RU103957U1 - DEMONSTRATION SYSTEM FOR THE STUDY OF PHYSICAL PHENOMENA "UNIVERSAL" - Google Patents

DEMONSTRATION SYSTEM FOR THE STUDY OF PHYSICAL PHENOMENA "UNIVERSAL" Download PDF

Info

Publication number
RU103957U1
RU103957U1 RU2010152980/12U RU2010152980U RU103957U1 RU 103957 U1 RU103957 U1 RU 103957U1 RU 2010152980/12 U RU2010152980/12 U RU 2010152980/12U RU 2010152980 U RU2010152980 U RU 2010152980U RU 103957 U1 RU103957 U1 RU 103957U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
demonstration
module
modules
generator
sockets
Prior art date
Application number
RU2010152980/12U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Васильевич Курчатов
Original Assignee
Рагозин Сергей Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Рагозин Сергей Владимирович filed Critical Рагозин Сергей Владимирович
Priority to RU2010152980/12U priority Critical patent/RU103957U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU103957U1 publication Critical patent/RU103957U1/en

Links

Landscapes

  • Instructional Devices (AREA)

Abstract

1. Демонстрационная система для изучения физических явлений, содержащая базовый модуль, включающий панель электропитания, панель управления и магнитную доску, отличающаяся тем, что базовый модуль содержит источники электропитания демонстрационных модулей, генератор звуковых частот, усилитель звуковых частот, динамики, умножитель напряжения, при этом система содержит не менее двух демонстрационных модулей, выполненных с возможностью стыковки с базовым модулем посредством штекерно-гнездового соединения, а именно посредством гнезд на панели электропитания и штекеров на демонстрационных модулях, причем демонстрационные модули выполнены предварительно настроенными в соответствии с текущими задачами и полностью готовыми к выполнению опыта или серии опытов. ! 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что базовый модуль смонтирован в корпусе из полистирола в виде кейса размерами 400×270×120 мм с откидывающейся крышкой, в которую встроена магнитная доска. ! 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что магнитная доска предназначена для крепления демонстрационных модулей, выполнена из тонкого алюминия и является «магнитоактивной» за счет магнитов, равномерно размещенных с тыльной стороны алюминиевого листа. ! 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что на панели управления расположены: фиксируемые выключатели сети, усилителя звуковой частоты, генератора звуковой частоты и выключатель умножителя напряжения, также предусмотрены переключатели входа усилителя звуковой частоты на выход генератора и на внешний источник сигнала, а также переключатель выхода генератора на усилитель и на демонстрационные модули; кнопочный переключа� 1. A demonstration system for studying physical phenomena, comprising a base module including a power panel, a control panel and a magnetic board, characterized in that the base module contains power sources for the demonstration modules, an audio frequency generator, an audio frequency amplifier, speakers, a voltage multiplier, the system contains at least two demonstration modules, made with the possibility of docking with the base module by means of a plug-socket connection, namely by means of sockets on power supply plugs and plugs on the demonstration modules, and the demonstration modules are pre-configured in accordance with current tasks and are completely ready to carry out an experiment or a series of experiments. ! 2. The system according to claim 1, characterized in that the base module is mounted in a polystyrene case in the form of a case with dimensions of 400 × 270 × 120 mm with a hinged lid, in which a magnetic board is integrated. ! 3. The system according to claim 1, characterized in that the magnetic board is intended for mounting demonstration modules, made of thin aluminum and is “magnetically active” due to magnets evenly placed on the back of the aluminum sheet. ! 4. The system according to claim 1, characterized in that the control panel includes: latched switches for the network, audio amplifier, audio generator and voltage multiplier switch, also provides switches for the input of the audio amplifier to the output of the generator and to an external signal source, and also a generator output switch to the amplifier and to the demonstration modules; push button switch

Description

Заявленная полезная модель относится к учебным пособиям в области учебного оборудования и предназначена для выполнения демонстрационных физических экспериментов на уроках физики.The claimed utility model relates to textbooks in the field of educational equipment and is intended to perform demonstrational physical experiments in physics lessons.

Известно устройство, состоящее из набора модулей, в каждом из которых расположены электронный элемент, электронная схема или электронное устройство, электрическое соединение между которыми осуществляется посредством контактов, расположенных на боковых гранях модулей, в каждом из которых расположено устройство индикации состояния находящегося в модуле элемента, электронной схемы или электронного устройства, при этом модули снабжены выступами или впадинами для механического соединения друг с другом (см. заявку на изобретение РФ №94020058, 6 МПК А61F 9/24). Известное устройство применяется только для сборки электронных схем или устройств, в связи, с чем обладает ограниченными функциональными возможностями, так как не может быть использовано для исследования других физических явлений.A device is known consisting of a set of modules, in each of which there is an electronic element, an electronic circuit or an electronic device, the electrical connection between which is through contacts located on the side faces of the modules, in each of which there is a device for indicating the status of the element located in the module, electronic circuit or electronic device, while the modules are equipped with protrusions or depressions for mechanical connection with each other (see application for invention of the Russian Federation No. 94020058 , 6 IPC A61F 9/24). The known device is used only for the assembly of electronic circuits or devices, in connection with which it has limited functional capabilities, since it cannot be used to study other physical phenomena.

Известно учебное пособие для изучения законов механики, содержащее беговую дорожку, выполненную в виде двутаврового желоба с прозрачной передней стенкой и закрепленной на ней мерной шкалой и продольными магнитными полосками на наружной поверхности задней стенки, а внутри желоба установленную на перемычке перемещающуюся каретку с флажками, боковыми вращающимися фиксаторами и магнитными полосками на ее основании, перекинутый через шкив тросик с грузом на конце, датчики положения каретки, стартовое устройство, буфер, указатель, транспортир, при этом пособие дополнительно снабжено цифровым командно-измерительным блоком, набором грузов, бруском с отверстиями и крючком (см. патент на изобретение RU №2314571, кл. G09B 23/06). Это учебное пособие, является достаточно сложным и предназначено только для изучения физических законов статики и динамики.A textbook is known for studying the laws of mechanics, containing a treadmill made in the form of an I-beam with a transparent front wall and a measuring scale fixed to it and longitudinal magnetic strips on the outer surface of the rear wall, and a moving carriage with flags rotating laterally mounted on the jumper clamps and magnetic strips at its base, a cable thrown over the pulley with a load at the end, carriage position sensors, starting device, buffer, pointer, conveyor shooting range, while the manual is additionally equipped with a digital command and measuring unit, a set of goods, a bar with holes and a hook (see patent for invention RU No. 2314571, class G09B 23/06). This tutorial is quite complex and is intended only to study the physical laws of statics and dynamics.

Известно учебное пособие, включающее установочный столик, выполненный из магнитопроводящего листа, набор плат, снабженных магнитными полосками на основании и имеющих с лицевой стороны электрогнезда, при этом на соответствующих платах установлены соответственно источник тока, электрический ключ, резисторы постоянного и переменного сопротивления, кювета с электродами, электролампы, а пособие снабжено электрическими проводами, служащими для обеспечения сборки элементов пособия в определенную электрическую схему и выполненными с возможностью закрепления в электрогнездах посредством предусмотренных на концах штекеров, отличается тем, что каждая плата выполнена в виде короба, внутренняя полость которого разделена на крайние, центральную и средние секции, снабженные цилиндрическими патрубками, выполненными со сквозными отверстиями и расположенными внутри секций короба рядами, причем в средних секциях короба предусмотрены перегородки - ребра жесткости, часть из которых выполнена усеченными на одну треть высоты короба, при этом патрубки средних секций расположены между усеченными перегородками и выполнены также усеченными на одну треть короба, а магнитные полоски выполнены в виде вставок, закрепленных в нише, образованной усеченными перегородками и усеченными патрубками, патрубки крайних и центральной секций выполнены большего диаметра, чем патрубки средних секций, а между патрубками центральной секции расположены патрубки с диаметром, равным диаметру усеченных патрубков, при этом пособие дополнительно снабжено компасом, катушкой, выполненной в виде бобины с проволокой, спирально намотанной на каркас, а выходные концы проводов катушки оснащены контактными клеммами, а каждая электролампа снабжена расположенным над ней и закрепленным в патрубке платы посредством стойки колпачком, выполненным в виде сферического сегмента, при этом электроды кюветы выполнены в виде пластинок с изогнутыми ζ-образными пружинными концами, предназначенными для фиксации на кювете, а источник тока выполнен в виде электродвигателя с выходным валом, на котором установлена шестерня посредством ступицы, наружная форма которой выполнена крестообразной и на которой установлено снабженное ребордой приводное колесо посредством цанговой ступицы с внутренним крестообразным посадочным отверстием и продольным диаметральным пазовым разрезом.(см. патент на изобретение RU №2293374, кл. G09B 23/18). Данное учебное пособие предназначено для изучения электрических явлений, кроме того требуется длительное время для сборки элементов пособия.A teaching aid is known, including an installation table made of a magnetically conductive sheet, a set of boards equipped with magnetic strips on the base and having electric sockets on the front side, while the corresponding boards are equipped with a current source, an electric key, resistors of constant and variable resistance, a cuvette with electrodes , electric lamps, and the manual is equipped with electric wires, which serve to ensure the assembly of the elements of the manual into a specific electrical circuit and are made with the possibility of the fixing capacity in the electrical sockets by means of plugs provided at the ends, characterized in that each board is made in the form of a box, the internal cavity of which is divided into extreme, central and middle sections, equipped with cylindrical pipes made with through holes and rows located inside the sections of the box, and in the middle sections of the box are provided with partitions - stiffeners, some of which are truncated by one third of the height of the box, while the nozzles of the middle sections are located between truncated partitions and also made truncated by one third of the box, and the magnetic strips are made in the form of inserts fixed in a niche formed by truncated partitions and truncated pipes, the pipes of the extreme and central sections are made larger than the pipes of the middle sections, and between the pipes of the central section there are nozzles with a diameter equal to the diameter of the truncated nozzles, while the manual is additionally equipped with a compass, a coil made in the form of a reel with a wire helically wound around the casing, and the output ends of the coil wires are equipped with contact terminals, and each electric lamp is equipped with a cap made in the form of a spherical segment located above it and fixed in the board’s pipe nozzle, while the cell electrodes are made in the form of plates with curved ζ-shaped spring ends designed for fixing on the cuvette, and the current source is made in the form of an electric motor with an output shaft, on which the gear is mounted by means of a hub, the outer shape of which is made crosswise and on which is equipped with a drive wheel equipped with a flange by means of a collet hub with an internal cruciform landing hole and a longitudinal diametrical groove cut. (see Patent for invention RU No. 2293374, cl. G09B 23/18). This tutorial is intended to study electrical phenomena, in addition, it takes a long time to assemble the elements of the manual.

Известно учебное пособие оснащенное элементами, необходимыми для выполнения разнообразных опытов по физике, механике, динамике, включающими беговую дорожку в виде желоба со стенками и линейной шкалой и продольной магнитной полосой, каретку с отверстиями, шкивы, секундомер, магнитные датчики, разборный штатив в виде вертикального стержня и основания с отверстием для стержня, крестообразную муфту, грузы с подвесными крючками, динамометр со шкалой, измерительной пружиной и подвесным крючком, цилиндрическую пружину с крючками на концах, рычаг с продольно расположенными отверстиями, контактно-чувствительный экран, шарик стальной (см. патент на изобретение RU №2376647, кл. G09B 23/06). Данное учебное пособие требует значительных затрат времени на процесс сборки. Распределение устройств между учениками может повлечь за собой потерю отдельных элементов комплектации.A textbook is known equipped with elements necessary for performing various experiments in physics, mechanics, dynamics, including a treadmill in the form of a trench with walls and a linear scale and a longitudinal magnetic strip, a carriage with holes, pulleys, a stopwatch, magnetic sensors, a collapsible tripod in the form of a vertical rod and base with hole for rod, cruciform coupling, loads with hanging hooks, dynamometer with scale, measuring spring and hanging hook, coil spring with hooks at the ends, ry arg with longitudinally spaced holes, a contact-sensitive screen, a steel ball (see. patent RU №2376647, Cl. G09B 23/06). This tutorial requires a significant amount of time for the assembly process. The distribution of devices between students can lead to the loss of individual components.

Известно многофункциональное учебное пособие, предназначенное для обучения механике, оптике и т.д., и содержащее рельсовый корпус поперечного профиля, регулируемый, по меньшей мере, в двух направлениях в длину (см. патент на полезную модель CN №201035786, кл. G09B 23/06, G09B 23/00). Пособие обладает ограниченными функциональными возможностями и неоправданной сложностью конструкции.A multifunctional training aid is known for teaching mechanics, optics, etc., and containing a rail casing of a transverse profile, adjustable in at least two directions in length (see CN Utility Model Patent No.201035786, class G09B 23 / 06, G09B 23/00). The manual has limited functionality and unjustified design complexity.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является учебно-наглядное пособие, содержащее съемные модульные блоки, которые установлены на подставках и снабжены электрическими контактами, выполненными на фиксирующих выступах и/или на боковых стенках. Каждая подставка снабжена П-образными кронштейнами с расположенными на их сторонах пазами, в которых закреплены фиксирующие выступы съемных модульных блоков. На монтажной панели установлена стойка и взаимодействующая с ней посредством ползуна пластина с продольным пазом для испытуемого элемента, шкалой и соединительными гнездами, расположенными вдоль продольного паза на боковой поверхности пластины. Ползун шарнирно закреплен на конце пластины и установлен с возможностью перемещения по стойке. Подставки для установки элементов оборудования выполнены прямоугольной и Т-образной формы. Штифты выполнены расклинивающимися. Соединительные гнезда дополнительно расположены на боковых гранях монтажной панели. В качестве элементов оборудования используют оптические, электротехнические, радиотехнические и механические элементы (см. патент на изобретение RU №2287861, кл. G09B 23/06). Однако процесс сборки для проведения эксперимента занимает длительное время.The closest technical solution to the claimed invention is an educational and visual aid containing removable modular units that are mounted on stands and provided with electrical contacts made on the fixing protrusions and / or on the side walls. Each stand is equipped with U-shaped brackets with grooves located on their sides, in which the fixing protrusions of the removable modular blocks are fixed. A stand is mounted on the mounting panel and a plate interacting with it via a slider with a longitudinal groove for the test element, a scale and connecting sockets located along the longitudinal groove on the side surface of the plate. The slider is pivotally mounted on the end of the plate and mounted to move around the rack. Stands for installing items of equipment made of rectangular and T-shaped. The pins are wedged. Connecting sockets are additionally located on the side faces of the mounting plate. Optical, electrical, radio engineering and mechanical elements are used as equipment elements (see patent for invention RU No. 2287861, class G09B 23/06). However, the assembly process for the experiment takes a long time.

