НАГЛЯДНОЕ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ФИЗИКЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

Полезная модель относится к наглядным учебным пособиям, преимущественно для средних общеобразовательных школ, по дисциплине физика. Устройство может использоваться в учебном процессе других учебных заведений, при изучении основ электротехники и принципа работы полупроводникового диода.
Известна схема питания ламп накаливания светильника (а.с. №1221766, МПК Н05В 39/00, опубликовано 30.03.86, Бюл. №12), содержащая две лампы накаливания, диоды и два выключателя, причем диоды с лампами образуют две последовательные цепи, соединенные параллельно, а диоды с лампами соединены разными электродами.
Известно устройство щадящего режима включения ламп накаливания (патент №2088052, МПК Н05В 39/02, Н01Н 23/02, опубликовано 20.08.1997), содержащее соединенные последовательно параллельно лампы накаливания, диоды и выключатели, причем диоды установлены в корпусе выключателя.
Известно подключаемое к бытовой электросети, осветительное устройство (патент №2015448, МПК F21S 1/00, опубликовано 30.06.1994), ближайшее по технической сущности к заявляемому и принятое за прототип, состоящее из патрона, соединительных проводов и лампы накаливания, включающей колбу и цоколь с центральным контактом, к которому последовательно присоединен выпрямительный диод, причем диод размещен в непосредственной близости от цоколя лампы.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении демонстрационных возможностей, эффективности подачи изучаемого материала и повышения познавательной активности учащихся, путем демонстрации принципа работы полупроводникового диода, в виде оригинальной технической задачи.
Технический результат достигается тем, что в наглядном учебном пособии по физике и электротехнике, включающем патрон, соединительные провода и лампу накаливания, состоящую из колбы и цоколя с центральным контактом, к которому последовательно присоединен выпрямительный диод, при этом диод размещен в непосредственной близости от цоколя, новым является то, что устройство снабжено дополнительной лампой, патроном, двумя выключателями и диодами, при этом колбы ламп окрашены в разные цвета, и выключатели имеют аналогичную цветовую маркировку, а диоды установлены внутри цоколей и соединены разнонаправлено, в каждом корпусе выключателя скрытно установлен дополнительный диод, при этом диоды с выключателями соединены последовательно и разнонаправлено, а выключатели с диодами попарно соединены параллельно, патроны соединены параллельно, а патроны с выключателями и дополнительными диодами соединены последовательно, при этом все элементы устройства закреплены на основе из прозрачного диэлектрического пластика, на которой дополнительно установлены ограничительные дуги-стойки.
На фиг.1 и фиг.2 представлено наглядное учебное пособие по физике и электротехнике, вид спереди и вид сбоку. На фиг.3 изображена принципиальная электрическая схема соединения элементов устройства. На фиг.4 - лампа накаливания в разрезе.
Внешне устройство выглядит как соединение двух ламп накаливания 1 и 2, колбы которых окрашены в разные цвета (например: 1 - красный, 2 - зеленый) с двумя выключателями 3 и 4, отмеченными такими же цветами, посредством монтажного провода 5, переходящего в сетевой шнур 6. Патроны для наружной проводки 7, и выключатели 3 и 4 закреплены на основе 8 из прозрачного диэлектрического пластика, на ней же установлены ограничительные дуги-стойки 9, выполненные выступающими над колбами ламп 1 и 2, (фиг.2). Скрытой особенностью конструкции является то, что внутри цоколей 14, ламп 1 и 2 установлены полупроводниковые выпрямительные диоды 10 и 11, соединенные последовательно с центральными контактами 15 и нитями накаливания ламп, причем диоды 10 и, 11, установлены в противоположных направлениях. В корпусах выключателей 3 и 4 скрытно установлены и последовательно соединены с ними, в противоположных направлениях, полупроводниковые выпрямительные диоды 12 и 13 (не показано). Установка диодов внутри цоколей ламп осуществляется в следующей последовательности. Аккуратно разрушить изоляторы вокруг центральных контактов 15 на цоколях 14 ламп 1 и 2. Отпаять центральные контакты 15, отформовать диоды 10 и 11 и припаять их к отводам, выходящим из колб ламп 1 и 2, и центральным контактам, в одном случае катодом, в другом анодом наружу. Используя эпоксидную смолу с наполнителем, например, речным песком или цементом и черный краситель аккуратно воссоздать изоляторы, придав лампам 1 и 2 первоначальный вид. (фиг.4) Диоды 12 и 13 устанавливаются внутри корпусов выключателей 3 и 4 (не показано), в соответствии с принципиальной схемой (Фиг.3), в одном случае катодом, в другом анодом на выход из корпусов выключателей, и камуфлируются с помощью пластиковой изоляционной трубки. В устройстве использованы малогабаритные выпрямительные диоды в пластмассовом корпусе, например любые отечественного производства из серии КД-105, при применяемых лампах накаливания, мощностью до 60 Вт. Колбы ламп окрашены термостойким лаком с добавленными красителями, целесообразно использование промышленно выпускаемых ламп накаливания с окрашенными колбами, мощностью - 40-60 Вт.
Демонстрация работы наглядного учебного пособия по физике и электротехнике производится следующим образом. Ввернуть лампы 1 и 2 в патроны 7, над выключателями 3 и 4 своего цвета. Выключатели в положении «отключено». Установить прибор на ограничительных стойках 9 вертикально, подключить сетевой шнур 6 к сети 220 В. Поочередно нажимая на выключатели 3 и 4, убедиться в том, что каждая из ламп 1 и 2 загорается от выключателя своего цвета. Обсуждается полученный результат, - каким образом по двум проводам 5 возможно независимое управление двумя лампами. В выключенном состоянии, после охлаждения, поменять местами лампы 1 и 2. Повторить опыт, с подробным разбором принципиальной схемы прибора. (Фиг.3) Суть, которой заключается в том, что независимо от места положения, одна из ламп (1 или 2) со встроенным диодом (10, 11) может «питаться» только положительной полуволной переменного тока, другая - отрицательной. А указанные полуволны формируются в соответствующих по цвету лампам выключателях (3 и 4), со своими аналогично подключенными диодами (12 и 13). Благодаря основе 8, выполненной из прозрачного диэлектрического пластика можно легко убедиться в том, что к лампам 1 и 2 подходят только два монтажных провода 5, и каких либо «секретов» явно не просматривается. Ограничительные дуги-стойки 9, закрепленные на основе 8, выполнены выступающими над колбами ламп 1 и 2, что предотвращает разрушение ламп при случайном падении устройства на горизонтальную поверхность, и обеспечивает его вертикальную установку, для удобства демонстрации.
Пособие предназначено для изучения принципа работы полупроводникового диода, позволяет демонстрировать возможность управления двумя лампами накаливания разного цвета, каждой своим выключателем, независимо от переустановки ламп в патронах. Внешняя простота в противоречии с функциональными возможностями пособия, способствует повышению познавательной активности учеников и надежному закреплению изучаемого материала. Демонстрация наглядного учебного пособия создает эффект загадки или фокуса, что позволяет преподавателю включить всю группу учеников в процесс коллективного мышления, добиваясь тем самым полного понимания изучаемой темы.