LABORATORIUM
W SZUFLADZIE

ZASŁAW ADAMASZEK

ELEKTROTECHNIKA
ELEKTRONIKA, MIERNICTWO

Projekt okładki i stron tytułowych Bartosz Dobrowolski

Ilustracja na okładce Shutterstock

Wydawca Katarzyna Włodarczyk-Gil

Redaktor prowadzący Irena Puchalska

Redaktor Ewa Charitonow

Koordynator produkcji Mariola Grzywacka

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

ISBN 978-83-01-18828-3

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2015 r., (wyd. I)

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl

www.pwn.pl

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: Karol Ossowski/Mobisfera

Źródła grafik na okładce: Shutterstock/Vertyr, Bloomua, Crystal Eye Studio

Źródła ilustracji: Zasław Adamaszek oraz Shutterstock/PhotostockAR, TAGSTOCK1, Johan Swanepoel

zn1 Kolorem zielonym (*) oznaczone są projekty wymagające podstawowych umiejętności warsztatowych, takich jak: cięcie, wiercenie, lutowanie. Potrzebna jest też ogólna praktyka techniczna i pewien zasób wiedzy o układach elektrycznych.

zn2 Kolorem żółtym (**) oznaczone są projekty wymagające pogłębionej wiedzy praktycznej z elektroniki. Dotyczy to zwłaszcza umiejętności czytania schematów ideowych. Potrzebna jest też wprawa w precyzyjnym lutowaniu.

zn3 Kolorem czerwonym (***) oznaczone są projekty układów pracujących przy napięciach wyższych niż 24 V lub zasilanych z domowej sieci energetycznej. Ich realizacja wymaga solidnej wiedzy praktycznej w zakresie elektroniki i mechaniki.

ZANIM POWSTANIE PIERWSZY PRZYRZĄD *

Jeżeli okładka zachęciła Cię, by sięgnąć po tę książkę, to już o Tobie coś wiem. Pewnie w szufladzie biurka masz lupę, na wycieczki zabierasz scyzoryk i aparat fotograficzny, a Twoje palce czasem zdobią plastry... Ile za Tobą, udanych i nieudanych, samodzielnych konstrukcji? Na pewno doświadczasz nieraz uczucia satysfakcji, która płynie z aktywnej eksploracji otoczenia. Czy to własnoręcznie oprawiony obrazek, czy generator akustyczny albo urzekające zdjęcia tęczowej muchy – łączy je jedna ważna cecha: są Twoim dziełem. Nie tak ważne jest, czy kopiujesz czyjś projekt, czy realizujesz własny unikalny koncept. Istotne, że Ci się chce! Bezinteresownie, z czystej ciekawości, z chęci podjęcia próby przetworzenia samodzielnie jeszcze jednego fragmentu Twojego świata. No i z potrzeby zmierzenia się z wyzwaniem, jakim jest każdy projekt.

Książka zawiera blisko trzydzieści opisów różnych przydatnych przyrządów i urządzeń. Jeżeli pasjonuje Cię fizyka, elektronika, lubisz samodzielnie budować układy doświadczalne – na pewno znajdziesz w niej dla siebie coś pożytecznego. Być może potrzebny przyrząd, a może inspirację? Wszystkie opisane układy zostały wcześniej wykonane i sprawdzone. Na pewno działają. Ale, jak szybko zauważysz, projekty nie grzeszą nadmierną szczegółowością. To celowy zabieg – działalność konstruktorska ma w sobie niemal zawsze pewną dozę przygody i samodzielności. Satysfakcja z pracy jest naprawdę duża dopiero wtedy, gdy osiąga się zamierzony cel. Ale nie dzięki precyzyjnemu powtórzeniu opisu, a wniesieniu własnego, twórczego wkładu.

Życzę Ci dobrej i bezpiecznej zabawy!