Таким образом, анализ известных устройств показывает, что ни одно из них не решает задачи, возникшей в условиях современного урока физики: жесткой экономии времени в процессе подготовки и проведения демонстрационного физического эксперимента в общеобразовательной школе.Thus, the analysis of known devices shows that none of them solves the problem that arose in the context of the modern physics lesson: austerity of time in the process of preparing and conducting a demonstration physical experiment in a comprehensive school.

Никакая универсальная опора (шасси) при поэлементной сборке не может обеспечить высокой экспериментальной функциональности, т.е. высокой скорости подготовки эксперимента и перехода от одной демонстрации к другой даже в пределах одной темы (т.е. одной области физических явлений).No universal support (chassis) during element-wise assembly can provide high experimental functionality, i.e. high speed of preparation of the experiment and the transition from one demonstration to another, even within the same topic (i.e., one area of physical phenomena).

Заявляемое изобретение "Демонстрационная система "Универсал" является результатом продолжения и развития поисков в области совершенствования выполнения демонстрационного физического эксперимента.The claimed invention "Demonstration system" Universal "is the result of the continuation and development of searches in the field of improving the implementation of the demonstration physical experiment.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении функциональности устройства, при упрощении процесса сборки и отладки опытов, что приводит к максимально возможной оперативности проведения экспериментов.The technical result of the claimed invention is to increase the functionality of the device, while simplifying the process of assembly and debugging of experiments, which leads to the maximum possible efficiency of experiments.

Этот результат достигается более совершенным типом блочно-модульного построения демонстрационной системы, представленном в виде следующей совокупности признаков:This result is achieved by a more perfect type of block-modular construction of the demonstration system, presented in the form of the following set of features:

Демонстрационная система для изучения физических явлений, содержащая базовый модуль, включающий панель электропитания, панель управления и магнитную доску, при этом базовый модуль содержит источники электропитания демонстрационных модулей, генератор звуковых частот, усилитель звуковых частот, динамики, умножитель напряжения, при этом система содержит не менее двух демонстрационных модулей, выполненных с возможностью стыковки с базовым модулем посредством штекерно-гнездового соединения, а именно, посредством гнезд на панели электропитания и штекеров на демонстрационных модулях, причем демонстрационные модули выполнены предварительно настроенными в соответствии с текущими задачами и полностью готовыми к выполнению опыта или серии опытов.A demonstration system for studying physical phenomena, containing a basic module including a power panel, a control panel and a magnetic board, while the basic module contains power sources for the demonstration modules, an audio frequency generator, an audio frequency amplifier, speakers, a voltage multiplier, while the system contains at least two demonstration modules, made with the possibility of docking with the base module through a plug-socket connection, namely, through sockets on the electrical panel Itani and plugs on demonstration units, wherein the display modules are pre-configured in accordance with current tasks and completely ready to perform a series of tests or experience.

Базовый модуль смонтирован в корпусе из полистирола в виде кейса размерами 400×270×120 мм с откидывающейся крышкой, в которую встроена магнитная доска.The basic module is mounted in a polystyrene case in the form of a case with dimensions of 400 × 270 × 120 mm with a hinged lid, in which a magnetic board is built-in.

Магнитная доска, предназначена для крепления демонстрационных модулей и выполнена из тонкого алюминия и является «магнитоактивной» за счет магнитов, равномерно размещенных с тыльной стороны алюминиевого листа.The magnetic board is designed for mounting demonstration modules and is made of thin aluminum and is “magnetically active” due to magnets evenly placed on the back of the aluminum sheet.

На панели управления расположены: фиксируемые выключатели сети, усилителя звуковой частоты, генератора звуковой частоты и выключатель умножителя напряжения, также предусмотрены переключатели входа усилителя звуковой частоты на выход генератора и на внешний источник сигнала, а также переключатель выхода генератора на усилитель и на демонстрационные модули; кнопочный переключатель диапазонов генератора, ручки плавной регулировки частоты и уровня сигнала; ручка громкости усилителя звуковой частоты и ручка регулятора напряжения 0-12 Вольт.On the control panel are: fixed switches for the network, audio amplifier, audio generator and voltage multiplier switch, there are also switches for the input of the audio amplifier to the generator output and to an external signal source, as well as a generator output switch to the amplifier and demonstration modules; push-button switch of ranges of the generator, knobs for smooth adjustment of frequency and signal level; audio amplifier volume knob and 0-12 volt voltage regulator knob.

На гнезда панели электропитания выведены напряжения: постоянное стабилизированное регулируемое 0-12 В (0,8 А); постоянное нерегулируемое и нестабилизированное 5,6 В (2 А); переменные напряжения 7 и 15 Вольт сетевое переменное напряжение 220 Вольт для работы счетчика Гейгера и некоторых других демонстрационных модулей.The following voltages are output to the power panel sockets: constant stabilized adjustable 0-12 V (0.8 A); permanent unregulated and unstabilized 5.6 V (2 A); AC voltages of 7 and 15 Volts; AC mains voltage of 220 Volts for operation of the Geiger counter and some other demonstration modules.

На панели электропитания выполнены гнезда для вывода постоянного напряжения 5000 В и 10000 В от встроенного в базовый модуль умножителя напряжения, а также не менее двух гнезд для передачи слабых сигналов, на вход усилителя звуковой частоты, а также не менее двух гнезд для передачи сигналов от генератора звуковой частоты к некоторым демонстрационным модулям.The power panel has sockets for outputting a constant voltage of 5000 V and 10000 V from the voltage multiplier built into the base module, as well as at least two sockets for transmitting weak signals, to the input of an audio frequency amplifier, as well as at least two sockets for transmitting signals from a generator audio frequency to some demo modules.

Выключатели питания устройств обеспечены световыми индикаторами включения.The device power switches are provided with light-on indicators.

Уровень регулируемого постоянного напряжения контролируется с помощью малогабаритного стрелочного вольтметра со шкалой на 12 Вольт.The level of adjustable constant voltage is controlled using a small-sized pointer voltmeter with a scale of 12 volts.

Использование блочного построения, принятого в системеUsing the block construction accepted in the system

"УНИВЕРСАЛ", в отличие от прототипов, состоит в отказе от поэлементной сборки опытов на подготовленном шасси. Оно основано на применении уже собранных в заводских условиях и отлаженных демонстрационных модулях, готовых к выполнению демонстраций."UNIVERSAL", unlike prototypes, consists in the rejection of element-wise assembly of experiments on a prepared chassis. It is based on the use of already assembled in the factory and debugged demonstration modules, ready for demonstrations.

Структурно демонстрационная система УНИВЕРСАЛ состоит из БАЗОВОГО МОДУЛЯ (или БАЗЫ) и ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ МОДУЛЕЙ, выполняющих демонстрационные эксперименты после стыковки с БАЗОЙ.Structurally, the UNIVERSAL demonstration system consists of a BASIC MODULE (or BASE) and DEMONSTRATION MODULES that perform demonstration experiments after docking with the BASE.

В состав БАЗОВОГО МОДУЛЯ входят:The BASIC MODULE includes:

1) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ, обеспечивающие работу демонстрационных модулей, собранных на современной элементной базе и имеющие малые габариты (источники электропитания демонстрационных модулей, генератор звуковых частот, усилитель звуковых частот, динамики, источник высокого постоянного напряжения на 5000 и 10000 Вольт;1) FUNCTIONAL ASSEMBLIES, ensuring the operation of demonstration modules assembled on a modern elemental base and having small dimensions (power sources for demonstration modules, sound frequency generator, sound frequency amplifier, speakers, high-voltage source of 5000 and 10000 Volts;

2) ПАНЕЛЬ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ для размещения контактных гнезд, с которыми стыкуются с помощью штеккеров демонстрационные модули;2) POWER PANEL for placement of contact sockets with which demonstration modules are connected with the help of plugs;

3) ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ, на которой размещены органы управления устройствами БАЗЫ, определяющие работу ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ МОДУЛЕЙ;3) CONTROL PANEL on which the controls for BASES devices are located that determine the operation of the DEMO MODULES;

4) МАГНИТНАЯ ДОСКА, служащая механической опорой, для некоторых демонстрационных модулей.4) MAGNETIC BOARD, serving as a mechanical support, for some demonstration modules.

Источник электропитания демонстрационных модулей преобразует сетевое напряжение 220 Вольт в следующие напряжения:The power supply of the demonstration modules converts the mains voltage of 220 volts into the following voltages:

1) переменные 15 Вольт и 7 Вольт для обеспечения опытов по темам, связанным с изучением переменных токов (резонанс токов и напряжений, принцип действия трансформатора, явление самоиндукции, передача электроэнергии и др;1) 15 Volt and 7 Volt variables to provide experiments on topics related to the study of alternating currents (resonance of currents and voltages, the principle of the transformer, the phenomenon of self-induction, electric power transmission, etc.

2) постоянное 5,6 Вольт не стабилизированное для демонстраций по разделу "Постоянный ток" или когда требуются два независимых источника постоянного тока (например, для питания лазера и лампочки накаливания в опытах по оптике или механике); может использоваться одновременно с постоянным регулируемым напряжением 0-12 Вольт.2) a constant 5.6 Volts not stabilized for demonstrations under the section "Direct Current" or when two independent direct current sources are required (for example, to power a laser and an incandescent bulb in experiments in optics or mechanics); can be used simultaneously with a constant regulated voltage of 0-12 volts.

3) постоянное стабилизированное и регулируемое 0-12 Вольт для обеспечения демонстраций по всему разделу "Постоянный ток" (законы постоянного тока, действия электрического тока, явление электромагнитной индукции, электромагнетизм, работа и мощность тока и др.)3) constant stabilized and adjustable 0-12 Volts to provide demonstrations throughout the "DC" section (laws of direct current, action of electric current, the phenomenon of electromagnetic induction, electromagnetism, work and current power, etc.)

Указанные напряжения подведены к соответствующим гнездам на ПАНЕЛИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (ЭЛЕКТРОПАНЕЛИ). Одна пара гнезд предусмотрена для переменного сетевого напряжения 220 Вольт питающего демонстрационные модули, требующие преобразования этого напряжения (например, счетчик Гейгера) или устройства, потребляющие ток напряжением 220 Вольт одновременно с необходимостью подключения к другим напряжениям (модуль "Параллельное и последовательное соединение проводников").The indicated voltages are connected to the corresponding sockets on the POWER PANEL (PANEL). One pair of sockets is provided for an alternating 220 V network voltage supplying demonstration modules requiring the conversion of this voltage (for example, a Geiger counter) or devices consuming 220 Volt current simultaneously with the need to connect to other voltages ("Parallel and serial connection of conductors" module).

Для выполнения экспериментов по разделу "Электростатика" в корпусе БАЗЫ размещен источник высокого постоянного напряжения на 5-10 килоВольт.To carry out experiments on the "Electrostatics" section, a source of high DC voltage of 5-10 kilovolts is located in the BASE base.

Высокое постоянное напряжение в школьном демонстрационном оборудовании предпочтительнее высокого переменного напряжения и является в системе УНИВЕРСАЛ инновационным элементом, поскольку в составе школьного оборудования - исключительно индукторы переменного высокого напряжения, гораздо более громоздкие и дорогие, чем известные в электронике умножители напряжения на диодно-конденсаторной элементной базе. Позже, когда диоды и конденсаторы нужных для умножителя параметров были крупных размеров, умножители напряжения не могли быть малогабаритными. В настоящее же время компактность диодов и конденсаторов такова, что умножитель на 10-20 тысяч вольт на порядок меньше и дешевле индукционных преобразователей тех же параметров, что и использовано в демонстрационной системе УНИВЕРСАЛ.High DC voltage in school demonstration equipment is preferable to high AC voltage and is an innovative element in the UNIVERSAL system, since the school equipment consists exclusively of AC high voltage inductors, which are much more bulky and expensive than voltage multiplier diode-capacitor elements known in electronics. Later, when the diodes and capacitors of the parameters needed for the multiplier were large, the voltage multipliers could not be small. At present, the compactness of diodes and capacitors is such that a 10-20 thousand volt multiplier is an order of magnitude smaller and cheaper than induction converters of the same parameters as used in the UNIVERSAL demonstration system.

Напряжения 5 киловольт и 10 киловольт подведены к гнездам, к которым могут быть подключены только демонстрационные модули, использующие эти напряжения и никакие другие.Voltages of 5 kilovolts and 10 kilovolts are connected to the sockets to which only demonstration modules that use these voltages and no others can be connected.

Усилитель низкой частоты, собранный на микросхеме и размещенный в корпусе БАЗЫ, имеет не только принятое в школьной практике применение - совместно со схемой детекторного приемника и со схемой счетчика Гейгера, но и новое применение - для изучения электрического резонанса в цепях с емкостью и индуктивностью на разных звуковых частотах, а не только на частоте сетевого напряжения 50 Гц, как это сейчас принято в школьном курсе физики. Для обеспечения этой функции усилителя звуковой частоты в корпусе БАЗЫ смонтирован генератор звуковых частот со ступенчатой и плавной регулировкой частоты от 20 Гц до 20000 Гц. Выход сигнала с этого генератора поступает на вход усилителя звуковой частоты через коммутирующий переключатель, разделяющий сигналы от детекторного приемника, счетчика Гейгера и генератора звуковых частот. Усиленные сигналы от этих источников через отдельный переключатель поступают либо на динамики на лицевой стенке БАЗОВОГО МОДУЛЯ, либо на специальную пару гнезд на ЭЛЕКТРОПАНЕЛИ, а с этих гнезд - на подключенный к ним соответствующий демонстрационный модуль, использующий эти сигналы (например, модуль "Цепь переменного тока").The low-frequency amplifier, assembled on a microcircuit and placed in the BASE base case, has not only the accepted in school practice application - together with the detector receiver circuit and the Geiger counter circuit, but also a new application - for studying electrical resonance in circuits with capacitance and inductance on different sound frequencies, and not just at a frequency of a network voltage of 50 Hz, as is now customary in the school physics course. To ensure this function of the audio frequency amplifier, a sound frequency generator with stepwise and stepless frequency adjustment from 20 Hz to 20,000 Hz is mounted in the BASE. The signal output from this generator is fed to the input of the audio frequency amplifier through a switching switch that separates the signals from the detector receiver, Geiger counter and sound frequency generator. Amplified signals from these sources through a separate switch are either sent to the speakers on the front wall of the BASIC MODULE, or to a special pair of sockets on the ELECTRICAL PANEL, and from these sockets to the corresponding demonstration module connected to them, using these signals (for example, the AC Circuit module ").

