Nekem olyan benyomásom támadt a beszámoló olvasása közben, hogy a megfelelő eredmény érdekében érdemes előszedni a régi fizika könyveket a képletek értelmezése céljából :) Nagyon köszönöm "Férjegységnek" a cikket, hálám üldözze élete végéig :)
Zölden világító „energia” penge készítése---írta: Poós Balázs
A kívánt cél egy fénylő „energia” penge megalkotása volt,
ami zölden világít és a színpadon elérhető közel sem teljes sötétben, (inkább
félhomály) már megfelelő látványt nyújt.
Adta magát a lehetőség, hogy a korábban általam elméletben kitalált lézerkard (plazmakard) megoldást alakítsuk ki, de annak a plazma pengéjéhez minimum egy Paks 2 energiamennyisége kellene és nem lett volna egy túl jól viselhető a fegyver, ha egy 100 KV-os kábelnek kell becsatlakoznia bele és a parkolóban sem fért volna el az atomreaktor egy utánfutón J
Adta magát a lehetőség, hogy a korábban általam elméletben kitalált lézerkard (plazmakard) megoldást alakítsuk ki, de annak a plazma pengéjéhez minimum egy Paks 2 energiamennyisége kellene és nem lett volna egy túl jól viselhető a fegyver, ha egy 100 KV-os kábelnek kell becsatlakoznia bele és a parkolóban sem fért volna el az atomreaktor egy utánfutón J
Szóval maradt valami más, könnyebben megvalósítható
megoldás.
Korábban évtizedekkel ezelőtt már játszottam plexivel (háromszögvonalzó), aminek az élét megvilágítva körbe minden oldalon látszódott a fény. Ezen emlékemet felhasználva álltam neki a kellék elkészítésének.
Az alkalmazott megoldás fizikai magyarázata az üvegszál technológiában is használt megoldással érthető meg legjobban. Az üvegszál egyik végén a belépő fény, a sűrűbb közegbe (az üveg sűrűbb, mint a levegő) belépve fénytörés miatt ide-oda verődik az üvegszál belsejében. Kérdés adódik, miért nem lép ki az átlátszó üvegből a fény. Ehhez meg kell értenünk a fénytörés egyik speciális esetét. Ilyen esetben az úgynevezett határszögnél* nagyobb beesési szögre van szükségünk, amikor a fény nem lép ki a közegből, azaz az üvegszálból, hanem abban 100%-ig visszaverődik, és bár nincs tükröződő felület, mégis a határszögnél nagyobb visszaverődési szög miatt minden esetben teljes mértékben visszaverődik. Ezen fizikai jelenséget kihasználva a fény, ami belép az elején kicsi veszteséggel lép ki az üvegszál végén.
Mivel az volt a célunk, hogy a plexi felület egésze világítson, ne csak a széle, vagy a vége, el kellett érni, hogy a belső visszaverő felületek ne legyenek tökéletesek, azaz a fény ne tudjon minden esetben a határszögnél nagyobb szögben visszaverődni. Ezt a felületen kiképzett apró kiszögelések, prizmák által lehet elérni, így amikor a fény egy ilyen apró prizma felületére érkezik, a határszögnél kisebb szögben esik be, így ott ki tud lépni a fény egy része az anyagból, azaz világít ott, ahol a kis prizmák találhatóak.
Korábban évtizedekkel ezelőtt már játszottam plexivel (háromszögvonalzó), aminek az élét megvilágítva körbe minden oldalon látszódott a fény. Ezen emlékemet felhasználva álltam neki a kellék elkészítésének.
Az alkalmazott megoldás fizikai magyarázata az üvegszál technológiában is használt megoldással érthető meg legjobban. Az üvegszál egyik végén a belépő fény, a sűrűbb közegbe (az üveg sűrűbb, mint a levegő) belépve fénytörés miatt ide-oda verődik az üvegszál belsejében. Kérdés adódik, miért nem lép ki az átlátszó üvegből a fény. Ehhez meg kell értenünk a fénytörés egyik speciális esetét. Ilyen esetben az úgynevezett határszögnél* nagyobb beesési szögre van szükségünk, amikor a fény nem lép ki a közegből, azaz az üvegszálból, hanem abban 100%-ig visszaverődik, és bár nincs tükröződő felület, mégis a határszögnél nagyobb visszaverődési szög miatt minden esetben teljes mértékben visszaverődik. Ezen fizikai jelenséget kihasználva a fény, ami belép az elején kicsi veszteséggel lép ki az üvegszál végén.
