально ее подтвердил? Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном в 1905 г.

БИЛЕТ №21

3. Текст по теме «Квантовая физика и элементы астрофизики», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний

Какие они, звезды?

Важнейшим источником информации о большинстве небесных объектов является их излучение. Наиболее ценные и разнообразные сведения о телах позволяет получить спектральный анализ их излучения. Этим методом можно установить качественный и количественный химический состав светила, его температуру, наличие магнитного поля, скорость движения по лучу зрения и многое другое. Спектральный анализ основан на явлении дисперсии света. Известно, что свет распространяется в виде электромагнитных волн. Причем каждому цвету, входящему в спектр света, соответствует определенная длина электромагнитной волны. Длина волны света увеличивается от фиолетовых лучей до красных приблизительно от 0,4 до 0,7 мкм. За фиолетовыми лучами в спектре лежат ультрафиолетовые лучи, не видимые глазом, но действующие на фотопластинку. Еще меньшую длину волны имеют рентгеновские лучи. За красными лучами находится область инфракрасных лучей. Они невидимы, но воспринимаются приемниками инфракрасного излучения, например, специальными фотопластинками.

Для получения спектров применяют приборы, называемые спектроскопом и спектрографом. В спектроскоп спектры рассматривают, а спектрографом его фотографируют. Для спектрального анализа различных видов излучения в астрофизике используют и более сложные приборы. Достаточно протяженные плотные газовые массы звезд дают непрерывные сплошные спектры в виде радужных полосок. Каждый газ излучает свет строго определенных длин волн и дает характерный для данного химического элемента линейчатый спектр. Наблюдения показывают, что звезды порой меняют свой блеск. Изменения в состоянии газа дают изменения и в спектре данного газа. По уже составленным таблицам с перечнем линий для каждого газа и с указанием яркости каждой линии определяют количественный и качественный состав небесных светил.

Ответьте на вопросы к тексту:

Как определяется химический состав звезд?
Как определяется качественный состав звезд?
Можно ли считать качественный анализ по спектрам излучения точным? Да.

4.Чем отличается спектроскоп от спектрографа?

БИЛЕТ № 22

3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний

Звуки

Задумайтесь о происхождении звуков вот стукнула дверь, ударили кулаком по столу, проехала машина, стучат каблучки по полу. Звук всегда вызывается каким-либо механическим движением. Доски, стол, стены, большинство других предметов от толчков не приходят в видимое движение, если только они не очень сильны. Но они способны несколько прогибаться, и в результате возникает их легкое движение вперед-назад (вибрация). Хорошо иллюстрирует природу колебаний туго натянутая струна или резиновый шнур. Предположим, что мы оттянули середину струны гитары из нормального положения. Струна натягивается, и когда мы ее отпустим, она вернется назад, но в момент возвращения в свое нормальное положение она будет двигаться. Продолжая движение, постепенно замедляясь, она остановится, но уже по другую сторону от своего первоначального положения. Теперь струна снова натянута и должна двигаться назад. Со временем, после многих таких колебаний струна вернется в состояние покоя.

Подобным способом происходят колебания твердых упругих предметов, если какой-то участок тела толкнуть и вывести из нормального состояния. Колебания одной части предмета оказывают влияние на остальные части. Колеблющиеся участки тянут и толкают соседние, а те тоже начинают колебаться. В свою очередь, они приводят в движение окружающие их участки и т.д. Таким образом, колебания, созданные в одной точке тела, передаются другим его точкам по всем направлениям, так что через какое-то время колеблются все точки внутри сферы с центром в источнике колебаний. Так распространяется звуковая волна в твердом материале.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задание:

1.Одинакова ли скорость распространения звука в различных твердых материалах? Скорость распространения звука зависит от вида твердого материала

2.Только ли в твердых материалах распространяется звук? В любых средах можем услышать звук (кроме вакуума)

3. Можно ли на Земле услышать гул двигателя космического корабля, пролетающего в открытом космосе? Нет, не можем

4. Получите звуковые колебания на одном из физических приборов.

Можно получить звук с помощью камертона

БИЛЕТ № 23

О природе теплоты

Задумывались ли над тем, как тепло проникает через твердые тела? Почему испарение приводит к охлаждению?

Молекулы веществ находятся в непрерывном движении и все время взаимодействуют друг с другом. В жидкостях и газах они способны передвигаться на большие расстояния, причем в газах движение происходит более свободно, чем в жидкостях. В твердом теле молекулы только совершают колебания вблизи определенных мест. Чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура тела. При передаче тепла через твердый материал распространяется не вещество, вроде воды или воздуха, а изменяется интенсивность колебаний молекул. Наблюдали ли вы, что происходит, когда пища в кастрюле, поставленной на газовую плиту, разогревается? Движение молекул горящего газа намного быстрее, чем у предметов с нормальной температурой. Эти быстрые молекулы сталкиваются с молекулами металла у дна кастрюли. И те начинают двигаться гораздо быстрее. Затем, в свою очередь, начинают двигаться быстрее молекулы, расположенные в верхних частях металла и так от молекулы к молекуле быстрое колебательное движение распространяется через металл и достигает содержимого кастрюли.