Autor

EKSPERYMENTALNE OGNIWO SŁONECZNE *

W wielu sklepach budowlanych, ogrodniczych czy tych z akcesoriami elektrycznymi można nabyć nieduże, doładowywane energią słoneczną lampki ogrodowe. Źródłem światła jest w nich dioda LED, zasilana z miniakumulatora. Są to urządzenia całkowicie bezobsługowe.

Powyżej widać górną pokrywę jednej z takich lampek. Granatowy kwadrat pośrodku to właśnie ogniwo, zamieniające padające światło słoneczne na prąd elektryczny. W ciągu dnia ładuje ono mały akumulator, jednocześnie pełniąc funkcję detektora zmierzchu; włącza się wówczas dioda LED, zazwyczaj biała, umieszczona pod pokrywą i osłonięta kloszem rozpraszającym. Tego typu lampka świeci wprawdzie słabo, ale już kilka sztuk może z powodzeniem nieco oświetlić np. ogrodową ścieżkę.

Można spierać się, czy to dostatecznie skuteczny sposób, ale jedno nie ulega wątpliwości: lampki solarne to bardzo tanie źródło światła. Wystarczy dosłownie kilka złotych, by nabyć je na sztuki lub w kompletach. Niestety, nie są zbyt trwałe. Choć samo wbudowane ogniwo – jako wystawione na bezpośrednie wpływy atmosferyczne – ma bardzo solidną konstrukcję. Często stanowi monolityczny płaski bloczek z wyprowadzeniami, zalany przezroczystym tworzywem lub przyklejony do szklanej płytki i tworzący wraz z nią hermetyczną całość.

Poniżej widoczny jest jego spód z doprowadzeniami wykonanymi w postaci ścieżek miedzianych. Zaznaczono ich biegunowość oraz typ ogniwa.

Poniżej, na wierzchu płytki można dostrzec granatowe paski podłoża krzemowego, czyli właściwy element fotowoltaiczny, oraz jasne aluminiowe ścieżki, odprowadzające wytworzony pod wpływem światła ładunek.

Całość umieszczono na twardej płytce i zalano od góry przeźroczystą żywicą ochronną.

Chcąc pozyskać ogniwo, należy rozmontować lampkę i ostrożnie wyłuskać je z obudowy. Zwykle bywa wklejone lub po prostu wciśnięte, niekiedy uszczelnione wąskim paskiem gumy silikonowej. To podstawowy element potrzebny do zbudowania eksperymentalnego ogniwa słonecznego.

Do konstrukcji nie będą nam potrzebne pozostałe elementy lampki, ale warto wiedzieć, że składa się ona z:

A. akumulatora, bardzo często w formacie ogniwa R6, o napięciu 1,2 V i pojemności ok. 500 mAh,

B. białej diody świecącej (LED), zwykle o dużym kącie świecenia i jasności rzędu 300–500 mcd,

C. prostej przetwornicy podwyższającej napięcie, niezbędnej przy zasilaniu LED napięciem 1,2 V.

Z ww. elementów można skorzystać przy budowie innych urządzeń. Dobra rada: warto wyposażyć warsztat lub pracownię pojemniki na śrubki, nakrętki, skrzynkę na elementy plastikowe itp. W osobnym pudełku można trzymać zdemontowane elementy i podzespoły elektroniczne. Zgromadzone „zapasy” (byle w rozsądnej ilości!), pozyskiwane „przy okazji”, potrafią bardzo ułatwić pracę i obniżyć koszty.

Nasze ogniwo należy obudować. Rozwiązaniem najprostszym, niejako „na skróty”, jest wykorzystanie osłony lampki, wymaga ono jednak odcięcia zbędnych elementów konstrukcyjnych i ewentualnie dopasowania wieczka, uchwytu itp., co nie jest zbyt eleganckie. Znacznie lepiej prezentuje się gotowa konstrukcja w obudowie przygotowanej specjalnie w tym celu. Warto poświęcić jej nieco czasu i pracy.

