Научный проект тема: «Тепловое расширение твердых тел в электрическом стартере».

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Управление образования Павлодарской области

Региональный научно-практический центр «Ертіс дарыны»

Государственное учреждение- «Средняя общеобразовательная школа №10 отдела образования акимата города Экибастуз».

Маркина Дарья

10 «Б» класс.

Тема: «Тепловое расширение твердых тел в электрическом стартере».

Направление: Научно-технический прогресс - как ключевое звено экономического роста.

Секция: Физика.

Научный руководитель: Карабаева Аймангуль Зинуровна.

г.Экибастуз - 2015

Оглавление

Страницы

Аннотация……………………………………………………………………………3

The summary………………………………………………………………………….5

Введение…………………………….……...………………………………………..6

Основная часть………………………………………………………………………8

I.Тепловое расширение твёрдых тел……………………………….…………8

1.Кристалические тела………………………………………………………8

2.Тепловое линейной расширение………………………………………..11

3.Тепловое объёмное расширение………………………………………..14

4.Зависимость плотности веществ от температуры……………………..15

II.Биметаллическая пластина…………………………………………….…..16

1.Св-ва биметаллической пластины……………………………………...16

2.Применение биметаллической пластины………………………………17

2.1.Термостаты и защитные устройства………………………………17

2.2.Генераторы импульсов и реле времени…………………………...17

2.3.Измерительные приборы…………………………………………..17

2.4.Часы………………………………………………………………….18

2.5.Термометры…………………………………………………………18

2.6.Устройства для микроперемещений……………………………...18

2.7.В судостроении………………………………………………….....19

3.Создатель биметаллической пластины………………….…………....20

III.Биметаллическая пластина в электрическом стартере………………….23

Результаты произведённых исследований……………………………………….27

Заключение……………………………………………………………………...….31

Список литературы…………………………………………………………….......32

Дневник проекта……………...…………………………………………………....33

Аннотация

Тема - «Тепловое расширение твердых тел в электрическом стартере».

Цель: Изучить расширение твердых тел в электрическом стартере.

Гипотеза:Применение биметаллической пластины в электрическом стартере, позволит подробно узнать о тепловом расширении твёрдых тел.

Этапы исследования:

1.Изучение биметаллической пластины.

2.Изучение свойства биметаллической пластины .

3.Где применяются биметаллические пластины.

4.Создатель биметаллических пластин.

5.Биметаллическая пластина в электрическом стартёре.

6.Заключение.

Методы исследования:

1.Описательный.

2.Сопоставительный.

Научная новизна

Данный труд представляет собой информацию о биметаллической пластине: где применяется, функции и свойства.

Актуальность:Знание закона теплового расширения твёрдых тел позволяет рассчитывать тепловые зазоры на стыках рельсов, глубину провисания проводов ЛЭП и связи, температуры нагрева одной детали для плотной посадки на другую. Очень полезным изобретением оказалось биметаллическая пластина, способная при нагревании не только удлиняться, но изгибаться.

Результат: Биметаллические пластины проводят электрический ток, что позволяет использовать их в качестве автоматического замыкателя цепи - автоматического ключа.

The summary

Theme- "Thermal expansion of solids in the electric starter."

Objective: To study the expansion of solids in the electric starter.

Hypothesis: Application of a bimetallic plate in the electric starter , allow to learn in detail about the thermal expansion of solids..

Stages of studies:

1.Study of the bimetallic plate.

2.Properties of the bimetallic plate.

3.Application of the bimetallic plate.

4.Creator bimetallic plates .

5.Bimetallic strip in the electric starter .

6.Conclusion .

Methods:

1.Descriptive .

2.Comparative .

Scientific novelty

This work is a summary of the bimetallic plate, where applicable, functions and properties.

Relevance:

Knowledge of the law of thermal expansion of solids allows the calculation of the ignition gaps at the joints of the rails, the depth of wires sagging power lines and communications, heating temperature, one piece for a tight fit on the other. Very useful invention proved bimetallic plate, capable not only when heated to lengthen, but bend.

Result: Bimetallic plates conduct electricity, so you can use them as an automatic contactor circuit - automatic key.