А почему охлаждение, когда вода или любая другая жидкость испаряется? Жидкости отличаются от твердых тел тем, что молекулы в них могут вырываться из своего окружения и двигаться более или менее сами по себе. Межмолекулярных сил уже не хватает, чтобы удерживать молекулу в одном определенном положении, как это имеет место в твердых телах. Но силы притяжения в жидкости ещё достаточно велики, чтобы удерживать, молекулы все вместе в объеме жидкости, налитой в сосуд. Во время своих перемещений по жидкости молекулы соударяются друг с другом. Может случиться, что молекула, находящаяся недалеко от поверхности, получит при соударении настолько большую скорость, что сможет вылететь из жидкости в воздух. Происходит процесс испарения. В жидкости остаются более медленные молекулы, которым соответствует более низкая температура. В результате при испарении жидкость охлаждается.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задание:

Что вы чувствуете, когда протираете кожу своей руки спиртом? Чувствуется охлаждение

При одной и той же температуре, когда нам кажется теплее в сырую погоду или в сухую? В сухую.

Когда быстрее растает кусочек льда закутанный в теплый шарф или положенный на тарелку? На тарелке

Каков принцип работы холодильника?

Работа холодильника основана на использовании теплового насоса, переносящего тепло из рабочей камеры холодильника наружу, где оно рассеивается во внешнюю среду.

БИЛЕТ № 24

Тлеющий разряд

Кто из нас не любовался огнями ночного города? Красные, зеленые, огни в рекламных трубках. Как они создаются?

Если из трубок, которым можно придать разную форму, откачать воздух до давления порядка десятых и сотых долей миллиметров ртутного столба и на впаянные в трубку электроды подать напряжение порядка нескольких сотен вольт, то в трубке возникает свечение. Возникшее таким образом свечение получило название тлеющего разряда.

При тлеющем разряде почти вся трубка, за исключением небольшого участка возле катода, заполнена однородным свечением, называемым положительным столбом. Когда мы соединяем электроды трубки с источником высокого напряжения, то свободные положительные ионы, имеющиеся в газе даже при пониженном давлении, устремляются к катоду. При определенном разрежении, когда длина свободного пробега значительна, скорость положительных ионов достигает такого значения, что с поверхности катода вырываются электроны, устремляющиеся к аноду. При своем движении электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, возбуждают свечение газа и частично его ионизацию.

Если трубка наполнена неоном, возникает красное свечение, аргоном синевато-зеленое свечение. В лампах дневного света используют разряд в парах ртути

Тлеющий разряд получил применение в квантовых генераторах газовых лазерах.

Ответьте на следующие вопросы к тексту:

Для чего понижается давление в газоразрядных трубках?
От чего зависит цвет свечения?
Почему при возникшем тлеющем разряде не вся трубка заполнена положительным столбом?
Где применяют трубки с тлеющим разрядом?

БИЛЕТ № 25

3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание опыта. Задание на формулировку гипотезы опыта, условий его проведения и выводов

Нет веса?

Проведем наблюдения за несколькими опытами.

Опыт № 1 Возьмем литровую пластиковую бутылку, проделаем в ней по вертикали несколько отверстий. Нальем в нее воды. Из отверстий будут бить под разными углами струи воды. В силу того, что давление на разных высотах разное, поэтому и углы разные.

Сбросим наполненную водой бутылку с некоторой высоты, например, можно встать на стул и сбросить бутылку с высоты вытянутой руки. Почему-то струи воды не хотят больше выливаться.

Опыт № 2. Нальем в бутылку с отверстиями снова воду. Подбросим бутылку вверх.

Увы! Вода при движении бутылки вверх снова не выливается.

Опыт № 3. Бутылку с отверстиями наполним водой и бросим ее под углом к горизонту, в заранее приготовленное ведро (можно вместо бутылки в этом опыте взять наполненный водой теннисный шарик) Вода снова не хочет выливаться, через отверстия. (Во всех опытах бутылка, наполненная водой, не закрывается пробкой.)

Во всех трех опытах стало отсутствовать давление верхних слоев воды на нижние. Проверим эти наблюдения на следующем опыте.

Опыт № 4. К дощечке прикрепим пружину от школьного динамометра, а к ней гирю порядка 300 г. Отметим фломастером насколько растянулась пружина. Снова встанем на стул и с высоты вытянутой вверх руки сбросим дощечку вниз. Предварительно попросим товарища последить за поведением пружины. А ведет она себя «странно». Она за время своего падения не растягивается. Значит, грузы не оказывают действия на пружину во время свободного падения.