Mivel az volt a célunk, hogy a plexi felület egésze világítson, ne csak a széle, vagy a vége, el kellett érni, hogy a belső visszaverő felületek ne legyenek tökéletesek, azaz a fény ne tudjon minden esetben a határszögnél nagyobb szögben visszaverődni. Ezt a felületen kiképzett apró kiszögelések, prizmák által lehet elérni, így amikor a fény egy ilyen apró prizma felületére érkezik, a határszögnél kisebb szögben esik be, így ott ki tud lépni a fény egy része az anyagból, azaz világít ott, ahol a kis prizmák találhatóak.
Ez eddig elég tudományosan hangzik, de a megvalósítás már
közelről sem kíván ennyire tudományos módszert, vagy eszközt J
A penge anyagának víztiszta plexit választottam, és nem
bajlódtam a kivágásával, mivel egyrészt jóval nagyobb (tábla) anyagot lehetett
csak kapni, mint amire szükségünk lett volna, és a vágással is sok meló lett
volna, így egy vektoros rajzprogramban (Coreldraw) megrajzoltam a penge alakját
és egy erre szakosodott cég 1 nap alatt kivágta az átküldött terv alapján a
pengéket. Így tökéletesen egyformák lettek és olcsóbban jött ki, mintha saját
magam próbálkoztam volna.
Ezután jött a fentebb már említett nehéz és
hosszadalmas eljárás, mellyel a plexi felületén kialakítottam a sokszázezer kis
prizmát. A célszerszám, amivel ez
megvalósítható nem más, mint a smirgli, azaz csiszolóvászon J Azt a felületet ahol a fény belép majd nem bántottam, de a többi felületet szépen átcsiszoltam változó irányból, egészen addig, amíg szép egyenletes „tejüveg” felületet nem kaptam. Ami látszatra egy matt felület, a valóságban, ha nagyítóval nézzük, egy érdes felület, ha pedig mikroszkóp alatt néznénk rengeteg sokszögű prizmácskát látnánk.
Elemként egy 9 voltos elemet választottam, mivel elég kicsi és kompakt ahhoz, hogy elférjen, valamint az elemcsatlakozó is könnyen beszerezhető hozzá.
A világítást zöld LED-ekkel alakítottam ki. Itt térjünk ki
egy kicsit arra, mi is az a LED ( Light-Emiting Diode).
Korábban, ha fényforrást akartunk valamibe beszerelni Edisonnak és néhány vele kortárs feltalálónak hála, rendelkezésünkre állt a villanykörte (Itt olvashatsz róla bővebben http://index.hu/tudomany/til/2015/03/03/edison_evtizedekre_visszavetette_az_elektromossag_fejlodeset/).
Korábban, ha fényforrást akartunk valamibe beszerelni Edisonnak és néhány vele kortárs feltalálónak hála, rendelkezésünkre állt a villanykörte (Itt olvashatsz róla bővebben http://index.hu/tudomany/til/2015/03/03/edison_evtizedekre_visszavetette_az_elektromossag_fejlodeset/).
A villanykörte nem más, mint egy légüres teret biztosító
üvegbúra, amiben egy elektromosan vezető (korábban szénszál, ma általában
valamilyen Wolfram ötvözet) szál van elhelyezve, ami az áthaladó áram hatására
felizzik. Mivel a burában vákuum van, (így nincs oxigén sem) az izzószál nem
tud oxidálódni, azaz elégni, és így viszonylag sokáig használható marad. A
hátránya, hogy az általa használt energia csak egy részét (2-5%) alakítja
fénnyé, az energia többsége az izzás által keltett hőre megy el. (A világ
legrégebbi, máig működő izzója több mint 100 éve világít egyfolytában egy
amerikai tűzoltóságon, sőt saját Web kamerája is van: http://www.centennialbulb.org/cam.htm
)
A modernt technológia egyik vívmánya a LED, ami esetében egy
félvezető (dióda) bocsát ki fényt, amit hideg fénynek is neveznek, mivel ezen
esetben a befektetett energia javából fény lesz és csak töredéke alakul át
hővé. A fény
színe a félvezetőt szennyező (direkt belekevert) anyagoktól függ. Elsőként piros,
sárga, majd a zöld LED jelent meg még a 70-es években, majd a 90-es
években sikerült előállítani a kék LED-et is így lett lehetőség fehér fényt is
létrehozni (piros, zöld, kék LED-ek egyszerre használatával). A technológia fejlődésével létrejöttek az
úgynevezett „nagy fényerejű” LED-ek, melyek közel azonos áramerősség hatására
jóval nagyobb fényerőt biztosítanak. Nos nekem ezen nagy fényerejű LED-ekből kellett
egy jó pár tucat ahhoz, hogy elérhessem a kívánt világító hatást, mely már egy
színpadon is élvezhető minőséget nyújt majd a plexipengéknek.