Введение.

Физика - наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении. Физики считают физику захватывающей наукой, но это потому, что она составляет дело их жизни. Открытие нового физического явления или способ объяснения уже знакомого явления приводит в сильный трепет. Однако небольшое, но приносящее удовлетворение волнение способно вызвать наблюдение и понимание повседневных явлений природы в окружающем нас мире. Ведь куда занятнее иметь дело с радугами, звукозаписью, вращающимися волчками и мыльными пузырями, если понимать их суть.

Мы живём в 21 веке, веке новых технологий. Жизнь не стоит на месте. Происходит развитие науки, техники, промышленности и везде используются новейшие подходы к тем или иным процессам. Уже известные, открытые давно и кем-то явления, находят свое новое применение, второе рождение или находят использование в смежных с наукой и техникой областях - архитектуре, строительстве, связи и прочее.

В этом учебном году я начал работать над своим проектом «Тепловое расширение твёрдых тел в электрическом стартере».

При работе над проектом я ставил перед собой цель: изучите тепловое расширение твёрдых тел, ознакомится с электрическим стартером и биметаллической пластиной, изучить биметаллическую пластину, её свойства и применение.

Для себя я выделил следующие задачи:

-познакомиться с основами теории твердых тел;

-рассмотреть зависимость между объемом тела и его температурой, длиной и его температурой;

-провести исследование и экспериментально определить тепловые характеристики биметаллической пластины;

-познакомиться со сферами применения биметаллических пластин.

Основная часть.

I.Тепловое расширение твёрдых тел.

1.Кристалические тела.

Твердыми телами называют тела, которые обладают постоянством формы и объема. Среди твердых тел различаются кристаллические и аморфные твердые тела.

Аморфные тела - это твердые тела, занимающие промежуточное положение между кристаллическими твердыми телами и жидкостями. Аморфные твердые тела (вар, стекло и др.) представляют собой переохлажденные жидкости и не обладают четко выраженными свойствами кристаллов, таких как определенная температура плавления, дальний порядок расположения частиц, анизотропией.

Кристаллическое твердое тело- это тело определенной геометрической формы, ограниченное естественными плоскими гранями.

Большинство кристаллических тел состоит из множества беспорядочно расположенных и сросшихся между собой мелких кристалликов. Такие тела называют поликристаллическими. Поликристаллическими телами являются все металлы.

Монокристалл- это тело, представляющее собой один кристалл. Монокристалл анизотропен.

Анизотропия- это зависимость физических свойств твердых тел (тепловых, упругих, электрических, оптических) от направлений в кристалле.

Металлы изотропны, то есть обнаруживают одинаковые свойства по разным направлениям. Это объясняется тем, что кристаллики, из которых состоит поликристаллическое тело, ориентированы друг по отношению к другу хаотически. В результате ни одно из направлений не отличается от других.

При образовании куска металла из отдельных атомов валентные электроны полностью утрачивают связь со своими атомами и становятся «собственностью» всего куска в целом. Положительные ионы окружены «электронным газом», образованным коллективизированными электронами. Это газ заполняет все промежутки между ионами и стягивает их электрическими силами.

Каждая частица в кристаллической решетке испытывает силы межмолекулярного взаимодействия. Равновесное расположение всех частиц твердого тела в узлах кристаллической решетки соответствует минимальному значению свободной энергии кристалла и наиболее устойчивому его состоянию. При этом частицы в узлах решетки располагаются на некоторых равновесных расстояниях друг от друга, называемых периодом кристаллической решетки. При расстояниях между ионами, равных периоду кристаллической решетки, образуется устойчивое состояние металлического кристалла.

В металле электроны оказываются свободными и могут перемещаться по всему куску в любых направлениях. Это проявляется, например, в том, что металлы хорошо проводят электрический ток.

Очень слабая связь валентных электронов металла с атомами - вот причина относительной свободы, которую имеют электроны внутри металлов.

Линейное тепловое расширение объясняется несимметричной формой кривой (рис. 1) зависимости потенциальной энергии Е_п взаимодействия двух молекул от расстояния r между ними. Такой характер кривой связан с различной зависимостью от расстояния r сил притяжения и отталкивания между молекулами.

