專利名稱：熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能教學(xué) 實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
[0002]機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能、內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能是中學(xué)物理教學(xué)的十分重要和不可缺少 的內(nèi)容。傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，本實(shí)驗(yàn)的一般是利用“壓縮引火儀”進(jìn)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(nèi)，然用使用活塞壓縮氣缸內(nèi)部氣體， 硝化棉或棉花球內(nèi)的乙醚燃燒后氣缸內(nèi)氣壓增加把活塞迅速向上彈起，從而驗(yàn)證熱能可 以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。實(shí)驗(yàn)雖然比較直觀地展現(xiàn)了熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程，但是實(shí)驗(yàn)過(guò)程 過(guò)于復(fù)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(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。很多老師使用這種傳統(tǒng)的方式做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，常常會(huì)碰上一些尷尬的場(chǎng) 面，在課前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí)，能一次成功，非常順利，而拿到教室里給學(xué)生演示時(shí)，卻很難 成功，影響了課堂的教學(xué)效果。因此傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)化為機(jī)械能教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作安全方便、效果明顯，便于 演示和觀察，可以大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型提供一種熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作 安全方便、成功率高、效果明顯，可以大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。[0005]本實(shí)用新型主要由一個(gè)以高強(qiáng)度硼化玻璃為材料制成的呈反“L”型的熱能轉(zhuǎn)化 為機(jī)械能操作單元和一個(gè)由惠斯能電橋構(gòu)成的溫度監(jiān)測(cè)單元構(gòu)成。在熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 操作單元的直徑較小的圓筒內(nèi)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(gè)標(biāo)尺(R)。在直徑較大的圓筒內(nèi)安裝有一個(gè)20ΚΩ的熱敏電阻(Rt)及一 個(gè)電發(fā)熱元件(Wl)，溫度探測(cè)輸出端(Ni、N2)通過(guò)兩根導(dǎo)線穿過(guò)容器(Ml)的外壁與 熱敏電阻(Rt)兩端連接，電發(fā)熱元件(Wl)通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)容器(Ml)的外壁通過(guò)一個(gè)電 鍵(K2)與電源(P2)連接。電阻(Rl、R2)、電位器(R3)、檢流計(jì)(G)、直流電源Pl 組成溫度監(jiān)測(cè)單元。當(dāng)溫度監(jiān)測(cè)單元的XI、X2所連接的熱敏電阻(Rt)的阻值發(fā)生變化 時(shí)，檢流計(jì)的指針將發(fā)生較大的擺動(dòng)。因?yàn)闊崦綦娮?Rt)置于容器(Ml)內(nèi)部，當(dāng)(Ml) 內(nèi)部溫度變化時(shí)，熱敏電阻(Rt)的阻值將發(fā)生較大變化，檢流計(jì)的指針將發(fā)生較大的擺 動(dòng)。由于容器(Ml)是密閉的，當(dāng)容器(Ml)受熱時(shí)其內(nèi)部氣體會(huì)膨脹，進(jìn)而會(huì)推動(dòng)活塞 (B)向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)固定在活塞上端的指針(F)也將同步向上運(yùn)動(dòng)，借助其旁邊安裝的標(biāo) 尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運(yùn)動(dòng)方向和距離。同樣，當(dāng)容器(Ml)冷卻時(shí)其內(nèi)部 氣體會(huì)收縮，進(jìn)而會(huì)拉動(dòng)活塞(B)向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)固定在活塞上端的指針(F)也將同步向 下運(yùn)動(dòng)，借助其旁邊安裝的標(biāo)尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運(yùn)動(dòng)方向和距離。3[0006]實(shí)驗(yàn)時(shí)可以通過(guò)閉合電鍵(K2)使電發(fā)熱元件(Wl)工作為容器(Ml)加熱，也 可以使用酒精燈直接對(duì)容器(Ml)底部(直徑較大的圓筒的底部)加熱，這時(shí)容器(Ml) 受熱其內(nèi)部氣體會(huì)膨脹，進(jìn)而會(huì)推動(dòng)活塞(B)向上運(yùn)動(dòng)，固定在活塞上端的指針(F)也 將同步向上運(yùn)動(dòng)，借助其旁邊安裝的標(biāo)尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運(yùn)動(dòng)方向和距 離。