Mivel a penge megvilágítandó felülete (a kéznél lévő vége) elég pici volt
(3mm*12 mm) sima LED-ekből alig pár darab fért volna el, ami még nagy fényerejű
esetén is kevés lett volna, így úgynevezett SMD LED-eket vettem.
A sima LED-ek egy 3mm, vagy annál nagyobb átmérőjű műanyagházba vannak beleöntve és az aljukon lógnak ki a pár centis érintkező vezetékek. Az SMD technológia lényege, hogy az ilyen technológiával gyártott alkatrészek mérete a töredéke a hagyományos „lábakkal” ellátott alkatrészeknek, nincs lábuk, az alkatrészt a hordozó felületre ragasszák és a végükön lévő pici érintkező felületekkel forrasztják a helyükre.
A sima LED-ek egy 3mm, vagy annál nagyobb átmérőjű műanyagházba vannak beleöntve és az aljukon lógnak ki a pár centis érintkező vezetékek. Az SMD technológia lényege, hogy az ilyen technológiával gyártott alkatrészek mérete a töredéke a hagyományos „lábakkal” ellátott alkatrészeknek, nincs lábuk, az alkatrészt a hordozó felületre ragasszák és a végükön lévő pici érintkező felületekkel forrasztják a helyükre.
Hagyományos lábakkal ellátott alkatrészek.
SMD alkatrészekkel szerelt áramköri lap
SMD LED:
Egy SMD LED mérete morzsányi, nem kézzel végzett szereléshez
gyártják, robotok szerelik be pl. egy okos telefonba, de ma már szinte minden
kisáramú eszköz SMD alkatrészekkel készül.
Mivel egy LED esetében nem elég csak az izzólámpáknál
használatos, hány Voltos és hány Wattos adat, és nem lehet őket simán az elemre
rákötni, kell egy kis számolás.
Egy átlagos LED (legyen az kis vagy nagy fényerejű) 10 mA
(mili Amper) áramerősséget kíván. Ez az az áramerősség, amikor a maximális
fényerőt leadja. Ennél kisebb áram esetén csökken a fényerő, nagyobb esetében,
pedig melegedni fog és károsodik. Szélsőséges esetben, ha csak simán rákötnénk
egy 9 V-os elemre, 1 perc sem kellene ahhoz, hogy tönkremenjen, így korlátozni
kell az áramot, amit egy megfelelő értékű ellenállással állíthatunk be.
A használt képletek melyekkel kiszámíthatjuk, a
villamosságtan egyik alap törvényére, Ohm törvényére alapulnak:
Az ellenállás értékének kiszámításához R = U / I , ahol az „R” az „Ellenállás” értéke Ohm-ban meghatározva, az „U” a „Feszültség” Voltban megadva és az „I” az „Áramerősség” Amper-ben megadva.
Az ellenállás teljesítményének kiszámításához P = U * I , ahol a „P” az a „Teljesítmény” Watt-ban megadva, az „U”, és az „I” pedig a korábban már taglalt „Feszültség” és „Áramerősség”.
Az ellenállás értékének kiszámításához R = U / I , ahol az „R” az „Ellenállás” értéke Ohm-ban meghatározva, az „U” a „Feszültség” Voltban megadva és az „I” az „Áramerősség” Amper-ben megadva.