Она очень быстро (круто) возрастает от минимального значения Е_р0(в точке r₀) при уменьшении r и сравнительно медленно растет при увеличении r.

Рис. 1

При абсолютном нуле в состоянии равновесия молекулы находились бы друг от друга на расстоянии r₀, соответствующем минимальному значению потенциальной энергии Е_р0Помере нагревания молекулы начинают совершать колебания около положения равновесия. Размах колебаний определяется средним значением энергии . Если бы потенциальная кривая была симметричной, то среднее положение молекулы по-прежнему соответствовало бы расстоянию r₀. Это означало бы общую неизменность средних расстояний между молекулами при нагревании и, следовательно, отсутствие теплового расширения. На самом деле кривая несимметрична. Поэтому при средней энергии, равной, среднее положение колеблющейся молекулы соответствует расстоянию r₁>r₀.

Изменение среднего расстояния между двумя соседними молекулами означает изменение расстояния между всеми молекулами тела. Поэтому размеры тела увеличиваются.

Дальнейшее нагревание тела приводит к увеличению средней энергии молекулы до некоторого значения , и т.д. При этом увеличивается и среднее расстояние между молекулами, так как теперь колебания совершаются с большей амплитудой вокруг нового положения равновесия: r₂>r₁, r₃>r₂и т.д. [1]

2. Тепловое линейное расширение.

Применительно к твёрдым телам, форма которых при изменении температуры (при равномерном нагревании или охлаждении) не меняется, различают изменения линейных размеров (длины, диаметра и т.п.) - линейное расширение и изменение объема - объемное расширение.

Опыт показывает, что при небольших изменениях температуры изменение размеров твердого тела прямо пропорционально изменению температуры (рис. 2).

Рис.2

Так как удлинение при нагревании (или укорочении при охлаждении) зависит также от первоначальной длины тела, удобнее рассматривать не само удлинение тела, а относительное удлинение: отношение увеличение длины

Первоначальной длине . Относительное удлинение пропорционально изменению

Коэффициент пропорциональности , называют температурным коэффициентом линейного расширения. Он показывает, не какую долю своего первоначального значения изменяются линейные размеры тела при нагревании его на . Коэффициент линейного расширения зависит от природы вещества, также от температуры. Однако, если рассматривать изменения в не слишком широких пределах, зависимостью от температуры можно пренебречь и считать температурный коэффициент линейного расширения величиной постоянной для данного вещества. Для большинства веществ этот коэффициент мел, его значение составляют .

Особенно мал коэффициент линейного расширения в диапазоне температур от -30 до 100⁰С у инвара (сплав железа и никеля). Поэтому инвар применяют для изготовления точных инструментов, используемых при определении размеров тел. Линейные размеры самого инструмента из инвара мало зависят от колебания температуры. Линейные размеры тела, как вытекает из формулы

,

зависят от изменения температуры следующим образом:

В этих формулах обычно начальное значение температуры полагают равным нулю и соответственно считают длиной тела при этом температуры. На практике же начальное значение температуры тела далеко не всегда бывает равным . Тогда расчет длины тела при любом t можно выполнить так. Пусть при температуреt₁, длина тела равнаl₁, а при температуреt₂,длина равна . Тогда, считая начальную температуру , имеем: от сюда: и

Однако, учитывая, что значение очень мало, формулу можно упростить. Умножив числитель и знаменатель на, получим:

Ввиду малости коэффициента члены содержащие , малы по сравнению с членом, в который входит , в первой степени (точнее, ). Поэтому их можно отбросить. В результате формула для вычисления длины оказывается более простой и достаточно точной для инженерной практики:

или

Решая задачи с учетом теплового линейного расширения тел, необходимо иметь ввиду, что при изменении температуры меняется не только длина, но и все другие линейные размеры тела. Так, у круглого стержня при нагревании увеличивается диаметр, и при том во сколько раз, во сколько увеличивается длина стержня. У пластинок в одно и тоже число раз увеличивается длина, ширина и толщина. Если начертить на пластинке какую-нибудь линию, то длина этой линии при нагревании увеличивается в такое же число раз. У окружности увеличивается и длина и диаметр.