Таким образом, использование известных устройств, но выполненных на современной элементной базе либо необычным образом применительно к особенностям демонстрационной системы (выпрямители, генератор звуковых частот, усилитель звуковых частот, умножитель напряжения), собранных в единую функциональную систему в небольшом объеме БАЗОВОГО МОДУЛЯ, привело к новому результату - к возможности создания функциональной времясберегающей демонстрационной системы.Thus, the use of well-known devices, but made on a modern element base or in an unusual way as applied to the features of the demonstration system (rectifiers, sound frequency generator, sound frequency amplifier, voltage multiplier), assembled into a single functional system in a small volume of the BASIC MODULE, has led to a new the result - to the possibility of creating a functional time-saving demo system.

БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ (см. фиг.) смонтирован в корпусе (1) из полистирола в виде кейса фор матом 400×270×120 мм с откидывающейся крышкой (2), в которую встроена МАГНИТНАЯ ДОСКА (3). Масса БАЗОВОГО МОДУЛЯ около 5 кГ.The BASIC MODULE (see Fig.) Is mounted in a polystyrene case (1) in the form of a case with a format of 400 × 270 × 120 mm with a hinged lid (2) into which a MAGNET BOARD (3) is integrated. The mass of the BASIC MODULE is about 5 kg.

ПАНЕЛЬ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (ЭЛЕКТРОПАНЕЛЬ) (5)- функциональная часть БАЗОВОГО МОДУЛЯ. На ней размещены гнезда (6), к которым подведены необходимые напряжения от силовых и сигнальных источников и с которыми стыкуются ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ МОДУЛИ при выполнении опытов:POWER PANEL (PANEL) (5) - the functional part of the BASIC MODULE. Sockets (6) are placed on it, to which the necessary voltages from power and signal sources are connected and with which the DEMONSTRATION MODULES are connected when performing experiments:

- гнезда "0", "5000 В" и "10000 В " постоянного напряжения;- sockets "0", "5000 V" and "10000 V" of a constant voltage;

- гнезда 15 В переменного напряжения;- 15 V AC sockets;

- гнезда 7 В переменного напряжения;- 7 V AC sockets;

- гнезда 5, 6 В постоянного нестабилизированного напряжения;- sockets 5, 6 V of a constant unstabilized voltage;

- гнезда 0-12 В постоянного стабилизированного регулируемого напряжения;- nests 0-12 V constant stabilized regulated voltage;

- гнезда для передачи напряжения звуковых частот на демонстрационные модули- sockets for transmitting audio frequency voltage to demonstration modules

- гнезда для передачи слабых сигналов от демонстрационных модулей к усилителю низкой частоты.- sockets for transmitting weak signals from demonstration modules to a low-frequency amplifier.

Для повышения функциональности демонстрационных модулей на электропанели выполнены две взаимно симметричные группы контактных гнезд (Рис.2) с симметричной же схемой их подключения к устройствам БАЗОВОГО МОДУЛЯ.To increase the functionality of the demonstration modules, two mutually symmetric groups of contact sockets (Fig. 2) with a symmetric scheme for their connection to the BASIC MODULE devices were made on the power panel.

При этом некоторые демонстрационные модули стало возможно выполнить двусторонними, что рационализирует как эксплуатацию, так и хранение демонстрационных модулей, что опять-таки отличает систему УНИВЕРСАЛ от всех прототипов.At the same time, it became possible to execute some demonstration modules bilaterally, which rationalizes both the operation and storage of the demonstration modules, which again distinguishes the UNIVERSAL system from all prototypes.

МАГНИТНАЯ ДОСКА смонтирована на крышке кейса БАЗОВОГО МОДУЛЯ и выполнена из тонкого листового алюминия и это отличает ее от всех существующих прототипов "магнитных досок", выполненных из ферромагнитных материалов (обычно это жесть). В нашем же случае доска "магнитоактивна" лишь в девяти точках за счет девяти магнитных "таблеток", размещенных с тыльной стороны алюминиевого листа. В результате этой инновации отпадает необходимость снабжать каждый демонстрационный модуль, нуждающийся в магнитной доске, собственными магнитами, как это делается сейчас в промышленных изделиях, предназначенных для навешивания на доски с железным покрытием.A MAGNET BOARD is mounted on the cover of the BASIC MODULE case and is made of thin sheet aluminum and this distinguishes it from all existing prototypes of "magnetic boards" made of ferromagnetic materials (usually this is tin). In our case, the board is “magnetically active” only at nine points due to nine magnetic “tablets” placed on the back of the aluminum sheet. As a result of this innovation, there is no need to supply each demonstration module that needs a magnetic board with its own magnets, as is now done in industrial products designed for hanging on iron-coated boards.

В Демонстрационной системе УНИВЕРСАЛ модули, нуждающиеся в креплении на магнитной доске, снабжаются небольшой пластинкой любого распространенного ферромагнитного материала (радиосталь, жесть, оцинкованное железо и пр.). Упрощается технология из готовления таких модулей, получается экономия на магнитах. Для крепления на магнитной доске карточек и мини таблиц служат две магнитные "таблетки", на наружной стороне доски.In the UNIVERSAL Demonstration System, modules that need to be mounted on a magnetic board are supplied with a small plate of any common ferromagnetic material (radio steel, sheet metal, galvanized iron, etc.). The technology from the preparation of such modules is simplified, and savings on magnets are obtained. For mounting cards and mini tables on a magnetic board, two magnetic “tablets” are used, on the outside of the board.

На ПАНЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ (4) расположены органы управления устройствами БАЗОВОГО МОДУЛЯ и определяющие работу ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ МОДУЛЕЙ.The CONTROL PANEL (4) contains the controls for the devices of the BASIC MODULE and determining the operation of the DEMO MODULES.

В отношении органов управления приняты следующие принципы:The following principles have been adopted for governing bodies:

1) органов управления должно быть как можно меньше; для учителя важна простота управления устройством; это способствует оперативности, безошибочности и комфортности при работе;1) controls should be as small as possible; simplicity of device management is important for the teacher; it promotes efficiency, faultlessness and comfort during work;

2) должны быть приняты хотя бы простейшие меры по нейтрализации фактора рассеяности и невнимательности учителя; с этой целью выключатели на панели управления и на демонстрационных модулях приняты, по возможности, кнопочными, самовозвратные (без фиксации). Демонстрируемые явления обычно непродолжительны, наблюдения длятся не более минуты, т.е. учителю нетрудно держать палец на кнопке. Фиксируемыми остаются только выключатели, обеспечивающие длительную работу устройств (выключатель сети, выключатель усилителя звуковой частоты, у которого может быть продолжительным режим ожидания или работы, например, в счетчике Гейгера или в составе радиоприемника).2) at least the simplest measures must be taken to neutralize the factor of scattering and carelessness of the teacher; for this purpose, the switches on the control panel and on the demonstration modules are adopted, if possible, push-button, self-resetting (without locking). The phenomena shown are usually short-lived; observations last no more than a minute, i.e. it’s easy for the teacher to hold his finger on the button. Only the switches that ensure long-term operation of the devices (mains switch, audio amplifier switch, which can have a long standby or operation, for example, in a Geiger counter or as part of a radio receiver) remain fixed.

На панели управления установлены: предохранитель сети, выключатель сети со световой индикацией; выключатель умножителя напряжения со световой индикацией; выключатели генератора и усилителя низкой частоты также со световой индикацией; переключатель диапазонов частот генератора и ручка плавной регулировки частоты, регулятор уровня громкости усилителя низкой частоты; переключатель входа усилителя низкой частоты на выход генератора и на сигнальные гнезда электропанели, а также переключатель выхода усилителя низкой частоты на динамики и на гнезда электропанели, предназначенные для работы демонстрационных модулей, использующих усиленные звуковые сигналы различной частоты.On the control panel are installed: mains fuse, mains switch with light indication; voltage multiplier switch with light indication; generator and low-frequency amplifier switches also with light indication; generator frequency range switch and smooth frequency control knob, volume control of the low-frequency amplifier; a switch of the input of the low-frequency amplifier to the output of the generator and to the signal sockets of the electric panel, as well as a switch of the output of the low-frequency amplifier to the speakers and to the sockets of the electric panel, designed for demonstration modules using amplified sound signals of different frequencies.

Наконец, предусмотрен градуированный регулятор выхода постоянного стабилизированного напряжения 0-12 Вольт и стрелочный индикатор этого напряжения (вольтметр), позволяющий подавать на демонстрационные модули постоянное напряжение с точностью до 0,2 Вольта; это вполне достаточная точность для школьного демонстрационного эксперимента.Finally, there is a graduated regulator for the output of a constant stabilized voltage of 0-12 Volts and a dial indicator of this voltage (voltmeter), which allows applying constant voltage to the demonstration modules with an accuracy of 0.2 Volts; this is quite accurate for a school demonstration experiment.

Органы управления систематизированы по выделенным группам: группа электропитания, группа усилителя, группа генератора, группа высоковольтного источника, Это облегчает работу учителя, ускоряет процесс освоения панели управления.The controls are systematized according to the selected groups: power supply group, amplifier group, generator group, high-voltage source group. This facilitates the work of the teacher, speeds up the process of mastering the control panel.

ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ МОДУЛИ в системе УНИВЕРСАЛ - это функционально законченные устройства, изготовленные и отлаженные в заводских условиях, готовые к выполнению экспериментов немедленно после установки на БАЗОВОМ МОДУЛЕ (т.е. на магнитной доске или на электропанели).DEMO MODULES in the UNIVERSAL system are functionally complete devices manufactured and debugged at the factory, ready to perform experiments immediately after installation on the BASIC MODULE (i.e. on a magnetic board or on an electrical panel).

При разработке и изготовлении действующего комплекта демонстрационных модулей предполагались и были реализованы следующие принципы:During the development and manufacture of the current set of demonstration modules, the following principles were assumed and implemented:

1) основная задача демонстрационных модулей в условиях дефицита времени - показ физического явления или физической ситуации, а не процесс или технология получения этого явления;1) the main task of the demonstration modules in the conditions of time pressure is to show the physical phenomenon or physical situation, and not the process or technology for obtaining this phenomenon;

2) опыты, выполняемые демонстрационными модулями, должны быть хорошо наблюдаемы;2) experiments performed by demonstration modules should be well observed;

3) демонстрационные модули должны быть электробезопасны;3) demonstration modules must be electrically safe;

4) конструкция модуля не должна быть внешне перегружена деталями, отвлекающими внимание зрителя от наблюдения основного явления. Все демонстрационные модули различимы между собой внешне и легко узнаваемы, путаница при их использовании учителем физики невозможна. Однако полезна их систематика внутри каждого раздела (механика, электростатика и др.) Она необходима и для внятной адресности при составлении инструкций и методических рекомендаций по использованию.4) the module design should not be externally overloaded with parts that distract the viewer's attention from observing the main phenomenon. All demonstration modules are distinguishable externally and easily recognizable; confusion when using them by a physics teacher is impossible. However, their taxonomy is useful within each section (mechanics, electrostatics, etc.). It is also necessary for intelligible targeting in the preparation of instructions and guidelines for use.

Автором принята буквенно-цифровая индексация, где буквы или их сочетания символизируют разделы и подразделы, а цифры - темы внутри разделов, например: К1, К2…(кинематика), Д1, Д2 (динамика), ЭС1, ЭС2.(электростатика) и т.д.The author has adopted alphanumeric indexing, where letters or their combinations symbolize sections and subsections, and numbers represent topics within sections, for example: K1, K2 ... (kinematics), D1, D2 (dynamics), ES1, ES2. (Electrostatics), etc. .d.

Оперативность и функциональность Демонстрационной системы УНИВЕРСАЛ можно проследить на примерах использования некоторых демонстрационных модулей.The efficiency and functionality of the UNIVERSAL Demonstration System can be traced on the examples of the use of some demonstration modules.

1. Демонстрационный модуль ЭС1 (электростатика). Электростатический маятник, электрометр, электростатическая индукция.1. Demonstration module ES1 (electrostatics). Electrostatic pendulum, electrometer, electrostatic induction.

В составе этого модуля:As part of this module:

а) электростатический маятник, демонстрирующий делимость зарядов;a) an electrostatic pendulum showing charge divisibility;

б) два электрометра, позволяющие регистрировать наличие заряда и оценивать величину потенциалов на борнах электрометров относительно Земли при подаче зарядов на борны или перераспределении зарядов между ними;b) two electrometers, which allow detecting the presence of a charge and estimating the potentials on the Bourne electrometer relative to the Earth when applying charges to the Bourne or redistributing charges between them;

в) плоский конденсатор и "зарядная камера", позволяющие осуществлять электростатическую индукцию в металлах с последующим разделением индуцированных зарядов, а также продемонстрировать энергию предварительно заряженного конденсатора.c) a flat capacitor and a “charging chamber", which allow electrostatic induction in metals with the subsequent separation of induced charges, as well as demonstrate the energy of a pre-charged capacitor.

Опыты а) и в) сегодня не выполняются в школах (и никогда не выполнялись) по причине необеспеченности этих опытов физическим оборудованием. Опыт "Электростатический маятник" рекомендовался учителям к обеспечению и выполнению своими силами.Experiments a) and c) today are not performed in schools (and have never been performed) due to the inadequacy of these experiments with physical equipment. The experience "Electrostatic pendulum" was recommended for teachers to provide and perform on their own.

Естественно, далеко не каждому учителю он по силам. Конструктивно он рекомендовался в виде легкого металлического цилиндра, помещаемого на горизонтальной непроводящей поверхности между двумя пластинами, к которым подводятся провода от электрофорной машины. Цилиндр, если он достаточно легкий, а электрофорная машина исправна, начинал сновать между пластинами, заряжаясь поочередно от одной из них и передавая заряд другой и наоборот. Неустойчивость такой свободной системы весьма велика и, совершив несколько колебаний, цилиндр вылетает за пределы действия пластин или прекращает работать вследствие перекоса цилиндра. В настоящее время промышленность выпускает прибор "Электростатическая дорожка" где между двумя пластинами по двум направляющим катается проводящий шарик, перенося заряд от одной пластины к другой. Однако незакрепленность шарика приводит к постоянному выходу шарика за пределы направляющих.Naturally, not every teacher can do it. Structurally, it was recommended in the form of a light metal cylinder placed on a horizontal non-conductive surface between two plates to which wires from an electrophore machine are connected. The cylinder, if it is light enough, and the electrophore machine is serviceable, began to scurry between the plates, charging alternately from one of them and transferring the charge to the other and vice versa. The instability of such a free system is very large and, having made several oscillations, the cylinder flies out of the limits of the plates or stops working due to the skew of the cylinder. Currently, the industry produces the Electrostatic Track device, where a conductive ball rolls between two plates along two guides, transferring charge from one plate to another. However, the loose ball leads to a constant exit of the ball beyond the guides.

