świat dysku

Pogodynka


Zobacz więcej z kategorii: szerzej o twórczości

Inżynieria wsteczna Steppera

2012-07-27 18:54:35

Steven Baxter i Terry Pratchett w The Long Earth wymyślili niezwykły obiekt sci-fi. Niestety Stepper przedstawiony na diagramie autorstwa Richarda Shailera posiada wiele błędów i braków w połączeniach sprawiających, że odtworzenie go w rzeczywistości staje się bardzo frustrującym zajęciem. Dzięki uprzejmości Kurta Nalty to, co do tej pory pozostawało jedynie w sferze domysłów i fantazji, nabiera realnych kształtów.

Zastanawia was jak działa urządzenie z The Long Earth w którym jako główne źródło energii używany jest ziemniak? Postaramy się wszystko wyjaśnić krok po kroku.

Jak zapewne pamiętacie Dzień Przejścia był, a właściwie będzie, w 2015 roku. Dla tych którzy chcieliby przejść wcześniej (Pośpieszalscy!) przedstawiamy schemat Steppera i wszelkie potrzebne objaśnienia pomagające przy budowie.

Schemat:
Stepper schemat


Objaśnienia (od lewej do prawej):
Ziemniak (najlepiej odmiany Russet Red).
Obecność ziemniaka pozwala na użycie obecnego w nim kwasu fosforowego jako elektrolitu dla baterii zasilającej. Każdy ziemniak powinien zadziałać, podobnie jak każdy z owoców cytrusowych oraz jakikolwiek pikantny korzeń. Polecamy ziemniaka odmianę Russet jako potencjalne źródło pożywienia w przyszłości. W przypadku wyższej konieczności należy wyjąć ziemniaka z urządzenia, wykroić z niego „oczka” i posadzić na wzgórzu, w dobrze nasłonecznionym miejscu, wygodnym do przyszłych zbiorów. Jak już powiedzieliśmy, pomarańcze również zadziałają. Grejpfruty też. Cytryny także. Działają również jabłka z ogrodu sąsiada. To twój wybór.

Miedź
Autor projektu użył 14 miedzianych przewodów wyciągniętych ze zezłomowanego Romexa. Prawdziwe miedziaki sprzed 1982 roku działają również bardzo dobrze.

Cynk
W projekcie użyto pasków cynku wyciętych z blachy do pokrywania dachów o nazwie „Moss Boss” Rolka tego materiału kosztuje około 30$ i będzie wystarczająca do zmontowania setek stepperów.

Jako alternatywę można zastosować trochę współczesnych miedziaków i papieru ściernego (400-tki). Papier należy umieścić na płaskiej powierzchni, warstwą trącą do góry. Załóż rękawiczki, by ochronić skórę na palcach w wypadku niespodziewanego poślizgu. Następnie pocieraj miedziakiem po papierze ściernym, rysując kształt ósemki (możesz też sobie wmówić, że rysujesz symbol nieskończoności – nada to twojej pracy większego sensu), aż do momentu kiedy warstwa miedzi zostanie starta i pozostanie sam cynk. Następnie odwróć monetę i powtarzaj zabieg. Potem obróć monetę na brzeg i pozbądź się ostatnich pozostałości miedzi. Będziesz miał w rezultacie cienką cynkową blaszkę która zadziała doskonale jako ujemny biegun baterii.

Kondensator C1 o pojemności 1000 uF
Kondensator elektrolityczny do montażu powierzchniowego. Firmy Mouser (numer w katalogu: # 661-EMV-6R3ADA102MJA do kupienia za 0,28$. Autor poleca 6,3 V kondensator United Chemicon, ale każdy inny z niską zastępczą rezystancją szeregową zadziała prawidłowo. Powodem do zastosowania montażu powierzchniowego jest chęć uniknięcia lutowania galwanicznego, które mogłoby doprowadzić do tzw. zimnych lutów. Jeśli jednak będziecie zmuszeni do zastosowania takiego rodzaju połączenia, przed uruchomieniem koniecznie przeprowadźcie test kompatybilności magnetycznej. Prawdziwym wstrząsem dla młodego inżyniera może okazać się, że po Przejściu odnajdzie mnóstwo niepołączonych części w urządzeniu.

Należy również zwrócić uwagę na oznaczenia biegunowości na kondensatorze. Znak minus powinien być podłączony do pasków cynku by zapobiec uszkodzeniu kondensatora.

