100: Unda electromagnetică

Cu ajutorul unui circuit oscilant LC, câmpul electric al sarcinilor înmagazinate într-un condensator de capacitate C generează un curent electric care traversează bobina de inductanţă L şi se transformă în câmp magnetic. La rândul său, bobina L generează prin autoinducţie un curent de sens opus, care va reîncărca C, dar cu sarcini de semne contrare. Condensatorul se descarcă din nou prin L, care generează un câmp magnetic cu polii inversaţi faţă de momentul precedent, respectiv un curent de autoinducţie care reîncarcă C cu sarcini electrice şi astfel se încheie un ciclu. Procesul de transformare a energiei câmpului electric în energia câmpului magnetic şi viceversa poate fi asemănată cu felul cum energia cinetică a unui pendul se transformă în energie potenţială şi viceversa, va să zică în ambele cazuri se generează o oscilaţie: una electromagnetică, în primul caz; o oscilaţie mecanică, în al doilea caz.

Daţi clic pe următorul link:
http://www.amanogawa.com/archive/PlaneWave/PlaneWave-2.html
şi veţi vedea un excelent progrămel Java, creat pentru a vizualiza felul cum unda electromagnetică se propagă printr-un mediu.

Ora oilor

Azi-noapte s-a trecut la ora de vară. Unii o binecuvântează, pentru că ea permite obţinerea unei economii de energie; alţii susţin că este o metodă diabolică de a stresa populaţia în fiecare toamnă şi primăvară. Ori de câte ori îi vine rândul, mie întotdeauna îmi aduce aminte de ciobanul din stâna descrisă de scriitorul Lucian Ionică în romanul „Ţarcu” (Editura Facla, Timişoara, 1989):

Radioul se deschide pe la şase treizeci. E al lui Zaharia şi numai el umblă la aparat.
„A fost ora şapte”, spune crainica.
„Ora voastră”, zice imediat păcurarul, „că a oilor e numai şase.” În fiecare dimineaţă o va corecta astfel.

Ora oilor, adică ora naturii, cea conformă ritmului circadian multimilenar.

Altminteri, schimbările surprinzătoare de oră constituie o sursă de inspiraţie pentru scriitori. Phileas Fogg, eroul lui Jules Verne din „Ocolul Pământului în 80 de zile” (Le Tour Du Monde En Quatre Vingts Jours), câştigă o zi deoarece înconjoară planeta de la apus către răsărit. În „Riga Cryptocomunistă şi lapona Şmenel” de Constantin Cozmiuc, unde sunt descrise aventurile unui „valutist” care a pus mâna pe o maşină a timpului şi a făcut avere cumpărând atunci când devizele erau la pământ şi vânzându-le când era cea mai mare cerere, poanta finală se bazează tocmai pe trecerea la ora de vară.

Primul avion de hârtie lansat din spaţiu

Yahoo News! tocmai a lansat ştirea că oamenii de ştiinţă din Japonia se pregătesc să lanseze din spaţiul cosmic primul avion de hârtie: „Scientists aim for origami space flight”. JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) speră că minusculul aparat va reintra în atmosferă fără probleme şi va ateriza cu succes. Prototipul a fost testat într-un tunel aerodinamic de lângă Tokio. El a rezistat cu succes la viteze de 7 Mach şi la o temperatură de până la 446 grade Fahrenheit. Singurele probleme rămân urmărirea zborului şi determinarea precisă a locului unde avionul de hârtie va atinge pământul.

Cum se prinde o particulă

Pe coperta numărului din martie 2008 al revistei „National Geographic România” scrie mare: „Latru, deci exist (Cum gândesc animalele)”, dar nu vă lăsaţi derutaţi, publicaţia cuprinde un excelent grupaj dedicat fizicii particulelor: „Particula lui Dumnezeu” de Joel Achenbach (traducere) şi „Cum se prinde o particulă” de Domnica Macri.