В демонстрационном модуле ЭС-1 электростатический маятник выполнен именно как легкий проводящий маятник (алюминиевый цилиндрик на легком стержневом подвесе) между пластинами, к которым подводится напряжение 5-10 киловольт от умножителя напряжения.In the ES-1 demonstration module, the electrostatic pendulum is made just like a light conductive pendulum (an aluminum cylinder with a light rod suspension) between the plates to which a voltage of 5-10 kilovolts from the voltage multiplier is applied.

Последний выгодно отличается от бытующей в школьной практике электрофорной машины тем, что не боится влажности воздуха и не изнашивается со временем от трения движущихся частей. Умножитель напряжения во всем конкурентоспособен с электрофорной машиной: он в десятки раз меньшего объема, надежнее и вместе с тем дешевле в изготовлении. Его конструкция позволяет получать ступенчатый ряд напряжений (например, через 500 или 2000 Вольт), что очень удобно для опытов с разными электростатическими системами, а также для "зажигания" спектральных трубок.The latter compares favorably with the electrophore machine that is common in school practice in that it is not afraid of air humidity and does not wear out over time from the friction of moving parts. The voltage multiplier is competitive with the electrophore machine in everything: it is ten times smaller in volume, more reliable and at the same time cheaper to manufacture. Its design makes it possible to obtain a stepwise series of voltages (for example, through 500 or 2000 Volts), which is very convenient for experiments with different electrostatic systems, as well as for “ignition” of spectral tubes.

От электрофорной машины отводы невозможны. Таким образом, применение известной схемы умножителя напряжения, выполненного на современной элементной базе, позволило создать функциональные демонстрационные модули по электростатике.No taps are possible from an electrophore machine. Thus, the application of the well-known circuit of the voltage multiplier, made on a modern elemental base, allowed the creation of functional demonstration modules for electrostatics.

Опыт в) по электростатической индукции в металлах с разделением зарядов также не выполняется в средней школе за отсутствием приборного обеспечения, но описывается и рекомендуется в учебной литературе. Опыт эффектен и поучителен, но учителя его не демонстрируют, поскольку его нужно долго и тщательно готовить из подручных средств ради минутного показа в опасных условиях в электрическом поле высокой напряженности.Experience c) on electrostatic induction in metals with charge separation is also not performed in high school due to the lack of instrumentation, but is described and recommended in the educational literature. The experience is effective and instructive, but the teachers do not demonstrate it, because it needs to be prepared for a long time and carefully from improvised means for the minute display in dangerous conditions in an electric field of high tension.

В модуле ЭС1 опыт надежно и безопасно организован и выполняется немедленно после установки модуля на электропанель. Простой и безопасный способ зарядки конденсатора через электростатическую индукцию с последующим сохранением заряда - это инновация в школьном приборостроении. Сам демонстрационный конденсатор - тоже НОУ-ХАУ, поскольку создан по предельно простой и доступной технологии, но неизвестной в школьном приборостроении: он выполнен из двусторонне фольгированной пластины стеклотекстолита. Этот материал используется в современной радиоэлектронике и радиотехнике для "печатного" монтажа.In the ES1 module, the experience is reliably and safely organized and is carried out immediately after installing the module on the power panel. A simple and safe way to charge a capacitor through electrostatic induction and then conserve charge is an innovation in school instrumentation. The demonstration capacitor itself is also KNOW-HOW, since it was created using an extremely simple and affordable technology, but unknown in school instrumentation: it is made of a double-sided foiled fiberglass plate. This material is used in modern electronics and radio engineering for "printed" installation.

В целом демонстрационный модуль ЭС1 может иметь различную структуру: может включать в себя один электрометр, а не два; может не иметь зарядной камеры, но оптимальная ее структура - электростатический маятник, два электрометра и зарядная камера.In general, the ES1 demonstration module can have a different structure: it can include one electrometer, and not two; may not have a charging chamber, but its optimal structure is an electrostatic pendulum, two electrometers and a charging chamber.

Несущая опора модуля - пластмассовая(полистирол) секционированная, в нижней части которой размещены три штеккера для механической и электрической стыковки с гнездами "0-5000-10000 В" БАЗОВОГО МОДУЛЯ.The bearing support of the module is plastic (polystyrene) sectioned, in the lower part of which are three plugs for mechanical and electrical connection with sockets "0-5000-10000 V" of the BASIC MODULE.

От штеккеров три хорошо изолированные провода со специальными (гнездовыми) наконечниками разводят высокие напряжения по желанию экспериментатора на борны электростатического маятника или электроскопов. Плоский конденсатор из двусторонне фольгированной пластины стеклотекстолита, снабженный держателем из изолятора, вставляется в направляющие пазы зарядной камеры до упора и вынимается уже заряженным благодаря специальной перемычке, замыкающей, а затем размыкающей фольгу по обе стороны пластины. Замыкание позволяет зарядам перемещаться с одной обкладки пластины на другую в электрическом поле камеры, а размыкание - не позволяет индуцированным зарядам вновь воссоединиться.From plugs, three well-insulated wires with special (female) lugs distribute high voltages, at the request of the experimenter, to the boric of an electrostatic pendulum or electroscopes. A flat capacitor from a double-sided foil-coated fiberglass plate equipped with a holder from an insulator is inserted into the guide grooves of the charging chamber until it stops and is removed already charged thanks to a special jumper that closes and then opens the foil on both sides of the plate. Closing allows charges to move from one plate to another in the electric field of the chamber, and opening - does not allow induced charges to reunite.

Конденсатор оказывается заряженным. Теперь его можно использовать для различных опытов; подключать к электростатическому маятнику, демонстрируя наличие у заряженного конденсатора наличие электрической энергии, либо к борнам электроскопов, позволяющих оценить разность потенциалов на обкладках конденсатора.The capacitor is charged. Now it can be used for various experiments; connect to the electrostatic pendulum, demonstrating the presence of electric energy in a charged capacitor, or to the electroscope boars, which allow to evaluate the potential difference on the capacitor plates.

Демонстрационные возможности модуля ЭС1 существенно расширяются комплектованием его различными функциональными насадками к борнам электроскопов и электростатического маятника. При любых расширениях демонстрационных возможностей модуля, при внешних конструктивных изменениях модуля остается неизменным главное качество системы "БАЗА - МОДУЛЬ": ее высокая функциональность и, как следствие, - заявляемый результат: высокая оперативность в работе и постоянная готовность к действию вследствие предельной простоты стыковки демонстрационного модуля с базовым модулем, оснащенным всем необходимым для работы демонстрационного модуля.The demonstration capabilities of the ES1 module are significantly expanded by completing it with various functional attachments to the electroscope and electrostatic pendulum boron. With any expansions of the demonstration capabilities of the module, with external structural changes to the module, the main quality of the "BASE - MODULE" system remains unchanged: its high functionality and, as a result, the claimed result: high efficiency in operation and constant readiness for action due to the extreme simplicity of connecting the demonstration module with a basic module equipped with everything necessary for the operation of the demo module.

Демонстрационный модуль Р1 (Радиоактивность). Счетчик Гейгера.Demonstration module P1 (Radioactivity). Geiger counter.

Сборка этого опыта из традиционного оборудования занимает половину урока, а собранная схема - половину демонстрационного стола: источник питания на 450 Вольт, панель с регистрирующей трубкой СТС, усилитель звуковой частоты, громкоговоритель, - и все это необходимо безошибочно соединить проводниками. Сам же опыт длится одну-две минуты. В составе Демонстрационной системы УНИВЕРСАЛ опыт по регистрации фонового излучения готовится в течение нескольких секунд. Демонстрационный модуль "Счетчик Гейгера" собран в корпусе из пластмассы (полистирол), содержит умножитель напряжения на 450 Вольт, работающий от гнезд 220 Вольт на электропанели, счетную трубку СТС, необходимые для работы схемы конденсаторы и резисторы. В основании модуля предусмотрены 2 пары закрепленных штеккеров: одна пара подключает умножитель напряжения к гнездам 220 Вольт на панели электропитания, а другая пара - подключает счетную трубку к сигнальным гнездам для передачи импульсов от трубки к усилителю звуковой частоты, переключатель выхода которого ставится в положение "Динамик". Интенсивность щелчков в динамике соответствует интенсивности фонового излучения. Сигнальные щелчки слышны достаточно громко и четко.Assembling this experience from traditional equipment takes half the lesson, and the assembled circuit takes half the demonstration table: a 450 Volt power supply, a panel with an STS recording tube, an audio frequency amplifier, a loudspeaker, and all this must be correctly connected with conductors. The experience itself lasts one to two minutes. As part of the UNIVERSAL Demonstration System, experience in recording background radiation is prepared within a few seconds. The Geiger counter demonstration module is assembled in a plastic case (polystyrene), contains a 450 Volt voltage multiplier, working from 220 Volt sockets on an electric panel, an STS counting tube, capacitors and resistors necessary for the circuit to operate. There are 2 pairs of fixed plugs at the base of the module: one pair connects the voltage multiplier to the 220 Volt sockets on the power panel, and the other pair connects the counting tube to the signal sockets for transmitting pulses from the tube to the audio frequency amplifier, the output switch of which is set to "Speaker " The intensity of the clicks in the dynamics corresponds to the intensity of the background radiation. Signal clicks are heard quite loudly and clearly.

Демонстрационный модуль ГО1. (Геометрическая оптика). Законы отражения и преломления света. Преломляющее действие призмы. Фокус линзы. Измерение фокусного расстояния линзы. Построение изображений в собирающей линзе. Модель световода.Demonstration module GO1. (Geometric Optics). The laws of reflection and refraction of light. The refractive effect of a prism. Focus lens. Lens focal length measurement. Building images in a collecting lens. Fiber model

Модуль двусторонний. На одной стороне демонстрируют законы преломления и отражения света, преломление лучей в призме, наличие у собирающей линзы главного фокуса, полное внутреннее отражение и модель световода. На другой - измерение фокусного расстояния линзы и построение изображений с помощью собирающей линзы.The module is double-sided. On one side, the laws of refraction and reflection of light, the refraction of rays in a prism, the presence of the main focus of the collecting lens, the total internal reflection and the fiber model are demonstrated. On the other - measuring the focal length of the lens and building images using a collecting lens.

Чтобы перейти от одной группы демонстраций к другой достаточно вынуть модуль из гнезд одной линии, повернуть на 180 и вставить его в гнезда другой линии. Это отнимает всего несколько секунд.To move from one group of demonstrations to another, it is enough to remove the module from the sockets of one line, turn 180 and insert it into the sockets of another line. It only takes a few seconds.

Демонстрация опытов по отражению и преломлению света традиционно требует подготовки и отладки в течение 20-30 минут при полном наборе оборудования на столе. Необходимы: достаточно сильный источник света с возможностью фокусировки и с щелевой насадкой; набор профилей линз и призм, которые нужно закрепить в каких-либо держателях (обычно в лапках штативов или на специальных стойках); экран, закрепленный в держателе. Всю эту оптическую линию (источник света - зеркало или призма-экран) нужно аккуратно выстроить и отрегулировать и не сбить регулировку в процессе опыта. Для перехода от опытов по отражению и преломлению света к любому другому опыту по геометрической оптике нужно собрать другую линию и вновь ее настроить.The demonstration of experiments on reflection and refraction of light traditionally requires preparation and debugging within 20-30 minutes with a full set of equipment on the table. Required: a sufficiently strong light source with the ability to focus and with a crevice nozzle; a set of lens and prism profiles that need to be fixed in any holders (usually in the legs of tripods or on special racks); screen mounted in the holder. All this optical line (the light source - a mirror or a prism-screen) must be carefully aligned and adjusted and not knocked down during the experiment. To move from experiments on reflection and refraction of light to any other experiment in geometric optics, you need to collect another line and adjust it again.

Демонстрационный модуль ГО1 содержит все необходимое для выполнения этих опытов в собранном и отлаженном состоянии. Вместо лампочки накаливания, требующей фокусировки луча, применен лазер, дающий световую линию (в отличие от лазеров, дающих световую точку). Траекторию светового отрезка на фоне демонстрационной плоскости технически получить легче, чем траекторию точки, которая весьма чувствительна к качеству поверхности, вдоль которой точечный луч скользит. На демонстрационной плоскости модуля предусмотрен поворотный профиль разрезной плоско-выпуклой линзы. Демонстратор поворачивает линзу, меняя угол падения луча и на демонстрационной плоскости можно наблюдать линии падающего, отраженного и преломленного лучей. В основании корпуса модуля ГО1 предусмотрена пара штеккеров, стыкующихся с гнездами постоянного напряжения 5,6 в на панели электропитания. Так осуществляется подключение лазера к источнику питания в БАЗЕ. Разумется, лазер и другие демонстрирующие элементы, требующие электропитания, можно было бы питать от отдельных батареек и аккумуляторов, что и делается в большинстве самодельных наглядных пособий. Но в высокофункциональных устройствах этого делать нельзя, так как посторонние источники требуют постоянного внимания - их надо регулярно проверять, менять, что дорого и хлопотно и лишает демонстрационное оборудование функциональности, а учителя - оперативности, уверенности и комфортности в работе с этим оборудованием. Все необходимые электроисточники должны быть долговременными в эксплуатации, собраны в одном месте и готовыми к быстрому и безошибочному подключению, что и сделано в демонстрационной системе УНИВЕРСАЛ.The demonstration module GO1 contains everything you need to perform these experiments in an assembled and debugged state. Instead of an incandescent lamp that requires focusing the beam, a laser is used that gives a light line (unlike lasers that give a light point). The trajectory of the light segment against the background of the demonstration plane is technically easier to obtain than the trajectory of a point, which is very sensitive to the quality of the surface along which the point beam glides. On the demonstration plane of the module, a rotary profile of a split plano-convex lens is provided. The demonstrator turns the lens, changing the angle of incidence of the beam and on the demonstration plane, you can observe the lines of the incident, reflected and refracted rays. At the base of the housing of the GO1 module, a pair of plugs are provided that are mated with 5.6 V DC sockets on the power panel. This is how the laser is connected to a power source in the BASE. Of course, the laser and other demonstrating elements that require power could be powered by separate batteries and accumulators, which is done in most homemade visual aids. But this cannot be done in highly functional devices, as extraneous sources require constant attention - they need to be checked regularly, changed, which is expensive and troublesome and deprives demonstration equipment of functionality, and teachers - of promptness, confidence and comfort in working with this equipment. All the necessary electrical sources must be long-term in operation, assembled in one place and ready for quick and error-free connection, which is done in the UNIVERSAL demonstration system.