Az ellenállás teljesítményének kiszámításához P = U * I , ahol a „P” az a „Teljesítmény” Watt-ban megadva, az „U”, és az „I” pedig a korábban már taglalt „Feszültség” és „Áramerősség”.
Egy LED (általánosítva), akkor világít a legjobban, ha 10 mA
áram folyik rajta keresztül.
Ha csak egy LED-et szeretnénk használni, akkor a hozzá kellő
ellenállás kiszámítása az általam választott 9V-os telep alapján az alábbiak
alapján alakul.
U = 9V (ha más telepet használunk, akkor annak a
feszültségét kell ide beírni)
I = 0,01 A (azaz 10 mili Amper)
I = 0,01 A (azaz 10 mili Amper)
R=U/I --- R = 9/0,01
azaz 900 Ohm. Mivel pontosan ilyen
értéket nem kapunk, az 1000 Ohm azaz 1 Kohm (Kilo Ohm) is megfelelő lesz, de ha
a boltban a pontos értéket mondjuk, adnak hozzá legközelebbi értéket.
Amit meg kell még határozni (bár 1 LED esetén nem számottevő), hogy az ellenálláson átfolyó áram alapján mekkora teljesítményű (Watt) ellenállás kell. Ha kicsi a teljesítmény a rajt átfolyó áramhoz képest, az ellenállás melegedni fog, ami lehet akár 100 vagy annál több Celsius fok, így azon kívül, hogy az ellenállás tönkremegy (ha az ellenállás tönkremegy akár a LED-ek is tönkre mehetnek), égési sérülést, de szélsőséges esetben akár tüzet is okozhat.
Amit meg kell még határozni (bár 1 LED esetén nem számottevő), hogy az ellenálláson átfolyó áram alapján mekkora teljesítményű (Watt) ellenállás kell. Ha kicsi a teljesítmény a rajt átfolyó áramhoz képest, az ellenállás melegedni fog, ami lehet akár 100 vagy annál több Celsius fok, így azon kívül, hogy az ellenállás tönkremegy (ha az ellenállás tönkremegy akár a LED-ek is tönkre mehetnek), égési sérülést, de szélsőséges esetben akár tüzet is okozhat.
U = 9V
I = 0,01 A
P=U*I ---- P = 9 * 0,01 azaz 0,09 W. Mivel ilyen Watt értékű ellenállást nem lehet kani a 0,5 vagy 0,75 W-os ellenállások tökéletesen megfelelnek erre a célra. Itt is igaz, hogy elég, ha megmondjátok a boltban mi jött ki eredményként és adnak a hozzá legközelebbi értékből, de az sose baj, ha nagyobb, a Watt érétkű. Inkább nagyobb legyen, mint kisebb, a már említett melegedés elkerülése végett.
I = 0,01 A
P=U*I ---- P = 9 * 0,01 azaz 0,09 W. Mivel ilyen Watt értékű ellenállást nem lehet kani a 0,5 vagy 0,75 W-os ellenállások tökéletesen megfelelnek erre a célra. Itt is igaz, hogy elég, ha megmondjátok a boltban mi jött ki eredményként és adnak a hozzá legközelebbi értékből, de az sose baj, ha nagyobb, a Watt érétkű. Inkább nagyobb legyen, mint kisebb, a már említett melegedés elkerülése végett.
A boltban lehet kérdezni fogják, milyen tűrésű ellenállást
kérünk, erre válaszként a „legolcsóbbat” mondjuk, de ha nagyon hozzáértőnek
szeretnétek tűnni, az 1%-os tűrés is jó válasz J.
Mivel nem egy LED-et, hanem 12 db-ot akartam használni
el kellett dönteni, hogy sorba akarom kötni a LED-eket, vagy párhuzamosan. Soros LED kapcsolás 4 LED-el (ha 12 akkor egymás után 12-t kell bekötni, stb.)
Párhuzamos LED kapcsolás 4 LED-el (ha 12 akkor 12
LED-et kell párhuzamosan kötni stb.)
Ha sorosan kötjük, az áramkörben az áramerősség végig 10 mA,
de mivel minden LED 3 V-os feszültséget kíván a megfelelő működéshez, a telep
feszültségének 3V*LED-ek száma, azaz 36V-os telepet kellene használni.