При нагревании пластинки, имеющей круглое отверстие, диаметр отверстие тоже увеличивается. Дело в том, что при равномерном нагревании в теле не возникают силы упругости. Поэтому расширение происходят так, как если бы пластинка была стальной. Точно так же увеличивается при нагревании диаметр гайки, размеры раковины в толще металлической отливки и т.д.

В справедливости сказанного можно убедиться на опыте с шаром. Шар застревает в кольце, если его нагреть, и проходить с большим зазором, если нагреть кольцо. Наоборот, при охлаждении кольца шар застревает, а охлаждение шара увеличивает зазор между ним и кольцом.

Линейные размеры тел увеличиваются прямо пропорционально росту температуры.[2]

3. Тепловое объёмное расширение.

При изучении теплового объёмного расширения удобно, как и при линейном расширении, рассматривать относительное изменение объёма:

Измерения показывают, что в пределах не очень большого интервала температур можно считать, что относительное изменение объёма пропорционально изменению температуры:

Коэффициент пропорциональности называют температурным коэффициентом объёмного расширения. Он показывает, на какую долю своего первоначального значения изменяется объём тела при изменении температуры на 1°С. Коэффициент объёмного расширения, как и коэффициент линейного расширения, зависит от природы вещества и температуры. Зависимость α от температуры незначительна и ею можно пренебречь, если интервал изменения температуры невелик. Для большинства твёрдых тел коэффициент α имеет порядок, т.е. очень мал по сравнению с коэффициентом объёмного расширения газов.

Из формулы:

легко найти выражение для объёма тела при любой температуре:

В этой формуле значение начального объёма v_о обычно берут при начальной температуре t_о = 0°С. Однако и здесь, как в случае линейного расширения, можно пользоваться формулой:

где v₁ - объём тела при температуре t₁; v₂- объём тела при температуре t₂;

Объём полого (пустого) твёрдого тела (сосуд) при нагревании увеличивается так, как если быэто тело было сплошным. Объём полости в твёрдом теле (сосуде) при его нагревании увеличивается так, как увеличивался бы объём тела, изготовленного из того же вещества и имеющего форму и размер полости.[3]

4. Зависимость плотности вещества от температуры.

При изменении температуры тел изменяется и их плотность. Пусть при температуре t плотность вещества равна , а объём тела равен . При температуре t значения этих величин стали соответственно равными и . Так как при изменении температуры массы тела m не изменяется, то

и .

Разделив почленно второе равенство на первое, получим:

Отсюда: ,

Пользуясь формулой

можно записать

Т.к. значительно меньше единицы, то для приближённых расчётов можно упростить эту формулу следующим образом:

Пренебрегая выражением по сравнению с единицей, получим:

При нагревании плотность вещества уменьшается.[4]

II.Биметаллическая пластина.

1.Свойства биметаллической пластины.

1.При повышении или понижении температуры меняется размер и форма пластины;

2.При повышении температуры изгибаются;

3.Хорошо проводят электрический ток;

4.Вибростойки;

5.Мало чувствительны к загрязнениям;

6.Самовосстанавливаются при отсыревании.

7.В зависимости от способа включения может быть вольтметром или амперметром.

8.Способны изменять длину пружины баланса.[5]

2.Применение биметаллической пластины

2.1.Термостаты и защитные устройства.

Изгибающаяся биметаллическая пластина управляет электрическими контактами, замыкающими или размыкающими цепь подогревателя. (В случае защитных устройств - отключающие электропитание нагрузки).

Могут сводить-разводить контакты постепенно (дешёвая ненадёжная конструкция - контакты искрят и обгорают), а могут срабатывать скачком (механическая бифуркация), сразу перемещая контакт на несколько миллиметров (щелчки от таких переключений слышны при работе утюгов).

Применяются как защитные устройства: для защиты от перегрева (например в электрочайнике) или от превышения силы тока (предохранители).могут быть как самовосстанавливающимися, так и требующими вмешательства персонала (предполагается, что персонал найдёт и устранит причину неполадки, и только потом вернёт предохранитель во включённое состояние).[5]

2.2.Генераторы импульсов и реле времени.

