Физика — это не только сложные формулы, но и удивительные явления, которые можно увидеть и даже воссоздать своими руками. Мы подготовили подборку из шести зрелищных и познавательных экспериментов, которые наглядно демонстрируют фундаментальные законы природы. Для их проведения понадобятся простые и доступные материалы, а результат точно удивит и вас, и зрителей.
1. Термоэлектрический генератор на элементе Пельтье
Что потребуется для эксперимента:
- Элемент Пельтье (можно взять из старой системы охлаждения);
- Радиатор от компьютерной платы;
- Микроэлектродвигатель (например, от игрушки);
- Чашка с горячей водой.
Элемент Пельтье широко известен как активный компонент в кулерах для процессоров: при подаче электричества одна его сторона нагревается, а другая — охлаждается. Однако этот прибор обладает и обратным пьезоэлектрическим эффектом: он способен генерировать электрический ток, если создать разность температур между его поверхностями.
Чтобы увидеть этот эффект в действии, разместите элемент Пельтье на холодном радиаторе, а сверху поставьте чашку с кипятком. Возникший перепад температур заставит устройство вырабатывать электричество. Этой энергии будет достаточно, чтобы запустить небольшой микроэлектродвигатель, что наглядно показывает преобразование тепловой энергии в электрическую.
2. Наглядное доказательство того, что воздух имеет вес
Необходимые материалы:
- Рычажные весы (можно использовать самодельные);
- Два воздушных шарика;
- Острая иголка или булавка.
Надуйте оба шарика, но сделайте один заметно больше другого. Подвесьте их на противоположные плечи рычажных весов. Поскольку масса воздуха в шариках разная, весы не будут находиться в равновесии — чаша с более надутым шариком опустится ниже.
Аккуратно проколите иголкой тот шарик, который больше. Воздух начнет выходить, и по мере его улетучивания плечо весов с этим шариком будет подниматься, показывая, что его масса уменьшается. Этот простой опыт убедительно доказывает, что воздух — не невесомая субстанция, а материя, обладающая вполне измеримым весом.
3. Магнитная пушка на основе силы Ампера
Этот эффектный эксперимент основан на действии силы Ампера, которая возникает вокруг проводника с током в магнитном поле. Для сборки пушки подготовьте:
- Пластиковую трубку длиной около 20-30 см;
- Медный эмалированный провод (проволоку в изоляции);
- Две литиевые аккумуляторные батареи формата 18650 в держателе (кассете);
- Неодимовые магниты в форме шайб (5-8 штук).
Заглушите один конец пластиковой трубки. Намотайте на него около 50 витков медной проволоки, создав катушку. Один конец провода подключите к положительной или отрицательной клемме держателя с батареями. В трубку поместите несколько неодимовых магнитов, сложенных стопкой одноименными полюсами друг к другу (чтобы они отталкивались).
Теперь замкните электрическую цепь, подключив свободный конец провода катушки ко второй клемме батарейного блока. В момент замыкания цепи через катушку потечет ток, создастся магнитное поле, которое взаимодействует с полем магнитов внутри. Сила Ампера резко вытолкнет магнитный снаряд из трубки со значительной скоростью, создавая эффект выстрела. Это наглядная демонстрация преобразования электрической энергии в кинетическую.
4. Электромагнитный «попрыгун»
Этот эксперимент — усложненная и более зрелищная версия магнитной пушки, работающая на том же принципе. Помимо материалов из предыдущего опыта, вам понадобятся:
- Электролитический конденсатор большой емкости (например, 3300 мкФ, 63 В);
- Дополнительный провод для подключения;
- Простой самодельный выключатель (замыкатель цепи).
В цепь питания катушки необходимо включить конденсатор. Также потребуется изготовить простейший замыкатель цепи — например, из деревянного шканта и гибкой проволоки, который будет замыкать контакты при нажатии и размыкать при отпускании.
Замыкатель помещается внутрь трубки. Когда вы опускаете в нее стопку неодимовых магнитов, они под собственным весом нажимают на контакт, замыкая цепь. Конденсатор быстро разряжается через катушку, создавая мощный, но кратковременный магнитный импульс, который подбрасывает магниты вверх. Поскольку импульс очень короткий, магниты не вылетают полностью, а лишь подпрыгивают, после чего падают обратно и снова замыкают цепь. Процесс повторяется, создавая завораживающее зрелище непрерывных прыжков, которые будут продолжаться, пока не разрядятся аккумуляторы.
5. Как заставить алюминий «реагировать» на магнит
Известно, что алюминий — парамагнетик и не притягивается к магниту в обычных условиях. Однако можно создать ситуацию, в которой будет наблюдаться их взаимодействие. Для этого опыта нужны:
- Пластина из алюминия (например, крышка от банки или кусок фольги);
- Мощный неодимовый магнит;
- Нитка или тонкая леска;
- Два небольших предмета одинаковой высоты для подставки (подойдут спичечные коробки).
Сначала убедитесь в отсутствии статического притяжения: просто поднесите магнит к алюминиевой пластине — ничего не произойдет. Теперь положите пластину на две подставки, создав под ней воздушный зазор. Подвесьте магнит на нитке так, чтобы он находился прямо над центром пластины, но не касался ее.
Начните раскачивать магнит над поверхностью алюминия. Вы заметите, что пластина тоже начнет слегка колебаться или поворачиваться. Этот удивительный эффект объясняется законами электромагнитной индукции. Движущийся магнит создает в алюминиевой пластине (которая является проводником) вихревые токи (токи Фуко). Эти токи, в свою очередь, порождают собственное магнитное поле, которое уже взаимодействует с полем движущегося магнита, вызывая движение пластины. Таким образом, мы заставляем немагнитный металл «чувствовать» магнит.
6. Простейший электрогенератор на базе спиннера
Компоненты для сборки генератора:
- Спиннер (игрушка-вертушка);
- Катушка индуктивности (можно намотать самостоятельно);
- Выпрямительный диод;
- Микроэлектродвигатель или светодиод;
- Несколько небольших неодимовых магнитов.
Прикрепите неодимовые магниты к лопастям спиннера. Установите спиннер на подставку так, чтобы он мог свободно вращаться. Принцип работы этого генератора идентичен промышленным: вращение магнитов возле неподвижной катушки приводит к изменению магнитного потока через нее, что, согласно закону Фарадея, вызывает возникновение электрического тока.
Если подключить к выводам катушки светодиод (желательно через диод для выпрямления тока), он начнет светиться. Из-за невысокой скорости вращения спиннера свет будет мерцающим. Если же подключить к генератору микроэлектродвигатель, он начнет вращаться.
Эксперимент можно усложнить. Подключите к работающему генератору вторую, отдельную катушку, внутри которой свободно лежит магнит. Под действием переменного тока, поступающего от генератора, в этой катушке также возникнет магнитное поле, которое будет взаимодействовать с магнитом внутри, заставляя его колебаться или даже вращаться. Это наглядно показывает взаимосвязь между электричеством и магнетизмом.
Смотрите видео