Primul articol prezintă sistemul Large Hadron Collider (LHC), „noul superdezintegrator atomic al Europei”. O parte dintre detectorii utilizaţi aici la Experimentul ALICE sunt asamblaţi în România, pe Platforma Măgurele, aflăm din celălalt articol, lucru surprinzător, deoarece ţara noastră este singurul membru al UE care nu face parte din CERN.

Nicolae Victor Zamfir, directorul Institutului de Fizică şi Inginerie Nucleară Horia Hulubei (IFIN-HH), speră ca participarea la LHC să fie şi un pas către intrarea în CERN, lucru meritat cu prisosinţă, pentru că suntem a patra ţară din lume ca număr de cercetători în fizică atomică - aproape 400.

A venit circul

Ieri după-masă, Circul Richter a avut primul spectacol. A fost o vreme destul de păcătoasă, a nins, ba chiar a viscolit, Piscuiul Ronei (Muntele lui Rákóczi) şi celelalte înălţimi sunt toate acoperite de zăpadă. Cei care vor merge la spectacolul de azi vor avea ocazia să întâlnească multe dintre lucrurile studiate în acest an la fizică, de la pendulările trapeziştilor la cutiile magice cu oglinzi despre care vom vorbi la optică. Le mulţumim tuturor artiştilor de la circ pentru că aduc, an după an, un pic de culoare în copilăria copiilor şi elevilor noştri.

Concurs de eseuri ştiinţifice

Situl Stiinta.info şi revista TerraMagazin au lansat un concurs de eseuri adresat elevilor şi studenţilor înscrişi în instituţii de învăţământ din România şi Republica Moldova.

Concurenţii vor redacta un eseu având ca temă la alegere una dintre provocările ştiinţifice majore ale secolului nostru şi îl vor trimite până pe 15 mai 2008 la adresa de e-mail concurs@stiinta.info. Mai multe informaţii la http://stiinta.info/concurs.

Premiile vor fi oferite în dublu, o dată la categoria elevi şi separat la categoria studenţi.
Premiul I constă într-un iPod nano de 2 GB oferit de Media Galaxy, magazinul cu cea mai variată gama de produse.
Premiul II constă într-un iPod shuffle de 1 GB oferit de OneStop, magazinul tău online.
Premiul III şi menţiuni: Revista TerraMagazin, partenerii la acest concurs oferă premii în abonamente, cărţi, materiale promoţionale. Domnul Ioan Grosu oferă câte un ROTOP, titirez românesc controlabil, invenţie a dumnealui. Romsir (www.energie-verde.ro) oferă un rucsac solar şi cărţi de popularizare a ştiinţei.

Rezultate excelente la olimpiada de tehnologii

Am auzit azi că elevul Ioan Nemeti din clasa a XI-a B, pregătit de domnul profesor Virgil Borz, s-a calificat pe locul I la faza judeţeană a olimpiadei de tehnologii. Îi felicităm pe amândoi pentru performanţa obţinută. Văd că oficial s-au comunicat doar programele de concurs pentru faza naţională, deci vom reveni în momentul când vom avea informaţii mai detaliate.

Încă o traducere cu bâlbe

Editura Aquila din Oradea, despre care am pomenit într-o însemnare anterioară (Bibliografie distructivă), îşi continuă seria de cărţi frumos ilustrate şi pline de greşeli de traducere cu un „Dicţionar ilustrat de fizică”. Astfel, întâlnim:
- un „corp despicat în bucăţele pentru calcularea mişcării de rotaţie”, pe româneşte: un „corp secţionat în părticele pentru determinarea mişcării de rotaţie” (pag. 11)
- „ciclu” în loc de „rotaţie” (pag. 16)
- pârghia devine „un corp rigid care este pivotat” (pag. 21)
- temperatura este măsurată prin „schimbarea rezistenţei provocată într-o bobină” :)) (pag.27)
...
- găsim un „tranzistor amplificator de tensiune” în loc de „tranzistor cu efect de câmp” (pag. 110) etc.
Cartea a fost tradusă de Ondine Fodor, lecturată de Sanda Ilieş şi Brigitta Pop, supervizată de consultantul ştiinţific Fidelia-Edita Burian.
Şi costă 34,90 lei.