Mivel nem akar senki egy kisebb aktatáskát maga után cipelni
elemkészlet gyanánt, így ebből adódik, hogy a nekünk a megfelelő kapcsolási
metódus a párhuzamos kötés, amikor az áramkörben a párhuzamos kötés miatt az
össz áramerősség 10mA * LED-ek számával. Azaz 120 mA.
A számítás az alábbiak alapján alakul.
U = 9V
I = 0.12 A (0,01 A * a LED-ek számával)
R=U/I --- R = 9/0,12 azaz 75 Ohm
I = 0.12 A (0,01 A * a LED-ek számával)
R=U/I --- R = 9/0,12 azaz 75 Ohm
Mivel 120 mA már számottevő lehet, meg kell határozni az
ellenállás teljesítményét is.
U = 9V
I = 0,12 A
P=U*I ---- P = 9 * 0,12 azaz 1,08 W. Ami kerekítve 1 W. Ez melegedni fog picit, így inkább kérjünk 2W-ost, felfelé eltérve a kapott értéktől.
U = 9V
I = 0,12 A
P=U*I ---- P = 9 * 0,12 azaz 1,08 W. Ami kerekítve 1 W. Ez melegedni fog picit, így inkább kérjünk 2W-ost, felfelé eltérve a kapott értéktől.
Aki pontosabban szeretné kiszámítani a szükséges ellenállás
értékét, alább található egy nem ”közelítő” számításra használható Weblap. A
fenti magyarázatban nem akartam belekeverni a plusz dolgokat, és „leadni” a Villamosságtan
alapjait, és megfelelő értékeket kapsz így is, de ha pontosan akarod, akkor a
honlap mindent kiszámol helyetted.
A kívánt fényhatás eléréséhez egy egységbe, 12 db nagy
fényerejű LED-et szereltem. Az SMD alkatrészekkel elég nehéz dolgozni, mert
aprók és vigyázni kell, nehogy túlmelegítsük, és ezzel tönkretegyük őket.
Forrasztási tapasztalat elengedhetetlen, bár próbálkozni szabad J
A kézi szereléshez egy 8*os nagyítót használtam, és egy forrasztást könnyítő „harmadik kezet”
A kézi szereléshez egy 8*os nagyítót használtam, és egy forrasztást könnyítő „harmadik kezet”
A forrasztópáka sem lehet akármilyen, hogy az alig 1 mm-es
forrasztási felületeket szerelni tudjuk. Legjobb egy „tűpáka” vagy egy profi
Weller páka aminek szabályozható a hőmérséklete (könnyen megsüthetjük a pici
alkatrészt túl nagy hővel, vagy ha sokáig tesszük ki hőnek) és a legvékonyabb
forrasztócsúcsot szereltem bele. (nekem
Weller van, 30 éves de tökéletesen működik ma is :) )
Hagyományos
(tompa nagy heggyel rendelkező) de a célra nem megfelelő páka
Úgynevezett
tűpáka, hegyes, vékony forrasztócsúccsal
Weller Páka
A LED-eket
egymás mellé tettem, felragasztottam egy pici hordozó felületre (vastagabb
műanyagfólia),és az oldalukon lévő forrasztási pontokat egy melléjük fektetett
drótdarabbal (egy ellenállás lába volt) oldalanként összeforrasztottam, így
kaptam meg a plexi élére már felszerelhető LED egységet, aminek a mérete 2 mm *
15mm lett. Amikor elsőként bekapcsoltam próbaképp,
méga pengékre való felszerelés előtt, engem is meglepett,
milyen erős vakító zöld fénnyel világított, annyira, hogy bele sem tudtam nézni
J
Innen már csak a készre szerelés következett. A LED csíkot
meleg ragasztóval rögzítettem a plexi penge végére, és sorba kötöttem a
kapcsolóval, elemmel és ellenállással. Kapcsolóként egy apró nyomókapcsolót
használtam, amit egy kis műanyagcsőbe ragasztottam be és így marokra fogva pont
a nagyujjunkkal lehetett ki/be kapcsolni. A kész egység igen frankón
világított. J
-Balázs próbál a munkálatok közben :)
--kész eredmény, minél sötétebb van, annál jobb :)
* Itt olvashatsz többet a fény
törésről a határszögről.