Element ten jest przeznaczony przede wszystkim do magazynowania energii w przypadku Przejścia. Pojemność baterii jest mała, oscyluje od 10 do 100 uF i jest niewystarczająca do uruchomienia oscylatora diody tunelowej. Bateria jednak może zostać naładowana do 1000 uF w około 10 sekund. Natężenie prądu w kondensatorze jest zdecydowanie większe niż baterii w stanie równowagi i zapewnia 25 milisekundowe „Okno Przejścia”. Jednak rozładowywanie kondensatora podczas każdego skoku i długi czas ponownego ładowania, powodują, że zaleca się jedynie pojedynczy skok po aktywacji urządzenia.

Uwaga! Użycie kondensatora o większej pojemności lub stosowanie wyższego napięcia w baterii, może spowodować zawieszenia urządzenia. Nie próbujcie udawać „Pana Złotej Rączki” przy Przejściu, chyba, że zgubicie się i nie będziecie mieć innego wyjścia.

K1 – Przełącznik Rockera
Elektro-przełącznik RK8001 lub C&K 7105J1CQE2. To najdroższa część zestawu. Kosztuje około 8$ i trochę drobnych. Wymaga także poświęcenia uwagi przed użyciem go podczas Przejścia. Przeprowadź test kompatybilności magnetycznej. RK8001 jest najczęściej zbudowany z berylowego rdzenia i miedzianej sprężyny, jednak w niektórych produktach zastosowana sprężyna wykonana ze stali (żelazo i stal źle znoszą Przejście). 7105 dodatkowo oprócz żelaznej sprężyny może mieć wykonane z tłoczonego metalu oprzyrządowanie. JEŚLI twój przełącznik przejdzie test możesz używać go bez problemów. W przeciwnym wypadku przyklej czterocalowy pasek z czarnej taśmy izolacyjnej dookoła przełącznika. Taśma ta pozwoli na powrót przełącznika do pozycji wyjściowej po Przejściu. Dodatkowo uchroni niepożądanemu powtórnemu Przejściu zaraz po pierwszym.
Oba rodzaje przełączników używają niezawierających żelaza styków, więc możemy ich używać bez żadnych obaw.

Z trzech pinów wyprowadzonych z przełącznika, środkowy z nich (oznaczony jako C), służy do zasilenia przełącznika. Łączy on biegun dodatni z pinem C1 baterii. Pozostałe dwa wyprowadzenie prowadzą odpowiednio do cewek L1 i L2.
Konsekwencją nieprawidłowego wyprowadzenia z pinów przełącznika będzie… nieporozumienie przy zbiorowym Przejściu, pomiędzy tobą i twoimi kolegami na Wschodzie i Zachodzie. Przed wykonywaniem Przejść Grupowych powinieneś zsynchronizować oznaczenie Wschodu i Zachodu na waszych stepperach. Jeśli pozostawisz pewien zapas przewodów wyprowadzonych z przełącznika, możesz z łatwością zamienić ze sobą wyprowadzenia powodując synchronizację urządzeń.

Cewka L1
7 zwojów ciasno nawiniętego miedzianego przewodu (14-tka) na rurę PVC o średnicy 3/4 cala. 14-tka to rodzaj przewodu miedzianego sprzedawanego w większości sklepów elektronicznych. Jeśli gdzieś dookoła was będą leżeć walające się resztki zezłomowanego Romexa, to przewód uziemienia z tego zestawu nada się doskonale do nawinięcia potrzebnej wam cewki. Pod żadnym pozorem NIE USUWAJ przewodów uziemiających z obudowy urządzenia ani z samych cewek.
„Ciasno nawinięty” oznacza, że przewody maja być jak najbliżej siebie nawinięte. Po nawinięciu rura PVC zostanie usunięta a my dostroimy urządzenie poprzez odpowiednie wymodelowanie odległości między zwojami w cewkach.

Cewka L2
5 zwojów ciasno nawiniętego przewodu miedzianego (jak wyżej) na jednocalową rurę PVC.