Păcăleala cu diodele de sticlă

Am construit o „pagodă” din patru minicelule Al-aer şi am obţinut 3,2 V, tensiune care a aprins un LED alb şi a dat lumină circa o oră. Ca să verific tensiunea de deschidere a diodelor luminescente şi să selecţionez una roşie cu pragul cât mai coborât, am construit un montaj simplu, de verificare: o rezistenţă de limitare a curentului de 220 ohmi înseriată cu bornele de testare. În paralel cu bornele, am legat un voltmetru.


Montajul a fost alimentat la 3 V, tensiune suficientă să deschidă atât diodele cu germaniu (0,1-0,2 V), diodele cu siliciu (0,6 V), cât şi diferitele tipuri de LED-uri. Cu această ocazie am constatat că o serie de „diode de sticlă”, recuperate de pe diferite plăci, nu sunt cu germaniu, cum credeam, ci cu siliciu. Deci rămâne valabil proverbul: „meşterul iscusit măsoară de zece ori înainte de a tăia o singură dată”.

Diodele punctiforme cu germaniu au o caracteristică curent-tensiune mai puţin abruptă, de aceea ele se măsoară de obicei la un curent tipic, de obicei la 1 mA (înlocuiţi R1 = 1 kiloohm). Tipul diodei poate fi identificat după inelele colorate trecute pe catod:
http://www.ginko.de/user/franz.hamberger/infobase/charts/farbcode/farbc3.html#TOC
(navigarea e simplă şi intuitivă: pe un rând stau aliniate 10 pătrăţele de diferite culori; faceţi clic pe pătrăţelul de culoarea primului inel şi, după ce aţi ajuns într-o pagină nouă, verificaţi succesiunea de culori)

Pila aluminiu-aer după o noapte de funcţionare

Am construit cea de-a doua pilă aluminiu-aer. De această dată am folosit cărbunele activ dintr-un absorbant de mirosuri pentru frigidere, am verificat ca granulele să aibă o rezistenţă electrică de ordinul ohmilor sau cel mult a zecilor de ohmi. Experienţa precedentă, cu cărbune medical MEDOCARB, n-a reuşit deoarece pastilele nu conduceau curentul electric.


Într-o cutie de plastic de la un film foto am aşezat una peste alta trei celule, fiecare formată dintr-un monedă de 500 lei din aluminiu, un disc de sugativă îmbibat cu saramură concentrată (soluţia nu trebuie să fie în exces, ci doar să umezească hârtia) şi un strat de cărbune activ. Bateria a fost presată un pic cu o menghină de mână.

Pila a generat 2,4 V fără sarcină, adică circa 0,8 V pe element (tensiune măsurată separat pe fiecare celulă). Când am legat la borne o diodă luminescentă LED roşie (cu catodul la discul de aluminiu), ea a început să lumineze puternic, iar tensiunea a scăzut la 2 V. Azi-dimineaţă, după 12 ore de funcţionare, tensiunea furnizată a scăzut la 1,75 V, iar LED-ul lumina în continuare, dar ceva mai slab.

Constructorul amator va găsi instrucţiuni detaliate pe situl cercului de modelism-robotică de la Palatul Copiilor din Piteşti, îndrumător profesor Dan Slăvilă:
http://www.gigahertz.lx.ro/Lucrari/sursa_files/sursa.doc
De asemenea, va fi foarte util să citească comentariile de la articolul „Electricitate din aluminiu şi aer”, postat pe acest blog.

Detectoare de metal (I)

.
După ce elevii vor reveni din practică, vom ajunge la lecţia despre detectoarele de metale, subiect cu o deosebită importanţă în industrie, unde roboţii trebuie să simtă prezenţa pieselor de prelucrat şi să le poziţioneze cât se poate de precis. Ce-i drept, la vârsta primelor încercări de aventură, aceste aparate îi duc pe tineri cu gândul la căutarea comorilor ascunse.

