熱能轉化為機械能教學實驗裝置的製作方法

2023-04-27 14:38:06 2

專利名稱：熱能轉化為機械能教學實驗裝置的製作方法
技術領域：
熱能轉化為機械能教學實驗裝置技術領域[0001]本實用新型涉及物理教學實驗裝置技術領域，特別涉及熱能轉化為機械能教學 實驗裝置。
背景技術：
[0002]機械能轉換為內能、內能轉換為機械能是中學物理教學的十分重要和不可缺少 的內容。傳統的物理教學中，本實驗的一般是利用「壓縮引火儀」進行，方法是取適量 硝化棉或蘸有乙醚的棉花球放入壓縮引火儀氣缸內，然用使用活塞壓縮氣缸內部氣體， 硝化棉或棉花球內的乙醚燃燒後氣缸內氣壓增加把活塞迅速向上彈起，從而驗證熱能可 以轉化為機械能。實驗雖然比較直觀地展現了熱能轉化為機械能的過程，但是實驗過程 過於複雜，而且乙醚的用量更加不好掌握，用量太少，演示效果不明顯；用量太多則增 加實驗的危險性。很多老師使用這種傳統的方式做此實驗時，常常會碰上一些尷尬的場 面，在課前準備實驗時，能一次成功，非常順利，而拿到教室裡給學生演示時，卻很難 成功，影響了課堂的教學效果。因此傳統實驗裝置和方法的「難引燃、易斷裂和引燃物 難覓」是困惑廣大教師的難題。[0003]本熱能轉化為機械能教學實驗裝置結構簡單、操作安全方便、效果明顯，便於 演示和觀察，可以大大提高實驗教學的效果。發明內容[0004]本實用新型提供一種熱能轉化為機械能教學實驗裝置，該裝置結構簡單、操作 安全方便、成功率高、效果明顯，可以大大提高實驗教學的效果。[0005]本實用新型主要由一個以高強度硼化玻璃為材料製成的呈反「L」型的熱能轉化 為機械能操作單元和一個由惠斯能電橋構成的溫度監測單元構成。在熱能轉化為機械能 操作單元的直徑較小的圓筒內安裝有活塞(B)，活塞的上部裝有指針(F)，在直徑較小圓 筒旁固定有一個標尺(R)。在直徑較大的圓筒內安裝有一個20ΚΩ的熱敏電阻(Rt)及一 個電發熱元件(Wl)，溫度探測輸出端(Ni、N2)通過兩根導線穿過容器(Ml)的外壁與 熱敏電阻(Rt)兩端連接，電發熱元件(Wl)通過導線穿過容器(Ml)的外壁通過一個電 鍵(K2)與電源(P2)連接。電阻(Rl、R2)、電位器(R3)、檢流計(G)、直流電源Pl 組成溫度監測單元。當溫度監測單元的XI、X2所連接的熱敏電阻(Rt)的阻值發生變化 時，檢流計的指針將發生較大的擺動。因為熱敏電阻(Rt)置於容器(Ml)內部，當(Ml) 內部溫度變化時，熱敏電阻(Rt)的阻值將發生較大變化，檢流計的指針將發生較大的擺 動。由於容器(Ml)是密閉的，當容器(Ml)受熱時其內部氣體會膨脹，進而會推動活塞 (B)向上運動，這時固定在活塞上端的指針(F)也將同步向上運動，藉助其旁邊安裝的標 尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運動方向和距離。同樣，當容器(Ml)冷卻時其內部 氣體會收縮，進而會拉動活塞(B)向下運動，這時固定在活塞上端的指針(F)也將同步向 下運動，藉助其旁邊安裝的標尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運動方向和距離。3[0006]實驗時可以通過閉合電鍵(K2)使電發熱元件(Wl)工作為容器(Ml)加熱，也 可以使用酒精燈直接對容器(Ml)底部(直徑較大的圓筒的底部)加熱，這時容器(Ml) 受熱其內部氣體會膨脹，進而會推動活塞(B)向上運動，固定在活塞上端的指針(F)也 將同步向上運動，藉助其旁邊安裝的標尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運動方向和距 離。