При нагревании все тела расширяются. Но одни тела при одинаковом нагревании расширяются больше, другие — меньше. Например, медь при нагревании расширяется больше, чем железо. Пользуясь этим свойством, можно построить очень интересный прибор с биметаллической спиралью. Биметаллической она называется потому, что спаяна из двух разных металлов. Слово «би» происходит от латинского слова «бис», что означает «дважды». От него происходят некоторые знакомые вам слова: «биплан» — самолет с двумя несущими плоскостями, «бинокль» — зрительная труба для двух глаз и т. п.

Одним металлом для нашей спирали будет медь или латунь, другим — железо. Проще всего взять железо от консервной банки: оно как раз подходящей толщины и уже луженое, так что его легче будет паять.

У банки диаметром 100 мм срежьте верхний бортик. Вырежьте место спайки и отрежьте от стенки полосу шириной 4 мм. Длина полосы получится около 300 мм. Вторую полосу шириной 4 мм вырежьте из листовой меди или латуни толщиной 0,2–0,3 мм. Ее длина тоже должна быть 300 мм. Если такого куска материала не достанете, можно составить эту полосу из нескольких кусков.

На листке бумаги начертите так называемую архимедову спираль. Для этого нужно провести горизонтальную линию и отметить на ней две точки, отстоящие одна от другой на 3 мм. Поставив ножку циркуля в одну из этих точек, проведите радиусом 3 мм дугу, равную половине окружности. Концы этой дуги должны опираться на горизонтальную линию.

Затем перенесите ножку циркуля во вторую из отмеченных точек и увеличьте его раствор так, чтобы карандаш попал в конец первой дуги. Снова проведите половину окружности, опирающуюся на горизонтальную линию (см. рис. 14).

Рис. 14. Схема построения архимедовой спирали.

Таким же образом, переставляя ножку циркуля то в первую, то во вторую точку и каждый раз увеличивая его раствор, продолжайте разворачивать спираль. Нужно четыре полных оборота.

Каждую из заготовленных металлических полос сверните спиралью на деревянной палочке, картонном патроне от фотохимикалий или любом другом круглом стержне диаметром 15–20 мм.

Затем внутренний конец железной полосы обожмите плоскогубцами вокруг болтика диаметром 3 мм. Вложите спираль в спираль и приткните к петле для болтика конец медной полосы. В таком положении соедините полосы пайкой с обеих сторон.

Наложите заготовку биметаллической спирали на чертеж архимедовой спирали. Постепенно разворачивайте ее от середины и, придерживая пинцетом, закрепляйте пайкой с обеих сторон через каждые 10–15 мм. При этом все время подгибайте спираль так, чтобы она ложилась точно по вычерченной. Если медная полоса у вас составная, прикладывайте кусок к куску в стык.

Когда заготовите таким образом всю спираль, еще раз проверьте, хорошо ли прилегает медная полоса к железной и лежит ли вся спираль в одной плоскости. Подправив, где нужно, спаяйте полосы по всей длине спирали в направлении от центра к наружному концу.

Панель для спирали размером 50X70 мм вырежьте из гетинакса или текстолита толщиной 1–2 мм. Разметка панели показана на рисунке 15, слева вверху.

Рис. 15. Устройство биметаллической спирали.

Спираль прикрепите к панели болтиком диаметром в З мм. Подголовку болтика наденьте металлическую шайбу, затем — спираль, затем — толстую металлическую шайбу или гайку большего диаметра, чтобы спираль не касалась панели. Пропустив конец болтика в отверстие панели, наденьте контактный лепесток, шайбу и затяните гайкой.

Подберите две пластины с контактами от старого реле. Одну из них согните под прямым углом, просверлите отверстие под винт и привинтите болтиком с гайкой к панели. Контактный лепесток пластины пропустите сквозь панель, просверлив для этого особую дырочку.

Вторую пластину с контактом припаяйте к наружному концу спирали. Подгибая спираль, отрегулируйте ее так, чтобы контакты были замкнуты, но прижаты друг к другу возможно слабее.

Изготовьте для прибора деревянную подставку в форме угловой панели. В центре основания подставки (его размер 100x100 мм) установите патрон для электрической лампочки. Вверните в него обыкновенную электрическую лампочку мощностью 75 или 96 вт.

К стенке подставки приложите панель с биметаллической спиралью так, чтобы центр спирали пришелся на одном уровне с нитью лампочки. Отметив это положение, лампочку временно выверните, а панель привинтите к стенке подставки четырьмя шурупами. Под панелью должны будут пройти монтажные провода. Поэтому на шурупы наденьте по нескольку толстых шайб, или изоляционные бусины, или металлические трубочки высотой 5–8 мм.

Электрический монтаж прибора выполните осветительным шнуром или другим гибким проводом в надежной изоляции, прикрепляя его к подставке скобками. Схема соединений показана на рисунке 16. Прибор включается в сеть при помощи штепсельной вилки со шнуром. Один провод шнура присоединяется к патрону лампочки прямо, другой — через контакты биметаллической спирали. Когда контакты замкнуты, лампочка горит и нагревает спираль. От нагревания внутренняя, медная, часть спирали расширяется сильнее, чем наружная, сделанная из жести. Спираль начнет раскручиваться. Контакт, укрепленный на ее свободном конце, отойдет от контакта, привинченного к панели.

Цепь тока разорвется, лампочка погаснет. Спираль начнет охлаждаться. При этом медная часть спирали будет сокращаться сильнее, чем железная. Спираль начнет закручиваться и замкнет контакт. Лампочка снова загорится, и все начнется сначала.

Так и будет работать этот интересный прибор. Лампочка будет через правильные промежутки времени загораться и гаснуть, а спираль то раскручиваться, то закручиваться. Продолжительность горения лампочки можно регулировать, подгибая спираль и изменяя тем самым прижим контактов друг к другу.

Рис. 16. Схема включения биметаллической спирали в цепь.

Помните только, что к спирали нельзя прикасаться, когда прибор включен в сеть. Лучше всего привинтите по бокам панели со спиралью два предохранительных щитка (рис. 15). Они не дадут коснуться спирали сбоку, а спереди спираль закрыта лампочкой.

Этот прибор можно использовать для управления освещением новогодней елки. Для этого гирлянду электрических лампочек включайте не прямо в сеть, а подключайте параллельно лампе прибора. Когда спираль включит основную лампу, загорится и гирлянда на елке. Погаснет лампа прибора— погаснет и гирлянда.

Если будете украшать большую елку в школе, можете сговориться с товарищами и изготовить несколько приборов с биметаллической спиралью.

Одни приборы будут зажигать свои гирлянды чаще, другие — реже. Поэтому все гирлянды будут вспыхивать в разное время и давать самые различные сочетания.