Pe situl tehnium.org au apărut două scheme electronice, una cu un integrat CMOS de tip 4011, cealaltă cu un oscilator de bătăi BFO plasat lângă un aparat de radio: http://www.tehnium.org/w/index.php?n=modules/forum&a=3&d=1&o=2&q=265
Explicaţiile la scheme sunt nişte fişiere PDF (Acrobat Reader), care devin vizibile abia după ce vă logaţi.
Până când va fi să ajungem la lecţie va fi gata şi versiunea proprie tip „Electronică la 1,5 V”.

În acest sfârşit de săptămână, am urmărit pe Realitatea TV o dispută aprinsă despre autenticitatea brăţărilor dacice descoperite în urmă cu 10 ani:
http://www.realitatea.net/154632_Bratarile-dacice-recuperate-de-stat-vor-fi-expertizate-din-nou.html
Tuturor copiilor le surâde ideea să caute comori, însă aveţi grijă, în pământ stau ascunse şi multe proiectile neexplodate, rămase din timpul vreunuia dintre cele două Războaie mondiale!

Un sit englezesc pentru vânătorii de comori este:
http://www.thunting.com/cgi-bin/thunting/pages/go.cgi?go=metaldetecting/index.shtml
La penultimul punct, Detector Working Shemes, aveţi o ferăstruică de opţiuni, unde trebuie să alegeţi un tip de detector dintre opţiuni şi să apăsaţi butonul Go! ca să ajungeţi la articolul cu principiul de funcţionare.
.

Suport pentru o baterie AA

.
Iarăşi „Electronică la 1V5”. Din două cleme de rufe, două şuruburi M3, două sârme de cupru izolat cu polietilena, de culori diferite, o bucată de lemn şi nişte cuie se poate realiza un dispozitiv simplu de alimentare a montajelor de la o baterie AA:


Se taie câte o falcă a clemelor de rufe, apoi ele se fixează cu nişte cuie pe capetele opuse ale bucăţii de lemn, se găuresc la capete, unde se introduce câte un şurub M3 şi, cu ajutorul piuliţelor, se fizează capătul dezizolat al fiecărei sârme.

Ideea nu-mi aparţine, am găsit-o într-o revistă Ezermester de pe vremuri.
.

În aşteptarea curiosului... 500

Dintre filmuleţele realizate în clasă, cel mai popular este „Rezonanţa pendulelor gravitaţionale", care până azi dimineaţă fusese vizionat de 499 de ori. Pe locul 2, mult mai recentul „Motor şi generator electric reversibil”, cu 233 accesări. Pe locul 3, „Studiul propagării unei unde cu ajutorul pendulelor împăturite din hârtie”, cu 133 vizionări, dar e concurat puternic de „Undele staţionare”, care a captat interesul a 120 de vizitatori în doar o lună şi jumătate.

Concluzii:
Filmele realizate cu generic şi montate pe secvenţe atrag mult mai mult atenţia curioşilor.
Cine va număra accesările înregistrărilor de la Balul bobocilor va constata că evenimentele mondene au prioritate în faţa ştiinţei, dar nici nu e sănătos să te închizi în casă şi să toceşti pe rupte.
Toate sunt bune când se folosesc cu măsură.

