Юный техник, 2015 № 12

Если вы соедините заклепками две полосы из металлов с разным коэффициентом теплового расширения — например, стали и алюминия или стали и меди, у вас получится биметаллическая пластина.

При нагревании или охлаждении она будет изгибаться. Это дает возможность изготовить несколько самоделок, которые не только проиллюстрируют закон физики, но и могут послужить забавными игрушками для ваших младших братьев и сестер.

Биметаллический термометр

В XVIII веке английский часовщик Джон Харрисон ломал себе голову, стараясь сконструировать для моряков особо точный хронометр. Он-то и додумался впервые использовать биметаллические пластины, с помощью которых компенсировал влияние изменения температуры окружающего воздуха на точность хода часов.

В простейшем виде, как сказано выше, биметаллическая пластина представляет \ собой две полоски различных металлов, скрепленные друг с другом. При изменении температуры такая пластинка изгибается, поскольку металлические полоски имеют разный коэффициент теплового расширения.

В наши дни биметаллические пластины широко применяют в различных бытовых и промышленных устройствах, например, в термометрах и термовыключателях, которые регулируют работу электрических утюгов и чайников, а также в детских игрушках. Но перейдем к самоделкам. Только должны предупредить: несмотря на кажущуюся простоту — вырезал и склепал вместе пластинки — мастера говорят, что самодельные пластины работают плохо. Поэтому надежнее отыскать и использовать готовый биметаллический элемент. Его можно позаимствовать у вышедшего из строя электрического чайника с автоматикой отключения при закипании, утюга с терморегулятором или купить в магазине электротоваров.

Биметаллический термометр.

Самое простое устройство, которое вы можете сделать, — это биметаллический градусник. Пластинка, склепанная из тонких полосок листовой стали и алюминия, укрепляется (например, привинчивается с помощью болтов и гаек) одним концом на металлическую основу. На другой конец биметаллической пластинки приклеивается стрелка из пластика или картона. При нагревании или охлаждении металлического основания биметаллическая пластинка изгибается в ту или другую сторону, а стрелка перемещается но шкале. Заметное отклонение стрелки от первоначального положения можно наблюдать при нагревании или охлаждении пластин примерно на 10 °C.

Показания удобно отслеживать по градуированной шкале, которую вы тоже прикрепляете к основанию.

Предварительную градировку производят с помощью обычного спиртового термометра, а как могут выглядеть такие устройства, показано на иллюстрациях.

Установка, наглядно показывающая, как биметаллическая пластина изгибается при нагревании.

Устройство биметаллических качелей.

Биметаллические качели

В этой игрушке был использован элемент из биметаллического термометра, который отличается от описанного выше тем, что полоска в данном случае свернута в спираль. Если вы найдете такую «улитку», то можете сделать для младшего брата или сестры игрушечные качели, которые начинают качаться как бы сами собой, стоит только поднести к ним чашку с горячей водой или зажженную свечу.

Общий вид устройства представлен на фотографии. Чтобы такая система была как можно чувствительней к теплу, для ее регулировки используется противовес из латунного винта с одной или с двумя гайками. По мере необходимости вы можете перемещать гайки вверх или вниз по резьбе, добиваясь плавного и регулярного хода качелей.

Сами качели сделаны из проволоки. В данном конкретном случае использована заготовка в виде металлической вешалки для одежды. К ней и припаиваются все остальные элементы.

На снимках приведены два варианта конструкции таких качелей с закрученной улиткой биметаллической пластинкой. В принципе, существует еще и третий вариант, пожалуй, самый простой, — с биметаллической проволокой. Купить ее трудно, но можно попробовать заменить ее плоской биметаллической пластиной, изначально согнутой дугой.

Как только биметаллический элемент нагреется, он изменит свою геометрию. Возникнет механическое усилие, и качели перейдут из одного состояния в другое. Если вы уберете чашку с горячей водой или погасите свечу, пластинка постепенно остынет и восстановит форму, а качели вернутся в первоначальное положение. Тщательной регулировкой противовеса можно добиться того, что качели будут качаться более-менее регулярно даже без вашей помощи.