Kondensator C2 o pojemności 0,1 uF
Kondensator (nr. Katalogowy MLCC SMT). Koszt - 0,06 $. Autor projektu używa kondensatora firmy Vishay # VJ1206V104ZXJPBC 16V w obudowie 1206 SMT. Obudowa ta jest wystarczająco duża by móc ją przylutować do naszego projektu ręcznie.
Oczywiście należy pamiętać by lut wykonać dokładnie a wszelkie niedokładności mogące stanowić niechcianą ścieżkę przewodzenia usuwać przy pomocy odpowiednich narzędzi (Dreemek Tool Knife).
Kondensator C2 jest uruchamiany aktywnością cewki L1 lub L2 a pojemność rozproszona (powodowana obecnością wody w twoim organizmie) powoduje ustawienie częstotliwości rezonansowej oscylatora diody tunelowej.
Pojemność kondensatora C2 może wahać się niemal o 20%, ale możemy ją dostrajać przez ustawienie odstępów między zwojami cewek.

Dioda tunelowa CR1
Diody tunelowe, zwane również diodami Esakiego nie są raczej przedmiotem do kupienia w pierwszym lepszym sklepie elektronicznym. Można je jednak czasem dostać w kosmicznych cenach na stronach firmy M-Power. Jeśli jednak nie będziecie mieć dostępu do tego elementu możecie spróbować wykonać swoją własną diodę tunelową, postępując zgodnie z projektem Nylea Steiner’a (LINK).
Zaczynamy od wycięcia paska aluminium o wymianach 2 na 1 cala z pustej puszki po coli. Po oczyszczeniu paska z farby przylutuj do górnego lewego rogu czerwony przewód (czerwony kolor oznaczy nasz dodatni biegun). Technika lutowania wymaga by umieścić kroplę roztopionej cyny, a potem przy użyciu przewodu należy zadrapać powierzchnię aluminium pod kroplą i pozostawić lut do stwardnienia. Aluminium bardzo szybko reaguje z powietrzem dlatego po oczyszczeniu należy powierzchnię zabezpieczyć przed dostaniem się powietrza. Jeżeli twój lut nie będzie się trzymał po prostu powtórz proces raz jeszcze. Nie od razu Rzym zbudowano.

Kiedy już przewód będzie przylutowany do paska aluminium wygnij pasek w kształt przypominający literę „U”. Następnie przy pomocy gorącego kleju przymocuj metal do kawałka plastiku o wymiarach 2 na 1 cala (autor użył kawałka starego pudełka na kasety magnetofonowe). Po przymocowaniu aluminium zadbaj również o przymocowanie wyprowadzonego przewodu (z jakiegoś powodu luźne przewody zwisające w urządzeniu mają tendencję do zrywania się bez konkretnej przyczyny).
Musimy teraz wykonać podobny zabieg aby przymocować czarny przewód do wyprowadzenia bieguna ujemnego. Biegun ten jest cynkowym terminalem. Wykonuje się go przy pomocy kropli roztopionego cynku łączącej dwa końce aluminium ścieżką przewodzącą. Pamiętajcie, że ma być ona prosta bez żadnych nierównych krawędzi.

Celem całego zabiegu jest wytworzenie diody tunelowej, gdzie cienkie warstwy tlenku aluminium i tlenku cynku są nieprzewodzącą barierą, przez którą (przy podłączonym napięciu) elektrony powinny tunelować przez barierę izolacyjną.
Jeśli posiadasz multimetr lub oscyloskop powinieneś zweryfikować ujemną rezystancję wsteczną przy zmiennym (w przedziale od 0.2 do 0.7 V) zasilaniu.
Jeśli wasza dioda przeszła test, poklepcie się krzepiąco po plecach, bo wykonaliście w takim wypadku kawał dobrej roboty, a następnie przyklejcie gotową diodę na tej samej płytce montażowej, na której umieścicie pozostałe elementy steppera. Po ostygnięciu kleju sprawdźcie poprawność działania diody. Jeśli działa można podłączyć pozostałe elementy.
Kiedy już zainstalujemy diodę czerwony przewód wyprowadzony z niej podłącz do cewki, a przewód czarny do pasków cynku z baterii zasilającej.

Obudowa
Nie jest ona pokazana na schemacie. Tak naprawdę to pudełko najmniej powinno nas interesować. Autor używa plastikowego pudełka na długopisy (które pozostało mu jeszcze z czasów szkolnych) dostępnego w dowolnym sklepie za 3$ i trochę drobnych. Przełącznik montujemy na górze pudełka a ziemniak i pozostałe elementy doskonale zmieszczą się w środku. Jest to wygodne w przypadku jakiejkolwiek awarii – masz łatwy dostęp do wszystkich elementów.