Для повышения функциональности модуля ГО1 предусмотрена возможность поступательного перемещения лазера по направляющим. При этом луч лазера скользит по демонстрационной плоскости параллельно самому себе и параллельно главной оптической оси плоско-выпуклой линзы. На выходе из линзы преломленный луч, скользя по демонстрационной плоскости, пересекает главную оптическую ось примерно в одной точке - в фокусе линзы. Этим демонстрируется наличие у плоско выпуклой линзы главного фокуса - точки, где собираются лучи, пущенные параллельно главной оптической оси линзы.To increase the functionality of the GO1 module, it is possible to translate the laser along the guides. In this case, the laser beam slides along the demonstration plane parallel to itself and parallel to the main optical axis of the plane-convex lens. At the exit from the lens, the refracted beam, sliding along the demonstration plane, intersects the main optical axis at about one point — the focus of the lens. This demonstrates the presence of the main focus of a plano-convex lens — the point where rays are collected that are parallel to the main optical axis of the lens.

Переведя лазер далее по направляющим, учитель посылает лазерный луч на трехгранную призму, проходя через которую, луч преломляется к основанию призмы.Moving the laser further along the guides, the teacher sends the laser beam to the trihedral prism, passing through which the beam is refracted to the base of the prism.

Этот опыт объясняет фокусирующее действие собирающей линзы. Призма сделана поворотной. Перевернув призму основанием вверх, учитель демонстрирует рассеивающее действие вогнутых линз.This experience explains the focusing effect of the collecting lens. Prism is made rotary. Turning the prism base up, the teacher demonstrates the scattering effect of concave lenses.

Подготовка и отладка этих экспериментов на традиционном оборудовании и даже на ближайших патентных прототипах отняла бы весь урок. Рациональная конструкция модуля, ориентированная на высокую функциональность, позволяет практически полностью исключить затраты времени на подготовку опытов. На обратной стороне модуля собраны эксперименты по определению фокусного расстояния собирающей линзы и построению изображения с помощью собирающих линз. Так плотно скомпоновать необходимые элементы в пределах одного демонстрационного модуля удалось благодаря замене традиционных лампочек накаливания значительной мощности (к тому же требующих специальных масок, что усложняет устройство и увеличивает габариты источника света) компактными и яркими светодиодами, дающими готовую световую линию без специальной маски.The preparation and debugging of these experiments on traditional equipment and even on the next patent prototypes would take the whole lesson. The rational design of the module, focused on high functionality, allows almost completely eliminating the time spent on the preparation of experiments. On the reverse side of the module, experiments have been collected to determine the focal length of the collecting lens and constructing an image using the collecting lenses. It was possible to tightly compose the necessary elements within one demonstration module by replacing traditional incandescent bulbs of considerable power (which also require special masks, which complicates the device and increases the dimensions of the light source) with compact and bright LEDs that give a ready-made light line without a special mask.

Демонстрационный модуль ВО1 (Волновая оптика). Наблюдение дифракции и интерференции проходящих и отраженных световых волн. Определение длины волны лазерного источника света.Demonstration module BO1 (Wave optics). Observation of diffraction and interference of transmitted and reflected light waves. Determining the wavelength of a laser light source.

Традиционный набор элементов для выполнения этого опыта - отдельно источник света, отдельно учебная дифракционная решетка, укрепляемая на стойке, отдельно линейка-экран, укрепляемая на стойке. Сборка и отладка опыта отнимает не менее 10-15 минут; это довольно много для такого простого и короткого опыта.The traditional set of elements for performing this experiment is a separate light source, a separate training grating, mounted on a rack, a separate ruler-screen, mounted on a rack. The assembly and debugging of the experience takes at least 10-15 minutes; it is quite a lot for such a simple and short experience.

В демонстрационном модуле ВО1 в качестве когерентного источника света используется полупроводниковый лазер от лазерной указки, жестко установленный на корпусе модуля и дающий луч-точку. Установлены также дифракционная решетка с постоянной 1:100 (100 линий на миллиметр) и экран-линейка. Модуль приводится в рабочее состояние установкой в гнезде 5,6 Вольт на электропанели с помощью пары штеккеров, электрически соединенных с лазером через резистор, гасящий избыток напряжения. Кнопка включения не нужна, поскольку энергопотребление лазера ничтожно и в нормальном режиме работы лазер весьма долговечен. Он включается сразу же при установке модуля на электропанели. На экране-линейке четко высвечиваются интерференционные точки до ПЯТОГО порядка включительно, что практически недоступно для лампочек накаливания. Практически пятый порядок для вычислений уже не нужен, но эффект сам по себе впечатляет. Это интерференционная картина в проходящем свете.In the demonstration module BO1, a semiconductor laser from a laser pointer is used as a coherent light source, which is rigidly mounted on the module casing and gives a beam-point. A diffraction grating with a constant of 1: 100 (100 lines per millimeter) and a ruler screen are also installed. The module is brought into operation by installing a 5.6 Volt in the socket on an electrical panel using a pair of plugs electrically connected to the laser through a resistor that quenches the excess voltage. The power button is not needed, because the power consumption of the laser is negligible and in normal operation, the laser is very durable. It turns on immediately when the module is installed on power panels. On the ruler screen, interference points are clearly displayed up to FIVE orders of magnitude inclusive, which is almost inaccessible to incandescent bulbs. Almost the fifth order for calculations is no longer needed, but the effect itself is impressive. This is an interference pattern in transmitted light.

В середине линейки (в точке НУЛЕВОГО порядка) помещен небольшой (5×5 мм) фрагмент диска DVD. Падающий на него "нулевой" луч от дифракционной решетки отражается от поверхности диска, претерпевая дифракцию и создает на другом, противоположно расположенном экране свою интерференционную картину (интерференция в отраженном свете). По расстояниям между интерференционными точками в первом и во втором опытах, можно сделать вывод, что число линий на 1 мм на диске примерно в 6 раз больше, чем у дифракционной решетки.In the middle of the ruler (at the point of ZERO order) a small (5 × 5 mm) fragment of the DVD is placed. The “zero” beam incident on it from the diffraction grating is reflected from the surface of the disk, undergoing diffraction, and creates its interference pattern (interference in reflected light) on another, opposite screen. From the distances between the interference points in the first and second experiments, we can conclude that the number of lines per 1 mm on the disk is approximately 6 times larger than that of the diffraction grating.

Демонстрационный модуль ЭМВ1 (Электромагнитные волны). Детекторный приемник с усилителем низкой частоты.Demonstration module EMV1 (Electromagnetic waves). Detector receiver with low frequency amplifier.

Выпускаемое промышленностью в прежние годы учебно-наглядное пособие "Детекторный приемник", предназначенное для демонстрации основных элементов, обеспечивающих радиоприем, себя не оправдало. Для него требовалась длинная и высокая наружная антенна и заземление. Но в большинстве случаев при значительном удалении школ от мощных вещательных станций не помогала и наружная антенна, а в городских школах слишком хлопотно было устанавливать наружную антенну ради детекторного приемника. Поэтому постепенно производство этого пособия прекратилось.The educational and visual aid “Detector Receiver”, issued by industry in previous years, intended to demonstrate the basic elements providing radio reception, did not justify itself. It required a long and high outdoor antenna and ground. But in most cases, with the schools far from the powerful broadcasting stations, the outdoor antenna did not help, and in urban schools it was too troublesome to install an outdoor antenna for the detector receiver. Therefore, gradually the production of this allowance ceased.

Однако даже в наше время портативных средств связи и радиоприема принципы радиопередачи и радиоприема остались прежними. Поэтому демонстрация работы простейших входных устройств радиоприемника на примере детекторного не потеряла своей актуальности. Кроме того, детекторный приемник интересен сам по себе как раритетный объект материальной культуры первой половины 20 века. Для обеспечения работоспособности этого приемника без наружной антенны в модуле ЭМВ1 применяется так называемая "активная антенна" - известное электронное устройство для телевизионного приема изображения на комнатную антенну. Применительно к детекторном приемнику это выполнено в виде сочетания известной магнитной антенны на ферритовом сердечнике с предварительным широкополосным усилителем высокой частоты на одном транзисторе. Широкополосный усилитель включен между магнитной антенной и входной цепью приемника и относится, таким образом, не к приемнику, а к антенне, что и дает право называть эту предварительную систему "активной антенной".However, even in our time of portable communications and radio reception, the principles of radio transmission and radio reception remained the same. Therefore, a demonstration of the operation of the simplest input devices of a radio receiver as an example of a detector has not lost its relevance. In addition, the detector receiver is interesting in itself as a rare object of material culture in the first half of the 20th century. To ensure the operability of this receiver without an external antenna, the so-called "active antenna" is used in the EMV1 module - a well-known electronic device for television image reception on a room antenna. As applied to the detector receiver, this is made in the form of a combination of a known magnetic antenna on a ferrite core with a preliminary broadband high-frequency amplifier on a single transistor. A broadband amplifier is connected between the magnetic antenna and the input circuit of the receiver and, therefore, refers not to the receiver, but to the antenna, which gives the right to call this preliminary system an “active antenna”.

Широкополосный усилитель способен усилить приемные свойства магнитной антенны в 5-7 раз, но создает некоторые собственные шумы, ухудшающие прием.A broadband amplifier is able to enhance the receiving properties of a magnetic antenna by a factor of 5-7, but it creates some intrinsic noise that degrades reception.

Усиленная смесь высокочастотных сигналов поступает на вход типовой схемы детекторного приемника, осуществляющего настройку сигналов на нужную радиостанцию, а с выхода детектора - на усилитель низкой частоты.An amplified mixture of high-frequency signals is fed to the input of a typical detector receiver circuit, which tunes the signals to the desired radio station, and from the detector output to the low-frequency amplifier.

Модуль детекторного приемника приемника с базовым модулем связывают две пары контактов: одна пара - подача питания = 12 В от источника тока на широкополосный усилитель, а вторая пара - подача слабого звукового сигнала от детектора на вход усилителя низкой частоты в корпусе БАЗЫ. При установке модуля на электропанель остается ручкой настройки продемонстрировать настройку на радиостанцию (обычно это "Маяк" или "Россия" в средневолновом диапазоне).The detector detector receiver module with the base module connects two pairs of contacts: one pair - power supply = 12 V from the current source to the broadband amplifier, and the second pair - the supply of a weak sound signal from the detector to the input of the low-frequency amplifier in the BASE. When installing the module on the power panel, it remains to set the tuning knob to the radio station (usually it is “Mayak” or “Russia” in the medium-wave range).

Лучшие результаты получаются, если вместо широкополосного усилителя между входным контуром и детектором включить усилитель высокой частоты, уже выделенной колебательным контуром. Тогда приемник фактически уже перестает быть детекторным, но принцип работы входных цепей и детектора остается прежним.The best results are obtained if instead of a broadband amplifier between the input circuit and the detector, turn on the high-frequency amplifier, already selected by the oscillatory circuit. Then the receiver actually ceases to be a detector, but the principle of operation of the input circuits and the detector remains the same.

Радиоприем получается достаточно громким.The radio is quite loud.

Демонстрационный модуль ПТ1 (Постоянный ток). Вольтамперная характеристика проводника. Закон Ома. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.Demonstration module PT1 (DC). Current-voltage characteristic of the conductor. Ohm's law. Determination of EMF and internal resistance of a current source.

Все позиции, обозначенные выше, выполняются с помощью этого демонстрационного модуля в режиме лабораторных работ со снятием показаний приборов, построением таблиц данных, вычислением результатов и формулировкой выводов. На модуле собрана необходимая цепь резисторов, сопротивления которых известны; предусмотрены контрольные точки для измерения напряжений и разрывы в цепи для измерения силы тока в ветвях цепи. Измерения выполняются с помощью малогабаритных электронных вольтметра и амперметра с достаточно большими цифрами красного свечения. Эти приборы (схемы которых известны) взяты готовыми и являются штатными для модуля ПТ1, т.е. установлены стационарно на панели модуля и в процессе работы подключаются к нужным точкам схемы с помощью гибких щупов. Все три работы в сумме выполняются в течение одного урока, поскольку не требуют предварительной сборки и отладки. Чтобы не использовать посторонние источники тока (это вносит неудобство в организацию опыта), в работе "Определение ЭДС источники тока" в качестве подопытного используется собственный источник тока на 12 В, входящий в состав БАЗЫ. Внутреннее сопротивление измеряется для этого же источника. Модуль ПТ1 готов к работе сразу же по установке его на ЭЛЕКТРОПАНЕЛЬ для подключения к источнику тока = 12 В.All the positions indicated above are performed using this demonstration module in the laboratory mode with taking readings of devices, building data tables, calculating results and formulating conclusions. The module contains the necessary chain of resistors, the resistances of which are known; control points for measuring voltages and breaks in the circuit for measuring the current strength in the branches of the circuit are provided. Measurements are performed using a small-sized electronic voltmeter and ammeter with sufficiently large numbers of red light. These devices (whose circuits are known) are taken ready and are standard for the module PT1, i.e. are installed permanently on the module panel and, in the process, are connected to the desired points in the circuit using flexible probes. All three works in total are performed during one lesson, since they do not require preliminary assembly and debugging. In order not to use extraneous sources of current (this introduces inconvenience in organizing the experiment), in the work "Determination of EMF current sources" as an experimental one uses its own current source of 12 V, which is part of the BASE. Internal resistance is measured for the same source. The PT1 module is ready to work immediately after installing it on the ELECTRIC PANEL for connection to a current source = 12 V.

Демонстрационный модуль ПТ2 (Постоянный ток). Параллельное и последовательное соединение проводников.Demonstration module PT2 (DC). Parallel and serial connection of conductors.

Этот модуль двусторонний: на одной стороне смонтирована демонстрационная лабораторная работа "Последовательное соединение проводников", на другой - "Параллельное соединение проводников". Смонтировать обе работы на одной стороне нельзя из-за недостатка места при принятых габаритах демонстрационных модулей, которые сопряжены с габаритами ЭЛЕКТРОПАНЕЛИ. В принципе возможна модернизация всей системы УНИВЕРСАЛ под большие габариты соответственно с укрупнением демонстрационных модулей, но такое укрупнение, видимо, имеет вполне ограниченные пределы. Размеры БАЗОВОГО МОДУЛЯ имеющегося образца вынуждают в некоторых случаях делать двусторонние демонстрационные модули. Впрочем двустороннее исполнение модулей при любых их габаритах рационально, поскольку позволяет экономить материал корпуса модуля, компактнее хранить готовые модули и упрощает смену одной демонстрации на другую.This module is two-sided: on one side the demonstration laboratory work "Serial connection of conductors" is mounted, on the other - "Parallel connection of conductors". It is impossible to mount both works on one side due to lack of space with the accepted dimensions of the demonstration modules, which are interfaced with the dimensions of the ELECTRIC PANEL. In principle, it is possible to upgrade the entire UNIVERSAL system to large dimensions, respectively, with the enlargement of demonstration modules, but such enlargement, apparently, has completely limited limits. The dimensions of the BASIC MODULE of the existing sample force in some cases to make bilateral demonstration modules. However, the double-sided execution of the modules for any size is rational, since it allows to save the material of the module case, to store finished modules more compactly and simplifies the change of one demonstration to another.

