§14. РАБОТЫ ИЗ ПРОВОЛОКИ
1. Назначение работ
Значение работ из проволоки, так же как из бумаги и картона, в подавляющем большинстве случаев недооценивается преподавателем при изготовлении как им самим, так и учащимися самодельных приборов. Работы из проволоки не нуждаются в применении дорогих инструментов и сложных приёмов, однако требуют большой аккуратности и терпения. Многие из работ с проволокой нуждаются в пайке (§ 12); даже в тех случаях, когда можно обойтись вовсе без пайки, её применение обычно упрощает конструкцию и сокращает время изготовления.
Количество самодельных приборов, которые могут быть сделаны целиком из проволоки, сравнительно невелико. При этом большая часть таких приборов является подсобными, как, например, всякого рода подставки, таганы (рис. 216, Е), подвесы (рис. 213, D) и т. п., и только меньшая часть из них служит непосредственно для демонстрации физических явлений, как, например, каркасы для получения мыльных плёнок, прибор для сравнения теплопроводности металлов (см. т. II, §37, 6, и рис. 3) и др.
Важное значение для повышения эффективности преподавания имеют проволочные модели, как, например, модель кубического дециметра, модели кристаллических решёток, каркас для пояснения измерения столбика жидкости давления на дно сосуда (см. т. II, §28, 4, и рис. 166), модель витков или контуров для разъяснения устройства электромотора и динамо-машины (см. т. II, §49, 7, и §50, 7, и рис 40, 389).
Огромное значение имеет изготовление проволочных пружин, нужных для устройства динамометров (см. т. II, §15,7, и рис. 104). Пружины также нужны в некоторых приборах как механизмы, создающие растягивающее или сжимающее усилие. Заслуживает значительного внимания применение пружин взамен круглых ремней для передачи движения с одних вращающихся шкивов на другие, что, например, практикуется при сборке моделей из деталей «Конструктора» (см. т. II, §14, 6, и рис. 92) и в кинопроекционных аппаратах (§22, 11 и 12, и рис. 376). Намотка из медной проволоки цилиндрических спиралей — весьма часто встречающаяся работа при изготовлении электрических приборов, например соленоида для демонстрации магнитного поля (см. т. II, §48, 3, и рис. 361), патронов для лампочек (см. т. II, § 67, 2, и рис. 438), электродов для измерения электрохимического эквивалента (см. т. II, § 68, 2, и рис. 497) и т. п. В виде цилиндрических спиралей также наматываются из никелина или нихрома разного рода «электрические сопротивления», например для реостатов (см. т. II, §43, 5, и рис. 307), для электроплиток (см. т. II, §18, 5, и рис. 130) и для разного рода лабораторных приборов (см. т. II, рис. 496, 498 и 499). Из проволоки же приходится часто изготовлять различные петельки, крючочки, колечки и т. п., которые бывают нужны чуть ли не для каждого прибора.
В заключение следует упомянуть также об изготовлении иа проволоки некоторых головоломок, весьма полезных для развития сообразительности у учащихся в часы их досуга.
2. Материалы
Материалами для работ служит проволока различных сечений. Только в некоторых случаях металл, из которого состоит проволока, безразличен, чаще же требования в механическом или электрическом отношении заставляют прибегать к строго определённым металлам. Так, пружину нельзя сделать иначе, как из стальной проволоки, и спираль для электроплитки — из какого-либо сплава за исключением нихрома или фехраля. Для работ в основном нужна проволока медная, стальная и из специальных сплавов: нихрома и никелина. Алюминиевая проволока требуется иногда при устройстве выпрямителя (см. т. II, § 51, 6, и рис. 413).
I. Медная проволока. Медная проволока для работ особенно хороша тем, что легко режется, скручивается и спаивается, однако она непригодна в тех случаях, когда нужно сравнительно большое сопротивление изгибу, скручиванию или растяжению. Вернее, для самодельных приборов медную проволоку пришлось бы брать много толще, чем латунную, а тем более стальную.
Основным источником для получения медной проволоки могут служить в школе электрические провода. Редко удаётся достать голые провода, чаще в распоряжение учителя попадают изолированные провода, покрытые бумажной изоляцией (ПВО или ПБД) и резиной (ПР) (§15, 2, III, и рис 230). [1] Так как резиновую изоляцию с одножильных проводников ПР удалить нелегко, то наибольший интерес представляют многопроволочные провода (рис. 203 и 204) или, как их иногда неправильно называют, электрические кабели крупного сечения в 35, 50 и более квадратных миллиметров.
Изоляцию, состоящую из бумажной оплётки и слоя резины, для удаления разрезают ножом вдоль провода (рис. 203) и затем сдирают (рис. 204). Проволоки, имеющие обычно толщину около 1 мм, расплетают и распрямляют.
