Лаборатория юного физика

Проще всего сделать самодельный гальванический элемент, восстановив вышедший из строя элемент Лекланше. Для этого необходимо разобрать батарею на отдельные элементы, а отдельные элементы вскрыть. Работа эта грязная, поэтому делайте ее обязательно в фартуке или другой рабочей одежде, а на рабочем месте подстелите старые газеты в несколько слоев.
Разбирать надо аккуратно, чтобы не сломать торчащий из середины элемента уголь и не прорвать матерчатый мешочек. Черную массу, которой залита батарея сверху, лучше не отковыривать, а осторожно выплавить на спиртовке, свечке или газовой горелке.
Элемент Лекланше (рис. 30) состоит из угольного стержня, окруженного мешочком с деполяризатором, цинкового цилиндра и раствора электролита.
Рис. 30. Гальванические элементы.
Угольный стержень служит положительным электродом. Деполяризатор состоит из перекиси марганца и графита. Перекись марганца окисляет водород, который во время работы элемента выделяется на положительном электроде. Графит добавляется для лучшей проводимости.
Электролитом служит насыщенный раствор нашатыря (хлористого аммония). В элементы для карманных фонарей он заливается не жидкий, а в смеси с крахмалом и мукой. Поэтому он становится похож на студень и не выливается.
При работе элемента Лекланше угольный стержень не портится. Деполяризатор может служить очень долго.
А вот цинк разъедается, и раствор истощается и засоряется посторонними веществами. Поэтому для восстановления элемента необходимо сменить раствор и восстановить цинковый электрод.
Выньте из элемента угольный стержень вместе с деполяризатором в мешочке и оставьте их на ночь в воде, подкисленной несколькими каплями соляной кислоты. На другой день еще раз хорошенько промойте мешочек с деполяризатором подкисленной водой.
Если цинковый электрод сильно разъеден, придется его выбросить и заменить новым. Новый электрод сверните из листового цинка толщиной 0,5–2 мм. Чем толще цинк, тем дольше он прослужит. Припаяйте к электроду отвод, который должен выступать над поверхностью электролита. К нему припаяете впоследствии контактный провод. Если конец провода будет погружен в электролит, в этом месте образуется свой маленький гальванический элемент. Он будет мешать работе основного элемента.
Если цинковый электрод проеден только в одном месте (это иногда бывает в больших элементах), его можно еще использовать. Промойте электрод в горячей воде со щеткой, чтобы удалить окислы, и напаяйте цинковую заплату.
Электролит приготовьте, растворив нашатырь в теплой воде. Растворять надо до насыщения, то есть до тех пор, пока на дне сосуда не останутся нерастворившиеся кристаллы нашатыря.
Соберите элемент в стеклянном сосуде. Мешочек с деполяризатором ни в коем случае не должен касаться цинка. Поэтому обвяжите его в нескольких местах бечевкой с изоляционными бусами, как показано на рисунке 30.
После того как зальете элемент электролитом, он начнет давать ток только через несколько часов.
Элемент Лекланше можете сделать и сами, если есть все необходимые материалы. Его устройство показано на рисунке 30. Сосуд— стеклянная банка из-под майонеза или полулитровая банка. Положительный электрод — угольный стержень диаметром 15–20 мм и длиной на 18–20 мм больше высоты сосуда. Как сделать цинковый электрод, сказано выше.
Деполяризатор приготовьте из двух весовых частей перекиси марганца и одной весовой части графита. И то и другое должно быть в мелком порошке. Если графита у вас нет, можете мелко истолочь уголь от старых элементов или огарки углей от дугового фонаря, от кинопроектора и т. п.
Мешочек для деполяризатора сшейте из бязи или холста. Он должен быть круглый, с дном диаметром 40–50 мм. Для баночки из-под майонеза уголь возьмите потоньше (до 10 мм), а мешочек диаметром 25–30 мм.
Вставьте мешочек в согнутую из жести формочку; установите в середину угольный стержень и туго набейте деполяризатором. Смесь насыпайте слоями. Каждый слой плотно утрамбовывайте деревянной палочкой и слегка смачивайте водой. Набив мешочек на 3/4 высоты, выньте его из формы и стяните вокруг угля толстой суровой ниткой.
Обвяжите мешочек по окружности в нескольких местах суровой ниткой или тонкой бечевкой. Стяните туго, чтобы плотнее прижать массу к угольному стержню. А на бечевку предварительно нанижите бусы или кусочки стеклянных трубок. Это для того, чтобы мешочек не касался цинка.
На верхнем конце угольного стержня ребром напильника сделайте желобок и туго обмотайте концом медной проволоки. Как приготовить электролит, сказано выше.
Этот элемент работает 20–30 часов. Затем раствор надо сменить, а цинковый электрод промыть в горячей воде щеткой, чтобы удалить с него окислы. Элемент Лекланше дает напряжение около 1,5 в. Для получения более высоких напряжений соединяют несколько элементов в батарею. Так, в батарейке карманного фонаря три последовательно соединенных элемента Лекланше дают напряжение 4,35 в.
Самодельную батарею из трех элементов Лекланше можно использовать для переносного фонаря. Сделайте для батареи ящик. К верхней крышке ящика приделайте ручку. Под ручкой установите маленький выключатель, так называемый тумблер. На передней стенке ящика укрепите жестяной рефлектор с патроном для лампочки от карманного фонаря.
Переносный фонарь пригодится вам в пионерском лагере.
  
Постоянный магнит
 
В технике магниты делают из специальных сплавов, в состав которых входят, кроме железа, магний, кобальт, никель, алюминий, вольфрам или другие металлы. Но мы с вами сделаем магнит из старого напильника. Такой магнит вполне достаточен для опытов по физике.
Насечку с напильника снимите на наждачном точиле. Это необязательно, но магнит с насечкой будет выглядеть некрасиво. Затем накалите напильник докрасна и ударами тяжелого молотка изогните его в подкову (рис. 31).
Рис. 31. Изготовление магнита из напильника.
Дайте подкове медленно остыть на воздухе. Опилите напильником ее концы, чтобы подкова хорошо стояла на столе. Если у вас нет наждачного точила и вы не сняли насечку, можете спилить ее теперь напильником.
Прежде чем намагничивать подкову, придется ее снова закалить. Нагрейте ее в печи по возможности ровнее, пока вся она не станет светло-красного цвета. Раскаленную подкову быстро опустите в чистую холодную воду концами вниз. Закаленную подкову очистите от окалины.
Оберните подкову по всей длине бумажной или изоляционной лентой и обмотайте изолированной проволокой. Вся обмотка должна идти в одном направлении. Для намагничивания от сети переменного тока намотайте 250 витков провода диаметром 0,7–0,8 мм (рис. 32).
Рис. 32. Схема намагничивания самодельного магнита.
Если электросети нет, намагничивать придется от автомобильного или тракторного аккумулятора. В этом случае намотайте всего 45–50 витков толстого провода в оплетке или шнура, которые употребляются для электропроводки.
Концы подковы замкните между собой перемычкой — каким-нибудь стальным предметом, чтобы улучшить намагничивание. Чтобы перемычка не отвалилась, привяжите ее шпагатом.
Намагничивать от электросети можно только через добавочный предохранитель, иначе сожжете пробки. Таким предохранителем может служить проволочка диаметром 0,13—0,15 и длиной 50 мм. Проволочка большего диаметра может привести к аварии в сети. Не берите жилку от обычного электрошнура, ее диаметр 0,3 мм. Нет подходящей проволочки — вырежьте ленточку шириной 3 и длиной 50 мм из станиолевой бумажки, в которую завертывают чай и шоколад.