當切斷電源，停止加熱後，當容器(Ml)冷卻時其內部氣體會收縮，進而會拉動活塞 (B)向下運動，這時固定在活塞上端的指針(F)也將同步向下運動，藉助其旁邊安裝的標 尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運動方向和距離，通過這種現象說明熱能使容器(Ml) 內氣體的內能發生了變化並通過容器(Ml)內氣體對活塞(B)做了功，熱能轉化為了機械 能。與此同時通過溫度監測單元可以直觀的觀察到容器(Ml)內部的溫度的變化情況， 進而可以通過對容器(Ml)內部的溫度的變化與活塞運動的狀態的比較更明確直觀的理解 熱能與機械能轉化的現象。利用本裝置可以簡捷方便的完成熱能轉化為機械能的演示實 驗並可大大提高實驗教學的效果。


[0007]圖1為本實用新型實施例的熱能轉化為機械能操作單元示意圖。[0008]圖2為本實用新型實施例的溫度監測單元內部電路圖。
具體實施方式
[0009]
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。[0010]如圖1及圖2所示，本實用新型主要由一個以高強度硼化玻璃為材料製成的呈反 「L」型的熱能轉化為機械能操作單元和一個由惠斯能電橋構成的溫度監測單元構成。[0011]圖1中Ml是以高強度硼化玻璃為材料製成的由兩個直徑不同相互貫通的圓筒 構成的呈反「L」型的型容器，大圓筒的直徑約為5cm，圓筒高15cm，小圓筒直徑約為 2cm,圓筒長20cm，由於本例中加熱部分的圓筒的直徑較大，可以提高實驗時活塞運行 的行程，使實驗的效果更好。在直徑較小的圓筒內安裝有活塞(B)，活塞的上部裝有指 針(F)，在小圓筒旁固定有一個標尺(R)。在直徑較大的圓筒內安裝有一個20ΚΩ的熱 敏電阻(Rt)及一個電發熱元件(Wl)，溫度探測輸出端(Ni、N2)通過兩根導線穿過容器 (Ml)的外壁與熱敏電阻(Rt)兩端連接。電發熱元件(Wl)通過導線穿過容器(Ml)的 外壁通過一個電鍵(K2)與電源(P2)連接。[0012]圖2中，電阻(Rl、R2)、電位器(R3)、檢流計(G)、電源開關(kl)直流電源 (Pl)及XI、X2端連接的熱敏電阻(Rt)組成一個惠斯通電橋，封裝在一個塑料盒中，構 成溫度監測單元，用於監測容器(Ml)內部溫度變化。R3是一個100ΚΩ電位器，用來 調節檢流計(G)的靜態示數。當電橋中XI、X2所連接的熱敏電阻(Rt)的阻值發生變化 時，檢流計(G)的指針將發生較大的擺動。因為熱敏電阻(Rt)置於容器(Ml)內部，當 (Ml)內部溫度變化時，熱敏電阻(Rt)的阻值將發生較大變化，檢流計的指針將發生較大 的擺動(按本實施例中的電流方向，當熱敏電阻Rt溫度升高時阻值會變大，而當熱敏電 阻Rt阻值升高時，檢流計的指針按順時針向右發生較大偏轉，藉此同步指示容器內溫度 的變化)。由於容器(Ml)是密閉的，當容器(Ml)受熱時其內部氣體會膨脹，進而會推 動活塞(B)向上運動，這時固定在活塞上端的指針(F)也將同步向上運動，藉助其旁邊安裝的標尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運動方向和距離。同樣，當容器(Ml)冷卻時 其內部氣體會收縮，進而會拉動活塞(B)向下運動，這時固定在活塞上端的指針(F)也將 同步向下運動，藉助其旁邊安裝的標尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運動方向和距離。 Sl是一個可以可開關的排氣閥門，用於初始化容器(Ml)內的氣壓狀態。