Można do tego wykorzystać jakieś plastikowe opakowanie lub od podstaw skleić ją samodzielnie, lecz bardzo wygodną praktyką jest skorzystanie z obudów uniwersalnych, dostępnych w sklepach dla radioamatorów. Wytwarzane są w bardzo szerokim asortymencie rozmiarów i kształtów; ich cena wynosi 3–8 zł. To niewiele, a konstrukcja znacząco zyska na trwałości i estetyce.

Użytą w modelowej konstrukcji obudowę zaprezentowano tutaj.

Otwór powinien być nieco mniejszy od ogniwa, tak aby opierało się ono na krawędziach obudowy. Składa się ona z dwóch identycznych połówek – jedna z jest płytą czołową, druga tylną (mocującą).

Po rozdzieleniu pudełeczka, zaznaczeniu położenia gniazd, gwintu mocującego oraz ogniwa fotowoltaicznego wycinamy i wiercimy potrzebne otwory. Polistyren obrabia się bardzo łatwo wiertłami do metalu oraz ostrym nożykiem do cięcia tapet; wycięcie nawet tak dużego otworu, jak ten na ogniwo, wbrew pozorom nie jest trudne. Wystarczy po wytrasowanych liniach konturowych przeciągnąć kilkukrotnie nożykiem, pogłębiając stopniowo rysę. Miękkie tworzywo łatwo ustępuje. Drobne nierówności można wygładzić płaskim pilnikiem do metalu.

Ogniwo zamocowano na stałe klejem cyjanoakrylowym. Gniazda są typu laboratoryjnego, bananowe z zaciskiem. Jako gwint mocujący została wykorzystana płytka z miniaturowego statywu fotograficznego. Nakrętkę mocującą (od statywu) z gwintem przyklejono do obudowy klejem cyjanoakrylowym.

Montaż kończy dolutowanie przewodów łączących ogniwo i gniazda. Należy zwrócić uwagę na oznaczenia biegunowości i (+) przyłączyć do gniazda czerwonego, a (–) do czarnego. Jeżeli tych oznaczeń brak, biegunowość ustalamy za pomocą woltomierza, oświetlając powierzchnię ogniwa lampą stołową lub latarką.

Ponieważ wewnątrz obudowy znajdują się wyłącznie dwa proste połączenia elektryczne, obie jej połowy można skleić; jeśli przykręcimy gniazda – mocno dociągając nakrętki i kontramutry – wystarczająco solidnie, nie będzie potrzeby otwierania jej kiedykolwiek w przyszłości. Takie połączenie jest bardzo odporne na obluzowanie, zatem warto je stosować tam, gdzie złącza narażone są na wibracje lub zmienne obciążenia skrętne. Dlatego np. każde porządne laboratoryjne gniazdo bananowe ma w komplecie dwie nakrętki.

Wprawdzie doklejona od spodu nakrętka statywowa i wyprowadzenie gniazd uniemożliwiają ułożenie konstrukcji płasko na stole, ale gotowe ogniwo można przecież przykręcić do ministatywu. Dzięki temu możemy skierować jego powierzchnię aktywną w dowolną stronę. Szeroko rozstawiony trójnóg zapewnia ogniwu zarówno stabilność, jak i możliwość eksperymentowania z kątem nachylenia padających promieni słonecznych.

Do eksperymentalnego ogniwa można podłączyć niewielki odbiornik prądu: diodę LED, mały silniczek lub niskonapięciową żaróweczkę. To również doskonały przyrząd do prowadzenia doświadczeń. Na przykład po podłączeniu doń woltomierza zamienia się w miernik natężenia oświetlenia, a skalibrowany w oparciu o wskazania wzorcowego luksomierza może służyć jako pełnowartościowe narzędzie pomiarowe. Przyłączony do wejścia wzmacniacza akustycznego pozwala „podsłuchać światło”.

Zastanów się, jaki „efekt akustyczny” daje światło żarówki, a jaki świetlówki lub lampy energooszczędnej?