Биметаллическая пластина с контактом и с подогревателем (применяется сама пластина, по которой пропускают ток).

Применяется для переключения режимов работы устройств после их включения (например, в стартёрах люминесцентных ламп и электромоторов). В этом случае нагрев пластины продолжается всё время, пока устройство включено. [5]

2.3.Измерительный приборы.

Разновидность биметаллического термометра с подогревателем. В зависимости от способа включения может быть вольтметром или амперметром. При работе потребляет много энергии, однако совершенно не содержит трущихся механических частей. Просты, вибростойки, мало чувствительны к загрязнениям, как правило, самовосстанавливаются при отсыревании. До сих пор широко применяются в автомобильной электронике. [5]

2.4.Часы.

Применяются для термокомпенсации хода часов. Могут изменять диаметр разрезного обода баланса, сделанного из биметаллической пластины, либо изменять действующую длину пружины баланса.[5]

2.5.Термометры.

Длинная свёрнутая спиралью лента из биметалла закрепляется в центре. Другой (внешний) конец спирали перемещается вдоль шкалы, размеченной в градусах. Такой термометр, в отличие от жидкостного (например, ртутного) совершенно нечувствителен к изменениям внешнего давления и механически более прочен.

В термографах биметаллическая пластина через систему рычагов управляет пером самописца, рисующим график изменения температуры (применяется в метеорологии) [5]

Схема биметаллического термометра.

2.6.Устройства для микроперемещений.

Предметы (типа «препарата», рассматриваемого в микроскоп) с помощью биметаллических пластин с подогревателями можно перемещать в небольшихпределах. Величина перемещения регулируется дистанционно изменением тока через подогреватели.Недостаток: величина перемещения непостоянна и зависит от условий охлаждения (окружающей температуры, сквозняков и т. п.) [5]

2.7.В судостроении.

Биметаллические (а также триметаллические) пластины используются для сварки разнородных металлов в целях предотвращения контактной (гальванической) коррозии. В судостроении применяются как для стыковки алюминиевой надстройки со стальным корпусом, так и для соединения декоративных элементов из нержавеющей стали с алюминиевой конструкцией.[5]

3.Создатель биметаллической пластины.

Джон Харрисон - английский изобретатель, часовщик - самоучка, создатель биметаллической пластины.

Джон Харрисон, старший из пяти детей в семье, родился 24 марта 1693 в Фолби (Foulby), близ Уэйкфилда (Wakefield) в Западном Йоркшире (WestYorkshire). Его отец был плотником, работавшим в соседнем поместье NostellPriory, и сегодня на доме, в котором, вероятно, жила семья Харрисонов, висит памятная табличка. Около 1700 года семейство переехало в деревушку Барроу-апон-Хамбер (BarrowuponHumber) вСеверномЛинкольншире (NorthLincolnshire), и Джон, помогавший в работе отцу, в свободное время чинил и собирал часы. Легенда гласит, что когда ему было 6 лет, и он лежал в постели с оспой, Джону дали часы, чтобы он не скучал, и мальчик часами мог прислушиваться к ходу часов и изучать подвижные части механизма. Еще он очень любил музыку и стал, в конце концов, хормейстером местного прихода.

Свои первые напольные часы Харрисон построил, когда ему было 20 лет. Механизм был полностью изготовлен из дерева, единственного материала, доступного столяру - причем три из ранних работ Харрисона (1713-1717 гг.) сохранились до нашего времени. В начале 1720-х годов Харрисон получил заказ на новые башенные часы для Броклсби-Парк (BrocklesbyPark) вСеверномЛинкольншире, и эти часы, изготовленные из дуба и железного дерева, работают до сих пор. С 1725 по 1728 год Джон и его брат Джеймс (JamesHarrison), тоже опытный столяр, изготовили, по меньшей мере, три часовых механизма с маятником, тоже из дуба и железного дерева. Эти часы, по мнению некоторых экспертов, были самыми точными часовыми механизмами своего времени и предшественниками харрисоновского морского хронометра. Те, что сохранились, находятся в музеях Великобритании (UK) и Соединенных Штатов (UnitedStates).