Electricitate din aluminiu şi aer

Elevii de la Palatul Copiilor din Piteşti, care frecventează cercul de modelism-robotică şi lucrează sub îndrumarea domnului profesor Dan Slăvilă, au realizat de-a lungul timpului tot felul de circuite şi montaje interesante, prezentate la diferite simpozioane şi concursuri:
http://www.gigahertz.lx.ro/Lucrari/Lucrari.html

Dintre ele, să remarcăm o pilă electrică din cărbune activat şi aluminiu, care foloseşte o soluţie saturată (concentrată cât se poate de mult) de sare de bucătărie drept electrolit şi generează o tensiune de 0,9 V, consumând aluminiul şi oxigenul din aer:


http://www.gigahertz.lx.ro/Lucrari/sursa_files/sursa.doc

Dacă legăm în serie două celule, obţinem 1,8 V, o tensiune în stare să alimenteze un LED roşu, care se aprinde la 1,6 V şi consumă 10 mA (ATENŢIE! Nu cumpăraţi cărbune medicinal de tip MEDOCARB de la farmacie, el nu este activat şi e foarte scump. Citiţi recomandările domnului Dan Slăvilă de la comentariile acestei însemnări.).

Dacă folosiţi cărbune activ pentru filtrele din acvarii şi o folie de aluminiu pentru gătitul în cuptoare cu microunde, rezultă o baterie care poate să genereze 0,1 A şi să învârtă un mic motoraş de 1,5 V:
http://www.exo.net/~pauld/activities/AlAirBattery/alairbattery.html

Festivalul Ştiinţei la Zalău

.

Festivalul Ştiinţei este o manifestare şcolară judeţeană organizată în 17 mai 2008 în municipiul Zalău din judeţul Sălaj, care, sub logo-ul: „Ştiinţa pentru toţi - o bucurie pentru fiecare”, îşi propune să atragă interesul tinerilor, cadrelor didactice şi a publicului pentru ca realizărilor ştiinţifice să li se acorde o importanţă sporită şi să se impulsioneze creativitatea în domeniul ştiinţific. Înscrierile se fac până în 15 martie. Informaţii pe situl manifestării, la opţiunea Noutăţi, clic pe Detalii înscriere (în josul paginii):
http://festivalulstiintei2008.xhost.ro/
.

Verificator de continuitate

Primul dintre articolele din seria „Electronică la 1,5 volţi” a apărut în revista Tehnium 1/1998 şi era un verificator de continuitate cu indicaţie sonoră. Propuneam atunci două versiuni, una cu cască de walkman de 25 ohmi şi alta, mult mai sensibilă, cu o capsulă piezoelectrică, de tipul celor care se găsesc în jucării sau în felicitările muzicale. Schema folosea două tranzistoare bipolare de tip npn, de tipul BC 107-109, BC 170-174 etc. Elementul cheie era bobina L, pe care am bobinat 600 de spire din sârmă CuEm de 0,1 mm diametru pe un miez de ferită cu diametrul de 2-3 mm.



Întreg montajul a încăput în carcasa unui radioreceptor RIC, iar la fosta ieşire de cască am introdus un jack cu cele două fire duse către vârfurile de testare. Dacă le atingeţi, atunci se aude un ţiuit. Cu o baterie AA nouă, se pot verifica continuitatea cablurilor de alimentare, a înfăşurărilor transformatoarelor, integritatea joncţiunilor diodelor şi tranzistoarelor, se pot măsura rezistenţe de maxim 1 kiloohm.



Cu condensatorul C = 4,7 nF, montajul a generat pulsuri de tensiune cu vârfuri de 10 V (pe oscilograma de jos se văd doar 3 V din cauza impendanţei mici a intrării de microfon de pe placa audio a calculatorului, dar nu vă lăsaţi păcăliţi de aparenţe) care se repetau la aprox. 1 milisecundă, deci o frecvenţă de circa 1 kHz.



Vi se pare că osciloscopul arată altcumva? Da, deoarece am descoperit astăzi încă un software, mult mai complex, de asemenea freeware, numit BIP Electronics Lab Oscilloscope - 3.0. El se poate descărca gratuit şi legal de la adresa:
http://www.electronics-lab.com/downloads/pc/002/index.html
unde se găsesc şi alte programe, unele tot gratis, altele oferite spre cumpărare.