Ответьте на вопросы к тексту:

Что объединяло все эти опыты?
Почему при свободном падении отсутствовало давление внутри падающей системы? (Потому что когда тело падает отсутствует вес, поэтому отсутствует давление)
Как называется состояние свободного падения? (Невесомость)
Где встречается состояние невесомости? (В лифте во время прыжка))

БИЛЕТ № 26

3. Текст по теме «Электромагнитные поля», содержащий информацию об электромагнитном загрязнении окружающей среды. Задание на определение степени воздействия электромагнитных полей на человека и обеспечение экологической безопасности

Невидимое загрязнение

В последние годы повышенное внимание уделяется вопросам влияния электромагнитных полей на состояние здоровья населения и объекты природной среды. Основным источником электромагнитных полей на Земле является Солнце. Суммарная плотность потока электромагнитной энергии у поверхности Земли составляет 10-10 10-9 Вт/м2 в период мощных солнечных вспышек. Использование электромагнитной энергии в различных областях человеческой деятельности привело к тому, что к существующим природному электрическому и магнитному полям добавились электромагнитные поля искусственного происхождения, уровень которых в несколько десятков раз превышает уровень естественного электромагнитного поля.

В последнее время отмечено резкое увеличение количества и видов новой техники, оборудования и устройств, эксплуатация которых сопровождается излучением электромагнитной энергии в окружающую среду. Это оборудование развивающегося радио- и телевизионного вешания, систем подвижной и персональной радиосвязи, энергетическое оборудование, современная бытовая техника, линии электропередачи.

Являясь биологически активным фактором, электромагнитное поле искусственного происхождения оказывает неблагоприятное воздействие на человека и окружающую природную среду, что и было отмечено в 1989 г. Всемирной организацией здравоохранения, включившей этот фактор в число значимых экологических проблем.

Помните, что электромагнитные поля различаются по длине волны и частоте колебаний. Чем короче длина волны, тем больше частота колебаний и наоборот. Их подразделяют на высокочастотные, ультравысокочастотные и сверхвысокой частоты. Биологическая активность электромагнитных излучений возрастает с уменьшением длины волны, что приводит к большей «агрессивности» действия полей радиочастот по сравнению с полями промышленной частоты.

По предварительным оценкам, в России электромагнитному облучению гигиенически значимых уровней подвергаются приблизительно 70 % обшей численности населения, облучаемого вне производственной сферы (проживающие вблизи воздушных линий электропередачи, в домах с электроплитами и т.д.).

Самые опасные поля СВЧ диапазона, волны миллиметровые, сантиметровые и дециметровые. По санитарным нормам в диапазоне СВЧ при круглосуточном облучении предельно допустимые уровни электромагнитного излучения достигают 5 мкВт/см2.

Между интенсивностью электромагнитных полей, продолжительностью их воздействия и состоянием здоровья населения имеется однозначная связь. Она выражается в снижении иммунологической реактивности организма, увеличении общей заболеваемости, распространенности болезней органов дыхания, нервной системы, болезней кожи, разрушения сетчатки глаз, увеличения онкологических заболеваний.

Применение американскими полицейскими радиотелефонов, работающих в СВЧ диапазоне, привело к значительному увеличению числа заболеваний раком мозга.

Размещение садовых и дачных участков вблизи ЛЭП и радарных установок приводит к тому, что электромагнитные поля воздействуют на человека не только снаружи, но и внутри здания.

Дети в возрасте до 15 лет в 2.7 раза чаще страдают злокачественными заболеваниями, подвергаясь действию электромагнитного поля с индукцией свыше 0,2 мкТл.

Регулярная работа с компьютером без применения защитных средств приводит к заболеванию органов зрения, к болезням сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта.

Не до конца изучено воздействие ЭМП на сельскохозяйственные объекты.

Недооценка электромагнитных полей как загрязнителя окружающей природной среды привела к ухудшению экологической ситуации в стране. Необходимо научно обосновать нормативные оценки степени загрязнения окружающей среды электромагнитными полями.

Чтобы в дальнейшем обеспечить экологическую безопасность и защитить население и природную среду от повреждающего действия ЭМП, необходимо детальное нормирование уровня электромагнитных полей различных диапазонов в жилых помещениях, общественных зданиях и на прилегающих к источникам ЭМП территориях.

Ответьте на вопросы к тексту.

Что значит электромагнитное поле промышленной частоты?
Какие из бытовых приборов создают наиболее опасные электромагнитные поля?

3.Почему магнитные поля создаются лишь работающими приборами и установками? (т.к. при выключенном приборе нет тока, который порождает магнитное поле. Зная основные свойства магнитного поля, устанавливаемые экспериментально:

Магнитное поле порождается электрическим полем (движущимся зарядом).
Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток ( движущиеся заряды).

Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально не зависимо от нас, наших знаний о нем.)

4.Каковы предельно допустимые нормы электромагнитного излучения?

Источник