Рис. 1. Качающееся устройство:
1 — двухплечий рычаг; 2 — шарнир; 3 — биметаллический петлеобразный элемент; 4 — биметаллический петлеобразный элемент; 5 и 6 — грузы; 7 и 8 — ограничители
Устройство состоит из двухплечевого рычага 1, который своей срединой закреплен на шарнире 2 и может вокруг шарнира поворачиваться. На обоих концах рычага 1 закреплены биметаллические, петлеобразные элементы 3 и 4, а на их концах находятся грузы 5 и 6. Биметаллические элементы 3 и 4 — это пластинки, согнутые так, чтобы при их нагреве они сгибались еще больше, а при охлаждении частично разгибались. Это достигается тогда, когда с наружной стороны петли находится металл с большим коэффициентом линейного расширения. Например, для биметаллической полоски, состоящей из латуни и железа с наружной стороны элемента в виде петли должна быть латунь.
Грузы 5 и 6 могут быть выполнены из свинца, или в их качестве используются обычные гайки.
Проверить правильность изготовления петлеобразного элемента из биметалла можно путем его нагрева.
Для четкости работы устройства установлены ограничители хода, упоры 7 и 8.
Рычаг 1 вместе с биметаллическими элементами 3 и 4, а также с грузами 5 и (5 должен быть сбалансирован.
Для работы устройства его следует разместить над горячей водой, налитой в какую-нибудь посуду, таз, ванну, как показано на рис. 1.
Для запуска устройства в работу следует рукой погрузить в горячую воду один из биметаллических элементов-петель, например элемент 3. А в горячей воде биметаллический элемент 3 нагревается сам и еще больше изгибается, перемещая при этом груз ближе к шарниру 2. А так как груз 6 остается на прежнем месте, то есть он расположен от шарнира 2 на большее расстояние, то после того, как воздействие руки на элемент 3 прекратилось, рычаг 1 повернется по часовой стрелке до упора 8. Это происходит под действием вращающего момента, возникшего из-за несимметричного расположения грузов 5 и 6. При этом биметаллический элемент 4 погружается в горячую воду и нагревается от нее.
Вследствие этого форма его изменяется, он изгибается еще больше и груз 6 перемещается ближе к шарниру 2. А биметаллический элемент 3, поднявшийся из горячей воды в воздух, охлаждается и принимает первоначальную форму, удаляя груз 5 от шарнира 2. При этом возникает вращающий момент и под его воздействием рычаг 1 повернется вокруг оси шарнира 2 против часовой стрелки до упора 7, а биметаллический элемент 3 вновь погрузится в горячую воду, где нагревается, изменяет свою форму, перемещая груз 5 ближе к шарниру 2. А элемент 4 выходит из горячей воды в воздух, охлаждается и принимает первоначальную форму, удаляя груз 6 от шарнира 2.
Далее циклы повторяются вновь: рычаг 1 поворачивается по часовой стрелке до упора. А элемент 4 погружается в горячую воду, а элемент 5 поднимается из горячей воды в воздух.
Рычаг 1 этого устройства будет автоматически совершать такие колебания до тех пор, пока горячая вода не остынет.
Элементы из биметалла могут входить в конструкцию простейшего двигателя, для работы которого также используется различный нагрев его элементов, обусловленный различием температур воздействующих на них сред (рис. 2).
Рис. 2. Двигатель:
1 — колесо двигателя; 2 — ось; 3 — спицы; 4 — грузы; 5 — петлеобразные детали; 6 — биметаллические элементы; А — угол; Б — угол
В конструкцию двигателя входит колесо 1, выполненное из металла или пластмассы, на его оси 2 зафиксированы концы спиц 3, их противоположные концы проходят в отверстия на ободе колеса и на них размещены грузы 4, например шарики.