[0013]實驗時，將溫度監測單元的探測輸入端(XI、X2)分別連接到熱能轉化為機械 能單元的溫度探測輸出端(Ni、N2)上，然後打開排氣閥門61)將活塞(B)放回到起始 位置(最下端)後再關閉排氣閥門61)，關閉電源開關(K1)，調節(R3)使檢流計(G) 的靜態示數指向「0」。然後，可以通過閉合電鍵(K2)使電發熱元件(Wl)工作為容器 (Ml)加熱，也可以使用酒精燈直接對容器(Ml)底部(直徑較大的圓筒的底部)加熱， 這時容器(Ml)受熱其內部氣體會膨脹，進而會推動活塞(B)向上運動，固定在活塞上端 的指針(F)也將同步向上運動，藉助其旁邊安裝的標尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運 動方向和距離。當切斷電源，停止加熱後，當容器(Ml)冷卻時其內部氣體會收縮，進 而會拉動活塞(B)向下運動，這時固定在活塞上端的指針(F)也將同步向下運動，藉助其 旁邊安裝的標尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運動方向和距離，通過這種現象說明熱能 使容器(Ml)內氣體的內能發生了變化並通過容器(Ml)內氣體對活塞(B)做了功，熱能 轉化為了機械能。與此同時通過溫度監測單元可以直觀的觀察到容器(Ml)內部的溫度 的變化情況，進而可以通過對容器(Ml)內部的溫度的變化與活塞運動的狀態的比較更明 顯直觀的理解熱能與機械能轉化的現象。[0014]利用本裝置可以使學生更直觀真切的觀察和理解熱能轉化為機械能的現象，大 大提高了實驗的成功率和實驗教學的效果。[0015]該裝置結構簡單、操作方便、效果明顯便於演示和觀察，可以大大提高實驗教 學的效果。[0016]本實施例中熱敏電阻(Rt)選用溫度係數較高的具有正溫度係數(PTC)型，額定 電壓為6V的20ΚΩ熱敏電阻；Rl、R2選用20ΚΩ的碳膜電阻，電位器(R3)為100K Ω 的小型電位器，檢流計(G)選用AC15型直流復射式檢流計；直流電源選用6V直流電 源，可用四節AA電池串聯組成，其它元件無特殊要求。
權利要求1. 一種熱能轉化為機械能教學實驗裝置，包括一個熱能轉化為機械能操作單元和一 個溫度監測單元，其特徵在於熱能轉化為機械能操作單元由兩個直徑不同相互貫通的以 高強度硼化玻璃為材料的圓筒構成的呈反「L」型容器構成，直徑較小的圓筒內安裝有活 塞，活塞的上端安裝有指針，在直徑較小的圓筒旁安裝有標尺上，直徑較大的圓筒內安 裝有一個熱敏電阻(Rt)和電發熱元件(Wl)，溫度探測輸出端(Ni、N2)通過兩根導線穿 過容器(Ml)的外壁與熱敏電阻(Rt)兩端連接，電阻(Rl、R2)、電位器(R3)、檢流計 (G)、直流電源(Pl)組成溫度監測單元。
專利摘要本實用新型涉及物理教學實驗裝置技術領域，特別涉及熱能轉化為機械能教學實驗裝置。本實用新型提供一種熱能轉化為機械能教學實驗裝置。本實用新型主要由一個熱能轉化為機械能操作單元和一個溫度監測單元構成。實驗時加熱容器(M1)，其內部氣體會膨脹會推動活塞(B)向上運動，停止加熱後，容器(M1)逐漸冷卻，內部氣體收縮會拉動活塞(B)向下運動，這種現象說明熱能通過容器(M1)內氣體對活塞(B)做了功，熱能轉化為了機械能。與此同時通過監測容器(M1)內部的溫度的變化與活塞運動的相關情況，更直觀的理解熱能與機械能轉化的現象。利用本裝置可以方便的完成熱能轉化為機械能的演示實驗提高實驗教學的效果。
文檔編號G09B23/06GK201812408SQ20102056282
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者柳延東 申請人:柳延東