Параллельное соединение проводников демонстрируется на примере двух параллельно включенных резисторов с разрывами в цепи для измерения силы тока в различных участках цепи, а также для непосредственного измерения сопротивления этих участков при выключенном модуле. Предусмотрены также контрольные точки для измерения напряжений. В качестве измерительных приборов используются готовые малогабаритные электронные вольтметр, амперметр и омметр с цифровой шкалой красного цвета и достаточных для наблюдения размеров. Чтобы обслуживать обе половины модуля, эти приборы сделаны поворотными вокруг вертикальных осей.A parallel connection of conductors is demonstrated by the example of two parallel-connected resistors with breaks in the circuit for measuring the current strength in various parts of the circuit, as well as for directly measuring the resistance of these sections with the module turned off. Reference points for measuring voltages are also provided. As measuring instruments, ready-made small-sized electronic voltmeter, ammeter and ohmmeter with a digital red scale and sufficient for observing dimensions are used. To service both halves of the module, these instruments are made rotatable around the vertical axes.

Последовательное соединение проводников изучается также на примере двухThe series connection of conductors is also studied by the example of two

последовательно включенных резисторов с разрывами в участках цепи и контрольными точками для измерения напряжений, силы токов и сопротивлений этих резисторов (хотя эти сопротивления известны изначально). Модуль вставляется в гнезда постоянного напряжения 12 В на электропанели и готов к работе.series-connected resistors with gaps in the sections of the circuit and test points for measuring the voltages, current strengths and resistances of these resistors (although these resistances were originally known). The module is inserted into the 12 V DC sockets on the electrical panel and is ready for operation.

На выполнение двух лабораторных работ в режиме демонстраций требуется 20-25 минут, остальное время до конца урока используется для вычислений и оформления работ.It takes 20-25 minutes to perform two laboratory works in demonstration mode, the rest of the time until the end of the lesson is used for calculations and execution of works.

Демонстрационный модуль ПТ-3 (Постоянный ток). Параллельное и последовательное включение лампочек накаливания. Мостик Уитстона.Demonstration module PT-3 (DC). Parallel and sequential inclusion of incandescent bulbs. Wheatstone bridge.

Модуль односторонний. Электрические лампочки выбраны маломощные и малогабаритные (для холодильников и швейных машин). Две лампочки включены последовательно, две другие - параллельно. Каждая цепь снабжена своей нефиксированной кнопкой включения. Различия в характере свечения лампочек зрителям очевидны. Поскольку лампочки маломощны, они почти не разогреваются и можно из каждой включенной цепи вывернуть по одной лампочке и наблюдать различные результаты.The module is single-sided. Light bulbs selected low-power and small-sized (for refrigerators and sewing machines). Two bulbs are connected in series, the other two in parallel. Each circuit is equipped with its own non-fixed power button. Differences in the nature of the glow of light bulbs to the audience are obvious. Since the bulbs are low-power, they almost do not heat up and you can turn out one bulb from each switched on circuit and observe different results.

Мостик Уитстона выполнен из трех резисторов постоянного сопротивления иWheatstone bridge is made of three DC resistors and

одного переменного. В диагональ моста включен стационарно укрепленный на модуле миллиамперметр с нулевой точкой посередине. Поворотом ручки переменного резистора учитель добивается необходимого баланса напряжений в диагонали моста и стрелка прибора устанавливается на "ноль".one variable. A milliammeter with a zero point in the middle, stationary on the module, is included in the diagonal of the bridge. By turning the handle of the variable resistor, the teacher achieves the necessary voltage balance in the diagonal of the bridge and the arrow of the device is set to "zero".

Устанавливается модуль ПТ-3 на электропанели в гнезда постоянного напряжения 12 Вольт и в гнезда сетевого напряжения 220 Вольт.The PT-3 module is installed on the electrical panel in the 12-volt DC jacks and in the 220-volt mains jacks.

Демонстрационный модуль ПТ-4 (Постоянный ток). Магнитные действия тока.Demonstration module PT-4 (DC). Magnetic current action.

В составе модуля ПТ-4 четыре демонстрации:The PT-4 module has four demonstrations:

1) действие магнитного поля рамки с током на магнитную стрелку и тестирование магнитного поля с помощью индикатора магнитного поля - магнитной стрелки;1) the effect of the magnetic field of the frame with current on the magnetic needle and testing the magnetic field using a magnetic field indicator - a magnetic arrow;

2) демонстрация магнитного действия катушки с током на железные предметы, усиление этого действия введением магнитного сердечника;2) demonstration of the magnetic action of the coil with current on iron objects, the strengthening of this action by the introduction of a magnetic core;

3) действие проводника с током на другой проводник с током (сила Ампера);3) the action of a conductor with current on another conductor with current (Ampere force);

4) модель электромагнитной пушки.4) model of the electromagnetic gun.

Модуль двусторонний. На одной стороне собран только один опыт - возникновение силы взаимодействия между двумя линейными проводниками с током - силы Ампера. В школах этот опыт традиционно обходят стороной, т.к. соответствующее оборудование не выпускается, а из подручных средств создавать этот опыт очень хлопотно. Силы Ампера очень малы. Чтобы заставить магнитно взаимодействовать два линейных проводника длиной по 0,5 м на расстоянии 0,5-1 см один от другого, необходимо пропустить по ним токи силой около 30 Ампер. Это весьма большие и даже опасные токи для школьного кабинета физики. Их можно получить только от автомобильного аккумулятора, которого нет практически ни в одной школе. К тому же, проводники должны быть легкими и, следовательно, тонкими. Но тонкий проводник просто перегорит от такого тока. Поэтому в таком виде опыты не проводятся.The module is double-sided. On one side, only one experience is collected - the appearance of the interaction force between two linear conductors with current - the Ampere force. In schools, this experience is traditionally bypassed, because the corresponding equipment is not produced, and it is very troublesome to create this experience from improvised means. Ampere's forces are very small. To make two linear conductors 0.5 m long magnetically interact at a distance of 0.5-1 cm from each other, it is necessary to pass currents of about 30 amperes through them. These are very large and even dangerous currents for the school physics cabinet. They can only be obtained from a car battery, which is not found in almost any school. In addition, the conductors must be light and therefore thin. But a thin conductor will simply burn out from such a current. Therefore, experiments are not conducted in this form.

Для получения некоторого эффекта используют алюминиевую фольгу - лентуTo obtain some effect, use aluminum foil - tape

от бумажного конденсатора, которую найти становится все труднее, ибо бумажный конденсатор - изделие прошлого века. Подвешивают две такие ленты вблизи друг друга (0,5-1 см), следя чтобы они не замкнулись и в то же время не натягивались (иначе магнитные силы будут нейтрализованы силами натяжения) и пропускают по ним кратковременно ток силой до 5 ампер, чтобы ленты не расплавились. Но в системе образования не может быть опоры на самодельные и хлопотные опыты.from a paper capacitor, which is becoming increasingly difficult to find, because a paper capacitor is a product of the last century. Two such tapes are hung close to each other (0.5-1 cm), making sure that they do not become closed and at the same time do not stretch (otherwise the magnetic forces will be neutralized by the tension forces) and pass a current of up to 5 amperes for a short time on them not melted. But in the education system there can be no reliance on self-made and troublesome experiments.

Результаты должны достигаться минимальными средствами, должны быть устойчивы и легко воспроизводимы. Такой результат достигается в конструкции модуля ПТ-4; это инновация в технологии школьного приборостроения. Линейный проводник заменен его усиленным эквивалентом - длинной стороной проволочной рамки, содержащий 50 витков провода диаметром 0,5 мм. При пропускании по рамке тока силой 1 А. вокруг любой стороны рамки создается магнитное поле, как вокруг проводника с током соответственно силой 50 ампер. Магнитное поле такой рамки достаточно эффективно взаимодействует со стороной другой такой же рамки, по которой пропускается такой же ток.Results should be achieved with minimal means, should be sustainable and easily reproducible. This result is achieved in the design of the PT-4 module; This is an innovation in school instrumentation technology. The linear conductor is replaced by its reinforced equivalent - the long side of the wire frame, containing 50 turns of wire with a diameter of 0.5 mm. When a current of 1 A is passed through the frame, a magnetic field is created around either side of the frame, like around a conductor with a current of 50 amperes, respectively. The magnetic field of such a frame interacts quite effectively with the side of another of the same frame along which the same current is passed.

Таким образом, опыт по магнитному взаимодействию двух проводников с большими токами сводится к опыту по взаимодействию двух параллельных длинных сторон двух рамок, одна из которых закреплена, а вторая подвешена на оси вдоль второй длинной стороны.Thus, the experiment on the magnetic interaction of two conductors with high currents reduces to the experiment on the interaction of two parallel long sides of two frames, one of which is fixed, and the second is suspended on the axis along the second long side.

В результате магнитного взаимодействия подвижная рамка 1 отклоняется от неподвижной 2 или приближается к ней, поворачиваясь вокруг оси подвеса при пропускании токов через рамки в одном или противоположных направлениях.As a result of magnetic interaction, the movable frame 1 deviates from or moves closer to it 2, turning around the axis of the suspension while passing currents through the frames in one or opposite directions.

Далее, повернув модуль на 180, можно демонстрировать магнитное поле рамки с током. Прямоугольная рамка содержит 50 витков провода 0,5 мм. Пропуская через нее ток силой 0,5 А, получаем магнитное поле рамки такое же, как и от одиночного провода с током силой около 25 Ампер. Такое поле заметно действует на магнитную стрелку в виде специально выполненного магнитного пробника. Это также полезная инновационная модель в школьном приборостроении. Кабинеты физики комплектуются наборами демонстрационных магнитных стрелок с игольчатыми подставками. Но такие комплекты могут работать только при горизонтальном положении стрелки, как обычные магнитные компасы. Таким пробником нельзя свободно манипулировать в пространстве магнитного поля. Для модуля ПТ-4 сконструирован и изготовлен специальный магнитный пробник. Он состоит из немагнитной ручки (пластмасса, латунь, алюминий и его сплавы), имеющий на одном из концов разрез, достаточно широкий для размещения ступицы стрелки, насаженной на ось, перпендикулярную продольной оси ручки. Магнитная стрелка, таким образом, может свободно вращаться вокруг неподвижной оси и является простейшим пробником магнитного поля. Ему, в отличие от стрелки на игольчатой опоре, можно придавать любые положения в пространстве.Further, by turning the module 180, it is possible to demonstrate the magnetic field of the frame with current. The rectangular frame contains 50 turns of 0.5 mm wire. Passing a current of 0.5 A through it, we get the magnetic field of the frame is the same as from a single wire with a current of about 25 amperes. Such a field noticeably acts on the magnetic needle in the form of a specially made magnetic probe. It is also a useful innovative model in school instrumentation. Physics classrooms are equipped with sets of demonstration magnetic arrows with needle stands. But such kits can only work with the horizontal position of the arrow, like conventional magnetic compasses. Such a probe cannot be freely manipulated in the space of a magnetic field. A special magnetic probe was designed and manufactured for the PT-4 module. It consists of a non-magnetic handle (plastic, brass, aluminum and its alloys), having a cut at one end that is wide enough to accommodate the hub of an arrow mounted on an axis perpendicular to the longitudinal axis of the handle. The magnetic needle, thus, can freely rotate around a fixed axis and is the simplest probe of a magnetic field. He, unlike the arrow on the needle support, can be given any position in space.

Действие магнитного поля тока на ферромагнитные материалы демонстрируется с помощью катушки, содержащей 2000 витков провода диаметром 0,3 мм. При пропускании через нее тока силой около 0,5 А, кАтушка достаточно заметно притягивает железный якорек, подвешенный поблизости от одного из торцов катушки. Если в катушку вставить небольшой якорь (отрезок винта М5), то заметно значительное усиление притяжения якоря.The action of the magnetic field of the current on ferromagnetic materials is demonstrated using a coil containing 2000 turns of wire with a diameter of 0.3 mm. When a current of about 0.5 A is passed through it, the rod attracts a fairly noticeable iron anchor suspended near one of the ends of the coil. If you insert a small anchor into the coil (segment of the M5 screw), then a significant increase in the attraction of the anchor is noticeable.

При изменении направления тока в катушке якорь по прежнему притягивается, а не отталкивается. Этот факт очень важен.When the direction of the current in the coil changes, the armature is still attracted, not repelled. This fact is very important.

Наконец, в составе модуля ПТ-4 есть развлекательная и познавательная модель электромагнитной пушки, чего нет в комплектации физкабинета.Finally, the PT-4 module has an entertaining and informative model of an electromagnetic gun, which is not included in the physical equipment configuration.

В катушку, содержащую 4000 витков провода 0,3 мм вставляется магнитный сердечник в определенной, заранее отмеченной полярности. При включении (кнопкой) катушки в цепь питания = 12 Вольт магнитный сердечник-снаряд вылетает из катушки, попадая в магнитоуловитель. От опыта к опыту точка попадания воспроизводится с неизменной точностью, поэтому магнитоуловитель действует безотказно.A magnetic core in a defined, pre-marked polarity is inserted into a coil containing 4000 turns of 0.3 mm wire. When you turn on (by button) the coil in the power circuit = 12 Volts, the magnetic core-projectile flies out of the coil, falling into the magnet catcher. From experience to experience, the point of impact is reproduced with constant accuracy, so the magnet catcher operates flawlessly.

Модуль ПТ-4 стыкуется с электропанелью одной парой контактов на напряжение = 12 В.The PT-4 module is connected to the power panel with one pair of contacts for voltage = 12 V.

Демонстрационный модуль ПТ-5 (Постоянный ток). Проводник с током в магнитном поле. Рамка с током в магнитном поле. Модель электродвигателя постоянного тока.Demonstration module PT-5 (DC). A conductor with current in a magnetic field. Frame with current in a magnetic field. DC motor model.

В отличие от модуля ПТ-4, демонстрирующего поведение окружающих тел в магнитном поле проводника с током, модуль ПТ-5 демонстрирует поведение самого проводника с током в поле постоянных магнитов. Ключевыми опытами здесь являются:In contrast to the PT-4 module, which demonstrates the behavior of surrounding bodies in the magnetic field of a current conductor, the PT-5 module demonstrates the behavior of a current conductor in a field of permanent magnets. Key experiences here are:

1) проводник с током в магнитном поле;1) a conductor with a current in a magnetic field;

2) рамка с током в магнитном поле.2) a frame with current in a magnetic field.