Un truc bun pentru a salva vieţi

La sfârşitul anilor '20, Umberto Nobile a întreprins o expediţie aeriană cutezătoare. El a încercat să ajungă la Polul Nord cu dirijabilul N4 Italia, dar, din cauza frigului, aparatul s-a prăbuşit în mijlocul gheţurilor. În copilărie, am văzut un film documentar unde se arăta cum a reuşit transmisionistul expediţiei să-şi refacă emiţătorul radio cu ajutorul unor improvizaţii geniale. Mesajul S.O.S. a fost recepţionat şi, după două săptămâni de lipsuri şi aşteptare, supravieţuitorii au fost salvaţi de un spărgător de gheaţă sovietic.

Ca să înlocuiască rezistoarele distruse, transmisionistul de pe Italia a trasat pe pertinax (puteţi încerca cu orice alt material plastic dur, dar în nici un caz pe hârtie, care absoarbe grafitul) mai multe linii cu creionul, între două contacte metalice. În clasă, am obţinut astfel rezistenţe de ordinul zecilor şi sutelor de kiloohmi, pe care le-am măsurat atât cu un ohmetru digital, cât şi cu o punte de măsură RC în curent alternativ. Spre surprinderea tuturor, precizia rezultatelor a fost comparabilă, deşi puntea de măsură este atât de simplă.

PS. Trucul cu traseele desenate cu o mină de grafit este folosit şi azi, dar de calculatorişti, pentru a mări frecvenţa de tact a microprocesoarelor (overclocking).

Un generator cvasi-sinusoidal simplu

.
Dacă doriţi să experimentaţi comportarea circuitelor RLC în curent alternativ, iată un generator audio simplu, realizat după o schemă publicată de Ilie Mihăescu în cartea „Un tranzistor, două tranzistoare”. În esenţă, este un oscilator Hartley, cu un tranzistor npn cu siliciu, de orice tip, care generează o fundamentală de 1280 Hz. Inductanţa L din circuitul rezonant este o înfăşurare cu priză la mijloc de la un transformator de audiofrecvenţă recuperat dintr-un radioreceptor fabricat în anii '70, înainte de utilizarea pe scară largă a circuitelor integrate audio. Condensatoarele C1 de 10 nF (din circuitul LC) şi C2 de 100 nF (de cuplaj) pot să fie de orice tip (ceramice, styroflex sau, dacă nu găsiţi altceva, cu hârtie). Rezistoarele de 330 ohmi din emitorul tranzistorului şi 47 kiloohmi dintre bază şi colector sunt de 1/4 W sau 1/2 W. El se alimentează de la o baterie AA (fostă R6) de 1,5 V („Electronica la 1V5” e o mai veche obsesie personală).



Montajul a fost realizat în câteva minute, prin lipire cu cositor, pe un banc de probă, realizat dintr-o placă de textolit eliberată de piese şi de cablajul imprimat, apoi găurită cu un burgiu de 1 mm din 2,5 în 2,5 mm (aşa am văzut pe internet că se poartă).



Iată forma de undă, imagine obţinută cu ajutorul plăcii audio de pe calculator şi a programului AUDio MEasurement System, pe care l-am folosit iniţial la vizualizarea sunetelor scoase de diferitele instrumente muzicale, iar apoi la studiul circuitelor RL si RC.

Subiectele pentru examenul de Bacalaureat 2008

Ieri, pe la ora prânzului, am reuşit să descarc programa de bacalaureat, calendarul, metodologia şi subiectele. La fizică, materia pentru examen a fost grupată în patru secţiuni: mecanică, optică, producerea şi utilizarea curentului electric, termodinamică. Dacă veţi descărca arhivele (daţi clic pe linkurile de mai sus şi va apare o fereastră de download) şi le veţi despacheta, veţi constata că fiecare dintre ele cuprinde 3 puncte cu câte 100 de propuneri fiecare.

V-aţi speriat?

N-aveţi de ce, cam tot aşa a fost şi anul trecut şi nici la anul nu va fi mai uşor. Prin urmare, n-avem timp de pierdut, daţi-i bătaie, avem o mulţime de probleme de rezolvat!