Бумажную изоляцию на проводах ПБО или ПБД, состоящую из одного или двух слоёв ниток, можно срезать очень острым ножом или лучше бритвой (перемещая лезвие их вдоль провода), или, что дольше, размотать (рис. 239, Е). Однако такой способ применим лишь для сравнительно небольших кусочков провода. При удалении изоляции с большого количества провода рекомендуется смочить провод раствором каустической соды (§24, 3, VI) и затем на другой день смыть водой изоляцию, разрушенную едкой щёлочью. Обжигание проводов для удаления изоляции рекомендовать нельзя, особенно покрытых резиной, так как поверхность их сильно загрязняется, а медь теряет упругость, становясь мягкой.
II. Железная проволока. Обычное железо всегда содержит в себе то или иное количество углерода и поэтому, строго говоря, является сталью. Поэтому железная проволока, обычно попадающая в школу из случайных источников, обладает различной степенью упругости. Чем мягче железная проволока, тем легче она тянется или расплющивается, режется и сгибается. Для придания проволоке мягкости, её следует подвергнуть отжигу, руководствуясь указаниями, данными в §11, 4. Железная проволока спаивается сравнительно просто, но требует перед пайкой иногда утомительного удаления со своей поверхности окислов (§ 11, 14). Очень часто железная проволока оказывается покрытой ржавчиной, настолько интенсивной, что после удаления ржавчины на поверхности обнаруживаются раковины (углубления), что сильно усложняет очистку, нужную для её залуживания.
Наиболее нужным для поделок является телеграфный железный провод, тем более оцинкованный. Кроме того, для изготовления сердечников у трансформаторов (§15, 17, VI, и рис. 262), якорей электромоторов и некоторых мелких поделок весьма полезна железная отожжённая проволока (d=1—2 мм), продаваемая в магазинах стройматериалов под названием «печной»[2]. В магазинах «Электросбыта» можно приобрести тонкую оцинкованную проволоку, служащую обычно для привязи проводок к роликам. Такая проволока оказывается весьма подходящей для некоторых мелких деталей.
III. Стальная проволока. Стальную проволоку, нужную для изготовления пружин, приобрести в магазинах труднее, чем проволоку из других металлов, её. Обычно приходится доставать, обращаясь в шефствующую над школой производственную организацию, в МТС и т. п. Проволока, предназначаемая для пружин, имеет торговую марку ПК; её иногда называют также рояльной.
В музыкальных магазинах продаются струны различной толщины для балалайки, рояля и т. п., которые могут быть использованы для намотки высококачественных пружин. В некоторых случаях для самодельных приборов можно использовать пружины, продаваемые как запасные части (подраздел VII).
IV. Алюминиевая проволока. Единственным источником алюминиевой проволоки в школе могут служить электрические провода. Поскольку же такая проволока, во-первых, отличается мягкостью, самой незначительной упругостью и, во-вторых, обычным припоем не спаивается, постольку её избегают применять при изготовлении самодельных приборов, Для содовых проволочных выпрямителей (см. т. II, §51, 6, и рис. 413) алюминиевой проволоки требуется самое незначительное количество, причём за отсутствием её легко можно заменить узкой полоской, отрезанной от листа алюминия.
V. Латунная проволока. Латунная проволока более упруга, чем медная, а тем более алюминиевая, обрабатывается и спаивается легко, почему является наилучшей для выполнения работ из проволоки. Однако достать её трудно, в особенности малых сечений, поэтому в школе приходится для работ пользоваться медной и железной проволокой.
VI. Никелин и нихром. О составах специальных сплавов (никелин, нихром и др.) со значительным удельным сопротивлением и о их электрических свойствах см. §15, 2, V. Здесь же упомянем, что нихром обладает сравнительно значительной упругостью, почему части спиральки для электроплитки могут быть использованы в самодельных приборах как пружины, уступающие, однако, в своих качествах стальным. Части отработавшей и перегоревшей в плитке спирали обычно оказываются хрупкими, почему они для механической нагрузки непригодны.
VII. Проволочные пружины. Изготовление в школе цилиндрических пружин (раздел 9) вполне возможно. Однако в некоторых случаях рациональнее приобретать готовые подходящие пружины от швейной машины, киноаппаратов (рис. 205, С). Полезными также оказываются пружины от матрацев или мебели, работающие на сжатие (рис. 205, А), и дверные пружины, работающие на растяжение (рис. 205, В).
Значительный интерес представляют собой пружины, применяемые взамен приводных ремней в школьных киноаппаратах (рис. 205, D), а также входящие в состав набора «Конструктор» (см. т. II, §14, 6, и рис. 93) (рис. 205, В). Части такого приводного ремня можно использовать, помимо прямого назначения, ещё как пружины в самодельных конструкциях.