Как и все другие опыты по электродинамике, эти опыты на основе выпускаемого оборудования готовятся достаточно примитивно. Растягиваются провода, расставляются магниты, цепь проверяется на отсутствие короткого замыкания, подключается балластный реостат (именно для избежания короткого замыкания) и, наконец, цепь подключается к источнику тока на 1-2 секунды и наблюдается отклонение проводника с током в магнитном поле. Пятнадцать-двадцать минут подготовки и одна-две секунды наблюдения - такова цена эксперимента по типовой схеме.Like all other experiments in electrodynamics, these experiments on the basis of the manufactured equipment are prepared quite primitively. The wires are stretched, magnets are placed, the circuit is checked for short circuits, a ballast resistor is connected (precisely to avoid short circuits), and finally, the circuit is connected to a current source for 1-2 seconds and a conductor is deflected with current in a magnetic field. Fifteen to twenty minutes of preparation and one to two seconds of observation — such is the price of an experiment according to a standard design.

С рамкой в магнитном поле дело обстоит лучше. Это один из очень немногих приборов, практически готовых к работе, хотя и требуется присоединить его к источнику тока.With a frame in a magnetic field, things are better. This is one of the very few devices that are practically ready for operation, although it is required to connect it to a current source.

В модуле ПТ-5 линейный проводник с током имитируется нижней стороной прямоугольной рамки, качающейся вокруг горизонтальной оси, как в модуле ПТ-4. Под этой нижней стороной рамки находится магнитная "таблетка", создающая достаточно сильное и однородное магнитное поле вблизи ее поверхности. При кратковременном пропускании тока через рамку от (кнопки) нижняя сторона рамки ведет себя как линейный проводник резко и с заметной амплитудой отклоняется от вертикального положения перпендикулярно магнитным силовым линиям таблетки. При переключении направления тока в рамке с помощью коммутирующего тумблера направление отклонения рамки изменяется на противоположное.In the PT-5 module, a linear conductor with current is simulated by the bottom side of a rectangular frame swinging around a horizontal axis, as in the PT-4 module. Under this bottom side of the frame is a magnetic “tablet”, which creates a sufficiently strong and uniform magnetic field near its surface. With a short-term passage of current through the frame from (the button), the lower side of the frame behaves like a linear conductor sharply and with a noticeable amplitude deviates from the vertical position perpendicular to the magnetic field lines of the tablet. When switching the direction of the current in the frame using a switching toggle switch, the direction of the deflection of the frame is reversed.

Вращение рамки с током в однородном магнитном поле также является индикатором наличия этого магнитного поля. Рамка, содержащая 50 витков провода 0,5, опирается токопроводящими шипами на токопроводящие подшипники, к которым подводятся проводники (через кнопочный самовозвратный выключатель) от стыковочных штекеров модуля. Концы обмотки рамки подпаяны к этим латунным шипам, т.е. ток подается в рамку через опоры, что позволяет отказаться от специального токопередающего коллектора или от гибких подводящих проводников, как это сделано в промышленном варианте.The rotation of the frame with the current in a uniform magnetic field is also an indicator of the presence of this magnetic field. A frame containing 50 turns of 0.5 wire is supported by conductive spikes on conductive bearings, to which conductors (through a push-button self-resetting switch) are connected from the docking plugs of the module. The ends of the frame winding are soldered to these brass spikes, i.e. current is supplied to the frame through the supports, which makes it possible to abandon a special current-carrying collector or from flexible supply conductors, as was done in the industrial version.

Симметрично по обе стороны рамки, вблизи ее боковых сторон размещены на держателях магнитные "таблетки", магнитные силовые линии которых у поверхностей ориентированы параллельно плоскости рамки. При включении тока в цепь рамки на нее действует вращающий момент сил взаимодействия магнитных полей боковых сторон рамки с магнитными полями "таблеток" и рамка поворачивается.Symmetrically on both sides of the frame, near its lateral sides, magnetic "tablets" are placed on the holders, the magnetic lines of force of which at the surfaces are oriented parallel to the plane of the frame. When current is included in the circuit of the frame, it is affected by the torque of the interaction forces of the magnetic fields of the sides of the frame with the magnetic fields of the "tablets" and the frame rotates.

Кроме этих двух опытов на демонстрационном модуле ПТ-5 собран и третий, являющийся логическим развитием второго. Это модель электродвигателя постоянного тока.In addition to these two experiments, the third one, which is the logical development of the second, was assembled on the PT-5 demonstration module. This is a DC motor model.

Чтобы заставить рамку с током не просто поворачиваться на некоторый угол, а непрерывно вращаться, необходимо переключать направление тока при повороте рамки на угол, немногим больший 90. Для этой цели обычно служит коллектор - два разделенных полукольца, к которым подсоединены обмотки рамки и которых касаются подпружиненные "щетки", соединенные с источником тока. Однако проведенные автором эксперименты показали, что с ролью коллектора хорошо справляется пара ГЕРКОНОВ (герметичных магнитных контактов). Это очередная инновация в системе УНИВЕРСАЛ. Герконы срабатывают от магнитного поля определенной индукции. Два геркона ориентированы параллельно боковым сторонам рамки и пропускают ток, когда боковые стороны пересекают магнитное поле "таблеток". Одна-две пары герконов обеспечивают надежное вращение рамки.To make the frame with the current not only rotate through a certain angle, but rotate continuously, it is necessary to switch the direction of the current when the frame is rotated by an angle slightly larger than 90. For this purpose, a collector is usually used - two divided half rings to which the frame windings are connected and the spring-loaded ones touch "brushes" connected to a current source. However, the experiments conducted by the author showed that a pair of HERCONS (sealed magnetic contacts) copes well with the role of the collector. This is another innovation in the UNIVERSAL system. Reed switches are triggered by a magnetic field of a certain induction. Two reed switches are oriented parallel to the sides of the frame and pass current when the sides cross the magnetic field of the “tablets”. One or two pairs of reed switches provide reliable rotation of the frame.

Демонстрационный модуль ПТ-6 (Постоянный ток). Определение электрохимического эквивалента меди.Demonstration module PT-6 (DC). Determination of the electrochemical equivalent of copper.

Традиционно подготовка и проведение этого опыта занимает весь урок. Нужно взвесить медный электрод до опыта, подвести провода к клеммам электродов, погрузить электроды в стакан с медным купоросом, подключить провода к источнику тока и минут 10-15 ждать, пока на электроде осядет достаточное количество меди, чтобы можно было ее взвесить. Затем отключить источник тока, вытереть катод, на котором оседает медь, высушить его над спиртовкой или электроплиткой (чтобы ускорить процесс сушки), затем вновь взвесить 2-3 раза, чтобы получить среднее значение массы осевшей меди и, наконец, вычислить электрохимический эквивалент меди.Traditionally, the preparation and conduct of this experience takes the whole lesson. It is necessary to weigh the copper electrode before the experiment, bring the wires to the terminals of the electrodes, immerse the electrodes in a glass with copper sulfate, connect the wires to the current source and wait 10-15 minutes until enough copper has settled on the electrode so that it can be weighed. Then turn off the current source, wipe the cathode on which copper is deposited, dry it over an alcohol stove or electric stove (to speed up the drying process), then weigh it again 2-3 times to obtain the average mass of the deposited copper and, finally, calculate the electrochemical equivalent of copper.

С модулем ПТ-6 этот опыт проводится от начала до получения электрохимического эквивалента за 10 минут благодаря инновации в технологии опыта.With the PT-6 module, this experiment is conducted from the beginning to the electrochemical equivalent in 10 minutes thanks to an innovation in the technology of experience.

В корпусе модуля устроена небольшая емкость (около 100 мл), в которую заливается медный купорос. Емкость оборудована двумя захватами типа "крокодил" для крепления электродов. К зажимам через кнопочный (с фиксацией) выключатель подводится постоянное напряжение = 5,6 В от штеккеров в корпусе модуля. В разрыв цепи включен амперметр со шкалой на 1 ампер (для более точных измерений тока с одной стороны и, вместе с тем, ток силой 0,5-0,7 достаточен для высокой скорости электролиза меди).A small container (about 100 ml) is arranged in the module case into which copper sulfate is poured. The tank is equipped with two crocodile grippers for attaching electrodes. A constant voltage = 5.6 V from the plugs in the module housing is supplied to the terminals via a push-button (with locking) switch. An ammeter with a scale of 1 ampere is included in the circuit break (for more accurate current measurements on the one hand, and at the same time, a current of 0.5-0.7 is sufficient for a high copper electrolysis rate).

Инновация заключается в том, что в держателях электродов зажимаются не медные пластины, а небольшие отрезки односторонне фольгированного стеклотекстолита, применяемого в электронике и радиотехнике для изготовления печатных схем (или "плат").The innovation lies in the fact that not copper plates are clamped in the electrode holders, but small segments of one-sided foil fiberglass used in electronics and radio engineering for the manufacture of printed circuits (or "boards").

Толщина медного покрытия (фольги) стандартна и равна 0,05 мм, площадь электролиза (оставленная площадь фольги, остальная удаляется) равна 1 кв.см. По этим данным и плотности меди заранее единожды и навсегда вычисляется масса покрытия. Она равна 0,00004 кг. При включении кнопки питания по цепи пойдет ток электролиза, что и зафиксирует амперметр. Расстояние между катодом и анодом подобрано так, что при 20-процентном растворе медного купороса полное растворение фольги длится около 2 минут.The thickness of the copper coating (foil) is standard and equal to 0.05 mm, the electrolysis area (the left area of the foil, the rest is removed) is 1 sq.cm. According to these data and the density of copper, the coating mass is calculated once and forever. It is equal to 0.00004 kg. When the power button is turned on, the electrolysis current will flow along the circuit, which will fix the ammeter. The distance between the cathode and anode is selected so that with a 20% solution of copper sulfate, the complete dissolution of the foil lasts about 2 minutes.

Сила тока электролиза при этом уменьшается, поскольку уменьшается площадь растворяемой фольги, и вскоре ток прекращается, так как цепь разрывается при полном растворении. На заранее приготовленной миллиметровке, где по горизонтали откладывается время через каждые 15-20 сек, а по вертикали - сила тока в Амперах, строится график зависимости силы тока от времени. Это делается в процессе наблюдения растворения.The current strength of the electrolysis decreases, since the area of the dissolving foil decreases, and soon the current stops, since the circuit breaks when completely dissolved. On a pre-prepared graph paper, where time is plotted horizontally every 15-20 seconds, and vertical is the amperage, the graph of the current versus time is plotted. This is done in the process of observing the dissolution.

По прекращении тока остается вычислить (приближенно) площадь между графиком силы тока и осью времени, она равна величине заряда, прошедшего через раствор.Upon the termination of the current, it remains to calculate (approximately) the area between the graph of the current strength and the time axis, it is equal to the amount of charge passing through the solution.

По известным массе меди и величине заряда немедленно определяется электрохимический эквивалент меди.The electrochemical equivalent of copper is immediately determined from the known mass of copper and the magnitude of the charge.

Опыт состоится и в том случае, если стеклотекстолит окажется фольгированным не медью, а латунью (что вероятнее). Стандарт на толщину покрытия тот же, плотность примерно такая же, что и у меди. Школьный эксперимент не претендует на высокую точность измерений. Важны порядки величин и общие закономерности. В любом случае точность предлагаемого в модуле ПТ-6 метода не ниже точности традиционного.The experiment will also take place if the fiberglass is foiled not with copper, but with brass (which is more likely). The standard for the thickness of the coating is the same, the density is about the same as that of copper. The school experiment does not claim to be highly accurate. The orders of magnitude and general laws are important. In any case, the accuracy of the method proposed in the PT-6 module is not lower than the accuracy of the traditional one.

Функциональность модуля ПТ-6 обеспечивается введенной в него инновацией и быстротой постановки модуля на электропанель в гнезда = 5,6 В.The functionality of the PT-6 module is ensured by the innovation introduced into it and the speed of putting the module on an electric panel in sockets = 5.6 V.

Демонстрационный модуль ЭМИ-1 (электромагнитная индукция). Явление электромагнитной индукции. Индукционный ток. Токи Фуко.Demonstration module EMI-1 (electromagnetic induction). The phenomenon of electromagnetic induction. Induction current. Toki Foucault.

Как обычно, традиционное выполнение этих демонстраций связано с подготовкой и отладкой на демонстрационном столе системы из катушек, проводов, магнитов, гальванометра, сборно-разборного трансформатора и источника тока.As usual, the traditional implementation of these demonstrations involves preparing and debugging a system of coils, wires, magnets, a galvanometer, a collapsible transformer and a current source on the demonstration table.

Изменив конструктивно эти составные части опыта, удалось собрать демонстрационный модуль, готовый к выполнению демонстраций немедленно после стыковки с электропанелью (гнездо = 5,6 Вольт).By structurally changing these components of the experiment, it was possible to assemble a demonstration module, ready for demonstrations immediately after docking with the power panel (socket = 5.6 Volts).

Для демонстрации явления электромагнитной индукции изготовлены и установлены соосно на корпусе модуля ЭМИ-1 две катушки по 2000 витков провода 0,2 мм в каждой. Одна катушка замкнута на установленный на модуле микроамперметр (гальванометр), а другая - через самовозвратную кнопку соединена со штеккерами = 5,6 В.To demonstrate the phenomenon of electromagnetic induction, two coils of 2000 turns of 0.2 mm wire each were manufactured and installed coaxially on the case of the EMI-1 module. One coil is closed to a microammeter (galvanometer) installed on the module, and the other is connected via plug-in reset button to plugs = 5.6 V.

Вдвигая в индикаторную катушку, замкнутую на гальванометр, магнитный сердечник, наблюдаем отклонение стрелки гальванометра - признак появления индукционного тока. Подавая через возвратную кнопку ток в другую катушку, расположенную соосно с индикаторной и впритык к ней, вновь замечаем отклонение стрелки. Вставляя при этом в соосно расположенные катушки ненамагниченный железный стержень, замечаем существенное увеличение эффекта (отброса стрелки). Следует вывод: при всяком изменении магнитного потока, пересекающего замкнутый контур, в последнем возникает индукционный ток, регистрируемый гальванометром.Sliding a magnetic core into the indicator coil, which is closed to the galvanometer, we observe a deviation of the galvanometer arrow - a sign of the appearance of an induction current. By supplying current through the return button to another coil located coaxially with the indicator and right next to it, we again notice the deviation of the arrow. When inserting an unmagnetized iron rod into coaxially located coils, we notice a significant increase in the effect (arrow rejection). The conclusion follows: for every change in the magnetic flux crossing a closed circuit, the latter induces an induction current detected by a galvanometer.