Харрисон был талантливым человеком, который умел многое, и постоянно использовал свои знания и умения для улучшения своих часовых маятниковых механизмов. Так, Харрисон изобрел компенсацию маятника чередующимися латунными и железными стержнями, что помогло устранить влияние температуры на движения маятника. Еще одним примером его изобретательского гения служит так называемый кузнечиковый спуск, контролирующее устройство, которое заставляет шестеренки двигаться на определенное расстояние через регулярные промежутки времени, и одновременно подталкивает маятник. Такой спуск обходился практически без трения и не требовал смазки.

Во время работы над морским хронометром Харрисону финансово и советами помогал Джордж Грэм (GeorgeGraham), известный часовщик, изобретатель и геофизик. Он одолжил Джону крупную сумму денег уже после первой встречи в 1730 году, во время которой мастер-самоучка объяснял Грэму, как работает его хронометр. Их познакомил королевский астрономЭдмунд Галлей (EdmondHalley), который также поддерживал Харрисона и продвигалего работы. Такая поддержка много для него значила, поскольку Харрисону было трудно донести до слушателей свои идеи так, чтобы те разобрались в незнакомом для них предмете.

Работа над первыми 'морскими часами' заняла у Харрисона 5 лет, после чего он предпринял морское путешествие в Лиссабон (Lisbon), и по возвращении оба капитана, с которыми он путешествовал, высоко оценили его разработку. Харрисон получил 500 фунтов на дальнейшие исследования и продолжил работу. В 1741 году был готов и полностью испытан второй вариант 'часов', более компактный и надежный, а за ним и третий, но в итоге после 17 лет работы изобретатель отказался от своих идей и пошел в совершенно новом направлении. Прославивший его морской хронометр был готов в 1761 году, и последние годы своей жизни ДжонХаррисон провел, будучи очень состоятельным человеком.

Он умер 24 марта 1776 года, в свой 83-й день рождения и был похоронен в Хэмпстеде (Hampstead).[6]

III.Биметаллическая пластина в электрическом стартере.

Знание закона теплового расширения твёрдых тел позволяет рассчитывать тепловые зазоры на стыках рельсов, глубину провисания проводов ЛЭП и связи, температуры нагрева одной детали для плотной посадки на другую и т.д. Очень полезным изобретением оказалось биметаллическая пластина, способная при нагревании не только удлиняться, но изгибаться. Как известна, биметаллическая пластина это две жестко соединённые между собой, например с помощью заклёпок или точечной сварки, пластины из разных металлов. Имея разные термические коэффициенты теплового линейного расширения, пластины удлиняются по-разному, что и приводит к изгибу биметаллической пластины.

Биметаллические пластины проводят электрический ток, что позволяет использовать их в качестве автоматического замыкателя (размыкателя) цепи-автоматического ключа. Устройства, работающие на этом принципе, называются термореле и применяются в утюгах, масляных электро радиаторах, не перегорающих предохранителях, в качестве реле указателя поворота в автомобилях, обеспечивающего «мигания» сигнала, и т.д. Работу автоматического ключа можно рассмотреть на примере электрического стартёра (рис. 4), используемого для включения люминесцентных ламп (ламп дневного света). Внешне он представляет собой цилиндр, одно донце которого и боковая стенка (как правило, из алюминия) является кожухом, а второе донце - изолирующее основание для крепления контактов. Кожух крепится к основанию с помощью лепестков.

Рис. 4

Внутри стартёра находятся параллельно соединенные конденсатор и неоновая лампа, на одном из электродов, которой закреплена биметаллическая пластина (рис. 5).

Рис. 5

Чтобы зажечь люминесцентную лампу, на неё в первое мгновение необходимо подать напряжение несколько тысяч вольт, после чего свечение поддерживается уже «обычным» напряжением 220В.