Dostrajanie
Kiedy już złożycie obudowę będziesz zapewne niecierpliwi i od razu przetestujecie wasz projekt. Autor zapewnia powołując się na własne doświadczenie: TWOJE URZĄDZENIE NIE BĘDZIE DZIAŁAĆ. Dlaczego? Cóż. Jesteśmy wielkimi workami wody (cytat ze Star Terk – oni znają się na rzeczy). A jak zapewne wiecie woda jest niemal 80 raz lepszym przewodnikiem niż próżnia. Pojemność ciała uczestniczy w obwodzie. Trzeba też zwrócić uwagę na to ile się waży oraz w którym miejscu trzyma się pudełko, gdyż wszystkie te parametry wpływają na częstotliwość synchronizacji urządzenia.
Pewnie już nieraz słyszeliście, że każda osoba musi sama skończyć budowę swojego urządzenia i dostroić je do siebie. To przyjemna fikcja pozwalająca na zmniejszenie liczby dzwoniących na infolinię producenta. W tym wypadku jednak działa. Po jednorazowym dostrojeniu, jeśli wraz ze znajomymi jesteście podobnej budowy, możecie bez problemu wymieniać się swoimi stepperami. Może się okazać, że będziecie musieli je trzymać pod innym kątem, lub przy wyciągniętej ręce, albo blisko ciała, jednak po dostrojeniu bez większych problemów uda się je dostroić i używać cudzego urządzenia.

Dostrojenie urządzenia powinno rozpocząć się z samego rana (tak naprawdę nie jest konieczne by było to o świcie jednak to wydaje się odpowiednie). Wybierz kierunek (powiedzmy Wschód) i nie zmieniaj go aż do osiągniecia sukcesu. Miej pewność, że wiesz w którym położeniu znajduje się przełącznik. Rozciągnij nieco zwoje w cewce i spróbuj włączyć urządzenie. Jeśli nie zadziała spróbuj zwiększać stopniowo odległość miedzy zwojami cewki i powtarzaj test. Jeśli cewka w wyniku tego zabiegu zwiększy swoją długość o 40% a tobie nie uda się Przejść oznacza to, że przegapiłeś odpowiednią da siebie odległość zwojów w cewce. W takim wypadku musisz ścisnąć zwoje do stanu początkowego i powtórzyć cały proces.
Jeśli dostrojenie do Wschodu zadziałało prawidłowo powtórz ustawienie dla drugiej cewki kierując się cały czas na Zachód. Jeśli osiągniesz sukces ze Wschodem, a urządzenie nie zadziała z Zachodem… cóż… czeka Cię dłuuuga droga do domu. (Powiedziałeś swoim doświadczonym w podróżach pomiędzy równoległymi światami kolegom gdzie się wybierasz, co nie?)

Jak to działa?
Według Hugha Evertta wszechświaty są ze sobą połączone w każdej możliwej konfiguracji. Każdy z nich da się opisać równaniem funkcji, które praktycznie dla każdego z nich jest takie samo, różniąc się tylko jedną zmienną. Będąc niesymetryczne względem siebie przenikają i oddziałują na siebie, powodując niekiedy przeskok porcji energii między nimi.

Miejsce, w którym dochodzi do takiej wymiany, gdzie faza wszystkich równań wszechświatów zbiega się, nazywane jest (z braku lepszej nazwy) Międzywierszem. Topologia jaką można opisać Międzywiersz odpowiada tej, na której opiera się 4 - wymiarowa teoria torusa (dwuwymiarowa powierzchnia obrotowa, zanurzalna w przestrzeni trójwymiarowej, powstała przez obrót okręgu wokół prostej leżącej w tej samej płaszczyźnie i nieprzecinającej go). Wszechświaty, których przesuniecie fazowe wynosi wielokrotności 180 stopni są najbardziej podatne na przeskok energii. Dzięki stepperowi możliwe jest odwrócenie fazy oddzielającej równoległe rzeczywistości (co powoduje sprowadzenie przesunięcia fazowego miedzy światami do zera), dając energii szansę na Przejście.

Co dalej?
Pozostaje tylko poznać niezwykłą mnogość światów poza Dantum. Podróżujcie bezpiecznie. Jeśli… hmmm… kiedy już wrócicie z podróży z niecierpliwością czekamy na wasze opowieści.

Przetłumaczone i opublikowane za uprzejmą zgodą Kurta Nalty

Zobacz powiązane książki: Long Earth

Autor: Marek Sobczak