Токи Фуко, (индукционные вихревые токи) с помощью модуля ЭМИ демонстрируются разными способами, среди которых есть инновационные. Традиционно алюминиевый маятник пускают между двумя съемными наконечниками на магнитопроводе демонстрационного трансформатора. Эта система довольно громоздкая и хлопотная при внешней простоте. Необходимо не только поставить и закрепить наконечники на трансформаторе, но и закрепить ось самого маятника и отрегулировать систему, чтобы маятник не цеплялся за наконечники. В процессе качаний маятник с большой скоростью пересекает магнитное поле наконечников в зазоре и тормозится вследствие взаимодействия магнитных полей индуцированных вихревых токов (токов Фуко) с переменным магнитным полем наконечников (трансформатор включен в сеть переменного тока).Foucault currents, (induction eddy currents) using the EMR module are demonstrated in various ways, among which there are innovative ones. Traditionally, an aluminum pendulum is launched between two removable lugs on the magnetic core of a demonstration transformer. This system is rather cumbersome and troublesome with external simplicity. It is necessary not only to install and fix the tips on the transformer, but also to fix the axis of the pendulum itself and adjust the system so that the pendulum does not cling to the tips. In the process of swinging, the pendulum crosses the tip magnetic field in the gap at high speed and slows down due to the interaction of the magnetic fields of the induced eddy currents (Foucault currents) with an alternating magnetic field of the tips (the transformer is connected to the alternating current network).

В модуле ЭМИ-1, в отличие от традиционного исполнения, сам маятник несет на себе магнит (магнитную "таблетку") навешивается на магнитную доску БАЗЫ с помощью стальной пластинки, качается параллельно алюминиевой плоскости доски и тормозится до полной остановки в пределах двух-трех колебаний.In the EMI-1 module, unlike the traditional version, the pendulum itself carries a magnet (magnetic “tablet”) is hung on the BASE magnetic board using a steel plate, swings parallel to the aluminum plane of the board and brakes to a complete stop within two to three vibrations .

Другие способы демонстрации вихревых токов - медленное падение магнитной таблетки в алюминиевой трубке, медленное скатывание или скольжение магнитной таблетки по алюминиевой плоскости также не требуют электропитания и весьма эффектны.Other methods of demonstrating eddy currents - the slow drop of a magnetic tablet in an aluminum tube, the slow rolling or sliding of a magnetic tablet on an aluminum plane also do not require power and are very effective.

В составе модуля ЭМИ также опыт, не обеспечиваемый учебно-наглядным оборудованием в школах. На пластмассовой трубке намотана катушка (3000 витков провода 0,1 мм), замкнутая на закрепленный здесь же светодиод. При падении магнитной таблетки внутри трубки и пересечении магнитным полем таблетки витков катушки в последней создается ЭДС индукции и светодиод вспыхивает красным свечением.The EMR module also includes experience that is not provided with educational and visual equipment in schools. A coil is wound on a plastic tube (3000 turns of 0.1 mm wire), closed to a LED fixed here. When the magnetic tablet falls inside the tube and the magnetic field of the tablet crosses the coil turns in the latter, the induction emf is created and the LED flashes red.

На примере рассмотренных демонстрационных модулей очевидна высокая функциональность и оперативность Демонстрационной системы УНИВЕРСАЛ благодаря рациональной инновационной конструкции каждого демонстрационного модуля и обеспечению простоты установки его на электропанели или на магнитной доске БАЗОВОГО МОДУЛЯ. В свою очередь, БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ, содержащий все необходимые элементы для работы демонстрационных модулей (генератор, источники питания, усилитель, высоковольтный источник, динамики), связанные в единую действующую схему, является универсальной основой, под которую можно разрабатывать любые новые демонстрационные модули и реконструировать уже существующие.By the example of the considered demonstration modules, the high functionality and efficiency of the UNIVERSAL Demonstration System is evident due to the rational innovative design of each demonstration module and the simplicity of its installation on the electric panel or on the BASE MODULE magnetic board. In turn, the BASIC MODULE, containing all the necessary elements for the demonstration modules (generator, power supplies, amplifier, high-voltage source, speakers), connected into a single working scheme, is a universal basis for which you can develop any new demonstration modules and reconstruct existing ones.

Главные признаки, отличающие демонстрационную систему УНИВЕРСАЛ - полная собранность каждого демонстрационного модуля, его отлаженность и готовность к выполнению демонстраций и лабораторных работ; оснащенность базового модуля необходимыми элементами, обеспечивающими работу демонстрационных модулей; простое, надежное и быстрое штеккерно-гнездовое соединение демонстрационных модулей с базовым, причем существенно, что способ штеккерно-гнездового соединения - это стыковка при установке демонстрационного модуля на панель электропитания. При этом происходит одновременное и безошибочное соединение двух-трех пар штеккеров и гнезд. Мало создать функциональный демонстрационный модуль с одной стороны и некоторый блок (БАЗУ), содержащий все необходимое для работы демонстрационных модулей - с другой стороны. Необходимо быстро, надежно и безошибочно соединять их в работоспособную систему. Это невозможно сделать при проводной системе соединения, где провода со штеккерами - от модулей, а гнезда - на корпусе БАЗЫ. Только беспроводное соединение методом стыковки дает оперативную и безошибочную подготовку опыта.The main features that distinguish the UNIVERSAL demonstration system are the complete compilation of each demonstration module, its debugging and readiness to carry out demonstrations and laboratory work; the basic module is equipped with the necessary elements to ensure the operation of the demonstration modules; simple, reliable and quick plug-socket connection of the demonstration modules with the base, and it is essential that the method of the plug-socket connection is docking when installing the demonstration module on the power panel. In this case, a simultaneous and error-free connection of two or three pairs of plugs and sockets occurs. It is not enough to create a functional demonstration module on the one hand and some unit (BASIS) containing everything necessary for the operation of the demonstration modules on the other hand. It is necessary to quickly, reliably and accurately connect them into a workable system. This can not be done with a wired connection system, where the wires with the plugs are from the modules, and the sockets are on the BASE housing. Only a wireless connection by docking method provides an operational and error-free training experience.

Claims (8)

1. Демонстрационная система для изучения физических явлений, содержащая базовый модуль, включающий панель электропитания, панель управления и магнитную доску, отличающаяся тем, что базовый модуль содержит источники электропитания демонстрационных модулей, генератор звуковых частот, усилитель звуковых частот, динамики, умножитель напряжения, при этом система содержит не менее двух демонстрационных модулей, выполненных с возможностью стыковки с базовым модулем посредством штекерно-гнездового соединения, а именно посредством гнезд на панели электропитания и штекеров на демонстрационных модулях, причем демонстрационные модули выполнены предварительно настроенными в соответствии с текущими задачами и полностью готовыми к выполнению опыта или серии опытов.1. A demonstration system for studying physical phenomena, comprising a base module including a power panel, a control panel and a magnetic board, characterized in that the base module contains power sources for the demonstration modules, an audio frequency generator, an audio frequency amplifier, speakers, a voltage multiplier, the system contains at least two demonstration modules, made with the possibility of docking with the base module by means of a plug-socket connection, namely by means of sockets on power supply plugs and plugs on the demonstration modules, and the demonstration modules are pre-configured in accordance with current tasks and are completely ready to carry out an experiment or a series of experiments. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что базовый модуль смонтирован в корпусе из полистирола в виде кейса размерами 400×270×120 мм с откидывающейся крышкой, в которую встроена магнитная доска.2. The system according to claim 1, characterized in that the base module is mounted in a polystyrene case in the form of a case with dimensions of 400 × 270 × 120 mm with a hinged lid, in which a magnetic board is integrated. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что магнитная доска предназначена для крепления демонстрационных модулей, выполнена из тонкого алюминия и является «магнитоактивной» за счет магнитов, равномерно размещенных с тыльной стороны алюминиевого листа.3. The system according to claim 1, characterized in that the magnetic board is intended for mounting demonstration modules, made of thin aluminum and is “magnetically active” due to magnets evenly placed on the back of the aluminum sheet. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что на панели управления расположены: фиксируемые выключатели сети, усилителя звуковой частоты, генератора звуковой частоты и выключатель умножителя напряжения, также предусмотрены переключатели входа усилителя звуковой частоты на выход генератора и на внешний источник сигнала, а также переключатель выхода генератора на усилитель и на демонстрационные модули; кнопочный переключатель диапазонов генератора, ручки плавной регулировки частоты и уровня сигнала; ручка громкости усилителя звуковой частоты и ручка регулятора напряжения 0-12 В.4. The system according to claim 1, characterized in that the control panel includes: latched switches for the network, audio amplifier, audio generator and voltage multiplier switch, also provides switches for the input of the audio amplifier to the output of the generator and to an external signal source, and also a generator output switch to the amplifier and to the demonstration modules; push-button switch of ranges of the generator, knobs for smooth adjustment of frequency and signal level; audio amplifier volume knob and voltage regulator knob 0-12 V. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что на гнезда панели электропитания выведены напряжения: постоянное стабилизированное регулируемое 0-12 В (0,8 А); постоянное нерегулируемое и нестабилизированное 5,6 В (2 А); переменные напряжения 7 и 15 В сетевое переменное напряжение 220 В для работы счетчика Гейгера и некоторых других демонстрационных модулей.5. The system according to claim 1, characterized in that the voltage is output to the sockets of the power supply panel: constant stabilized adjustable 0-12 V (0.8 A); permanent unregulated and unstabilized 5.6 V (2 A); AC voltages of 7 and 15 V; AC alternating voltage of 220 V for operation of a Geiger counter and some other demonstration modules. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что на панели электропитания выполнены гнезда для вывода постоянного напряжения 5000 В и 10000 В от встроенного в базовый модуль умножителя напряжения, а также не менее двух гнезд для передачи слабых сигналов на вход усилителя звуковой частоты, а также не менее двух гнезд для передачи сигналов от генератора звуковой частоты к некоторым демонстрационным модулям.6. The system according to claim 1, characterized in that the power panel has sockets for outputting a constant voltage of 5000 V and 10000 V from a voltage multiplier built into the base module, as well as at least two sockets for transmitting weak signals to the input of an audio frequency amplifier, as well as at least two sockets for transmitting signals from the audio frequency generator to some demonstration modules. 7. Система по п.4, отличающаяся тем, что выключатели питания устройств обеспечены световыми индикаторами включения.7. The system according to claim 4, characterized in that the power switches of the devices are provided with light indicators of inclusion. 8. Система по пп.1 и 6, отличающаяся тем, что уровень регулируемого постоянного напряжения контролируется с помощью малогабаритного стрелочного вольтметра со шкалой на 12 В.
Figure 00000001
8. The system according to PP.1 and 6, characterized in that the level of adjustable constant voltage is controlled using a small arrow voltmeter with a scale of 12 V.
Figure 00000001
RU2010152980/12U 2010-12-24 2010-12-24 DEMONSTRATION SYSTEM FOR THE STUDY OF PHYSICAL PHENOMENA "UNIVERSAL" RU103957U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010152980/12U RU103957U1 (en) 2010-12-24 2010-12-24 DEMONSTRATION SYSTEM FOR THE STUDY OF PHYSICAL PHENOMENA "UNIVERSAL"

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010152980/12U RU103957U1 (en) 2010-12-24 2010-12-24 DEMONSTRATION SYSTEM FOR THE STUDY OF PHYSICAL PHENOMENA "UNIVERSAL"

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU103957U1 true RU103957U1 (en) 2011-04-27

Family

ID=44731997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010152980/12U RU103957U1 (en) 2010-12-24 2010-12-24 DEMONSTRATION SYSTEM FOR THE STUDY OF PHYSICAL PHENOMENA "UNIVERSAL"

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU103957U1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106530909A (en) * 2017-01-20 2017-03-22 山东科技大学 Beat frequency generating demonstrating instrument
CN107331264A (en) * 2017-09-11 2017-11-07 董逸翔 Bevel gear reflected refraction is polarized Teaching instrument
RU181254U1 (en) * 2017-07-21 2018-07-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" TRAINING AND LABORATORY MODULE
CN108766155A (en) * 2018-08-09 2018-11-06 浙江大学城市学院 The parallel copper rod stress demonstrating of two energization of one kind and quantitative measurment experiment instrument
RU188542U1 (en) * 2018-08-23 2019-04-16 Сергей Михайлович Кастюкевич MODEL OF MAGNETIC SHEET AMPER

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106530909A (en) * 2017-01-20 2017-03-22 山东科技大学 Beat frequency generating demonstrating instrument
RU181254U1 (en) * 2017-07-21 2018-07-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" TRAINING AND LABORATORY MODULE
CN107331264A (en) * 2017-09-11 2017-11-07 董逸翔 Bevel gear reflected refraction is polarized Teaching instrument
CN108766155A (en) * 2018-08-09 2018-11-06 浙江大学城市学院 The parallel copper rod stress demonstrating of two energization of one kind and quantitative measurment experiment instrument
RU188542U1 (en) * 2018-08-23 2019-04-16 Сергей Михайлович Кастюкевич MODEL OF MAGNETIC SHEET AMPER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU103957U1 (en) DEMONSTRATION SYSTEM FOR THE STUDY OF PHYSICAL PHENOMENA "UNIVERSAL"
Prutchi Exploring quantum physics through hands-on projects
Schauer et al. Creative laboratory experiments for basic physics using computer data collection and evaluation exemplified on the Intelligent School Experimental System (ISES)
Westermann et al. Measuring the magnetic field of a low frequency LC-circuit with phyphox
CN101650889A (en) Simple pendulum
CN209070817U (en) Copper rod stress demonstrating and quantitative measurment experiment instrument in magnetic field
CN109166430A (en) A kind of experimental provision of high school physics measurement glass refraction
Sriyanti et al. Light intensity analysis using smartphone’s light sensor
Bonanno et al. An innovative experimental sequence on electromagnetic induction and eddy currents based on video analysis and cheap data acquisition
CN203405993U (en) Lorentz force demonstration device
CN110164265B (en) Vertical longitudinal wave standing wave experiment measurement device and method
Velasco et al. A simple experiment for measuring bar longitudinal and flexural vibration frequencies
CN203773823U (en) Middle school physical effect demonstration platform
CN208460268U (en) A kind of power electromagnetism comprehensive test instrument
CN104217633A (en) Quantitative coulomb law demonstrating scheme
Ndihokubwayo College students improvised ideas during physics laboratory activities
CN206229406U (en) A kind of novel physical teaching experiment desk
CN105185202A (en) Missort simulation device
RU41907U1 (en) LABORATORY EQUIPMENT KIT FOR PHYSICAL PRACTICE
CN103680271B (en) A kind of Emulational direct-current resistance tester
CN204390571U (en) Electricity pilot demonstration device
CN211044697U (en) Teaching instrument with backlight function and digital display function
CN208521509U (en) Faraday's electromagnetic induction law quantitative demonstrator
Lawless et al. Acoustics@ Home: Laboratories and student-led projects conducted for an undergraduate engineering experimentation course during the COVID-19 pandemic
CN113096503B (en) Ammeter demonstrating board

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20111225

NF1K Reinstatement of utility model

Effective date: 20140920

MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20181225