Все знают, что при нажатии на клавишу выключается люминесцентная лампа, загорается не сразу. Что же в это время происходит в стартёре: неоновая лампа - это стеклянный, вакуумный баллон с двумя электродами, заполненный неоном под небольшим давлением. В начальный момент электроды не замкнуты. При подаче на них напряжения 220В возникает тлеющий самостоятельный заряд в газе. (Кстати, несмотря на название, свечение достаточно яркое). Протекающий ток нагревает газ и биметаллическую пластину, она изгибается и через 0,5 - 1,5 секунд касается другого электрода (рис.4).

Напряжение между электродами падает до нуля, цепь стартёра замыкается и по ней начинает течь ток. (Люминесцентная лампа пока ещё не горит). Этот ток, конечно, тоже нагревает биметаллическую пластину, но не так сильно, как тлеющий разряд. Пластина начинает остывать и распрямляется. Когда она отходит от второго электрода, цепь стартёра размыкается (кстати, при этом возникает искровой разряд, который иногда виден даже невооружённым глазом), но ток через воздушный зазор не прекращается из-за тока что в дроссельной катушке, которая включена в цепь стартёра, возникает ЭДС самоиндукции! В результате на воздушном зазоре между концом биметаллической пластины и электродом - возникает высокое напряжение (несколько тысяч вольт), что и требуется для зажигания самой люминесцентной лампы. Конденсатор предназначен для гашения радиопомех, которые возникают при искровом разряде. Кожух служит только для защиты от механических повреждений.

Работу биметаллической пластины стартёра можно увидеть невооружённым глазом, если открыть «внутренности». Для этого всю конструкцию лампы дневного света (а не только газосветную трубку) кладём перед собой, вынимаем стартёр из патрона, снимаем с него кожух и аккуратно вставляем донце с «внутренностями» в патрон, подталкивая донце отвёрткой за внутренние части контактов. Необходимо следить за тем, чтобы провода, идущие от контактов к неоновой лампе и конденсатору, не замкнулись между собой! Разумеется, все работы производим при полностью обесточенной лампе.

Без дроссельной катушки работу стартёра продемонстрировать не удастся, так как она играет роль нагрузки, ограничивающей силу тока. Стартер, подключенный непосредственно к бытовой осветительной сети (220В) почти мгновенно выйдет из строя при коротком замыкании контактов! Газосветная трубка загорается именно в тот момент работы стартёра, когда прекращается свечение неоновой лампы и проскакивает искра между биметаллической пластиной и электродом.

Конструкции электродов и биметаллических пластин у стартёров разного производства немного различаются, так же, как и формы баллонов неоновых ламп. Но физические принципы работы у всех конструкций одинаковы. На рис. 4, 5 показана конструкция отечественных стартёров выпуска 1990 годов. Стартёры 70^х годов имели по две биметаллических пластины - на каждом электроде. При нагревании они изгибались на встречу друг другу. Если удастся найти такой стартёр, да ещё и в рабочем состоянии, это будет большой удачей.

Газ в некоторых старых стартёрах светится синим, скорее всего это не неон, а какой-то другой инертный газ. Синее свечение даёт также лампы в стартёрах, рассчитанных на напряжение 127В и в небольших количествах выпускает до сей поры отечественной промышленностью. Если 127 вольтовой стартёр (без кожуха) вставить в патрон 220 вольтовой люминесцентной лампы, то, хотя сама лампа не зажжётся (будет лишь иногда мерцать), свечение в стартёре возникнет. Кстати, именно такие стартёры имеют пластмассовый кожух.

Результаты произведённых исследований.

Конструкции электродов и биметаллических пластин у стартёров разного производства немного различаются, так же, как и формы баллонов неоновых ламп. Но физические принципы работы у всех конструкций одинаковы. На рис. 4, 5 показана конструкция отечественных стартёров выпуска 1990 годов. Стартёры 70^х годов имели по две биметаллических пластины - на каждом электроде. При нагревании они изгибались на встречу друг другу. Если удастся найти такой стартёр, да ещё и в рабочем состоянии, это будет большой удачей.

Газ в некоторых старых стартёрах светится синим, скорее всего это не неон, а какой-то другой инертный газ. Синее свечение даёт также лампы в стартёрах, рассчитанных на напряжение 127В и в небольших количествах выпускает до сей поры отечественной промышленностью. Если 127 вольтовой стартёр (без кожуха) вставить в патрон 220 вольтовой люминесцентной лампы, то, хотя сама лампа не зажжётся (будет лишь иногда мерцать), свечение в стартёре возникнет. Кстати, именно такие стартёры имеют пластмассовый кожух. В роли стартёра человек может использовать свои руки. А делается это так: стартёр удаляем, в гнёзда патрона газосветной трубки вставляем два изолированных провода со штыревыми наконечниками. Следим, чтобы случайно не коснуться наконечников (там 220В) и не замкнуть их раньше времени. Включаем шнур питания лампы в сеть (220В): трубка не горит. Аккуратно, за изолированные рубашки наконечников берём провода руками и быстро чиркаем их один об другой: между наконечниками проскакивает искорка, и газосветная трубка зажигается. Это и выполняет стартёр, но автоматически. Умело выполненное касание не вызывает большого тока, короткого замыкания.

Рис. 4 Рис. 5

Заключение.

Таким образом, биметаллическая пластина - металлический материал, состоящий из двух слоев разнородных металлов или сплавов (например, сталь и алюминий, сталь и ниобий, алюминий и титан и другое), основанный на использовании различных значений температурных коэффициентов расширения металлов, имеет большой спектр применения и использования; интересна людям разных специальностей, но уже только с практической точки зрения. И только увлекающиеся и изучающие физику люди увидят за ее необыкновенностью самое обыкновенное физическое явление- явление теплового расширения твердых тел. А такое понимание сути происходящих явлений дает любому человеку чувство некоторого преимущества над природой и явлениями жизни - ведь он может объяснить и ответить, почему и как это происходит.

Работа над проектом мне дала многое. Хотя бы начать с того, что мне пришлось изучить много теоретического материала, а значит, я думаю, научился извлекать информацию с бумажных носителей - книг. При конструировании я лучше научился пользоваться инструментами (паяльником, ножом, отверткой, плоскогубцами), измерительными приборами (мультиметром). При проведении эксперимента я понял главное - надо сразу записывать измерения, пока их не забыл. Также работа над проектом повысила мою компьютерную грамотность. Я научился работать с текстовым редактором, редактором формул.

В дальнейшем я хочу создать прибор с использованием биметаллической пластиной.

Список литературы.

1.Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Молекулярная физика. Термодинамика.10 кл.: Учеб. Для углубленного изучения физики.-3-е изд.-М.: Дрофа, 1998.

2.Роуэлл Г., Герберт С. Физика/Пер. с англ. Под ред. В.Г. Разумовского. - М.: Просвещение, 1994.

3.Суорц Кл. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений: Пер. с англ. В 2 - х т. Т. 1. - М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. Лит.,1986.

4.Яворский Б. М. и Детлаф А. А. Справочник по физике:2 - е изд., перераб. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985.

5.

6.

7.Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - 4-е изд., испр. - М.: Наука. - Гл. ред. физ. - мат. Лит., 1989.

Отзыв на работу

по теме «Тепловое расширение твердых тел в электрическом стартере», выполненную учеником 10«Б» класса СОШ №10 Никулик Ильей.

Проект по физике по теме «Тепловое расширение твердых тел в электрическом стартере» - актуальная работа. Она при применении облегчит ученику понимание и усвоение данной темы благодаря наглядности, широкому спектру вопросов, связанных с жизнью и позволяющих увидеть взаимосвязи в электрических и иной природы процессах. Данная работа содержит много теоретического материала, узнали, как тепловое расширение твердых тел влияет на работу электрического стартера. Проведя исследования, пришли к выводу, что основанный на использовании различных значений температурных коэффициентов расширения металлов, имеет большой спектр применения и использования; интересна людям разных специальностей, но уже только с практической точки зрения. Структура и содержание проекта позволяют использовать его непосредственно в учебном процессе на уроках физики при изучении тем.

Автор проявил полную самостоятельность в создании данного проекта. Работа рекомендуется учителям средней школы, школьникам для самостоятельного изучения тем.

Руководитель:

Учитель физики

Карабаева А.З.