當(dāng)切斷電源，停止加熱后，當(dāng)容器(Ml)冷卻時(shí)其內(nèi)部氣體會(huì)收縮，進(jìn)而會(huì)拉動(dòng)活塞 (B)向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)固定在活塞上端的指針(F)也將同步向下運(yùn)動(dòng)，借助其旁邊安裝的標(biāo) 尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運(yùn)動(dòng)方向和距離，通過(guò)這種現(xiàn)象說(shuō)明熱能使容器(Ml) 內(nèi)氣體的內(nèi)能發(fā)生了變化并通過(guò)容器(Ml)內(nèi)氣體對(duì)活塞(B)做了功，熱能轉(zhuǎn)化為了機(jī)械 能。與此同時(shí)通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)單元可以直觀的觀察到容器(Ml)內(nèi)部的溫度的變化情況， 進(jìn)而可以通過(guò)對(duì)容器(Ml)內(nèi)部的溫度的變化與活塞運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)的比較更明確直觀的理解 熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。利用本裝置可以簡(jiǎn)捷方便的完成熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的演示實(shí) 驗(yàn)并可大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。


[0007]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能操作單元示意圖。[0008]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的溫度監(jiān)測(cè)單元內(nèi)部電路圖。
具體實(shí)施方式
[0009]
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。[0010]如圖1及圖2所示，本實(shí)用新型主要由一個(gè)以高強(qiáng)度硼化玻璃為材料制成的呈反 “L”型的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能操作單元和一個(gè)由惠斯能電橋構(gòu)成的溫度監(jiān)測(cè)單元構(gòu)成。[0011]圖1中Ml是以高強(qiáng)度硼化玻璃為材料制成的由兩個(gè)直徑不同相互貫通的圓筒 構(gòu)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(zhǎng)20cm，由于本例中加熱部分的圓筒的直徑較大，可以提高實(shí)驗(yàn)時(shí)活塞運(yùn)行 的行程，使實(shí)驗(yàn)的效果更好。在直徑較小的圓筒內(nèi)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(gè)標(biāo)尺(R)。在直徑較大的圓筒內(nèi)安裝有一個(gè)20ΚΩ的熱 敏電阻(Rt)及一個(gè)電發(fā)熱元件(Wl)，溫度探測(cè)輸出端(Ni、N2)通過(guò)兩根導(dǎo)線穿過(guò)容器 (Ml)的外壁與熱敏電阻(Rt)兩端連接。電發(fā)熱元件(Wl)通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)容器(Ml)的 外壁通過(guò)一個(gè)電鍵(K2)與電源(P2)連接。[0012]圖2中，電阻(Rl、R2)、電位器(R3)、檢流計(jì)(G)、電源開(kāi)關(guān)(kl)直流電源 (Pl)及XI、X2端連接的熱敏電阻(Rt)組成一個(gè)惠斯通電橋，封裝在一個(gè)塑料盒中，構(gòu) 成溫度監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)容器(Ml)內(nèi)部溫度變化。R3是一個(gè)100ΚΩ電位器，用來(lái) 調(diào)節(jié)檢流計(jì)(G)的靜態(tài)示數(shù)。當(dāng)電橋中XI、X2所連接的熱敏電阻(Rt)的阻值發(fā)生變化 時(shí)，檢流計(jì)(G)的指針將發(fā)生較大的擺動(dòng)。因?yàn)闊崦綦娮?Rt)置于容器(Ml)內(nèi)部，當(dāng) (Ml)內(nèi)部溫度變化時(shí)，熱敏電阻(Rt)的阻值將發(fā)生較大變化，檢流計(jì)的指針將發(fā)生較大 的擺動(dòng)(按本實(shí)施例中的電流方向，當(dāng)熱敏電阻Rt溫度升高時(shí)阻值會(huì)變大，而當(dāng)熱敏電 阻Rt阻值升高時(shí)，檢流計(jì)的指針按順時(shí)針向右發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，借此同步指示容器內(nèi)溫度 的變化)。由于容器(Ml)是密閉的，當(dāng)容器(Ml)受熱時(shí)其內(nèi)部氣體會(huì)膨脹，進(jìn)而會(huì)推 動(dòng)活塞(B)向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)固定在活塞上端的指針(F)也將同步向上運(yùn)動(dòng)，借助其旁邊安裝的標(biāo)尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運(yùn)動(dòng)方向和距離。同樣，當(dāng)容器(Ml)冷卻時(shí) 其內(nèi)部氣體會(huì)收縮，進(jìn)而會(huì)拉動(dòng)活塞(B)向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)固定在活塞上端的指針(F)也將 同步向下運(yùn)動(dòng)，借助其旁邊安裝的標(biāo)尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運(yùn)動(dòng)方向和距離。 Sl是一個(gè)可以可開(kāi)關(guān)的排氣閥門(mén)，用于初始化容器(Ml)內(nèi)的氣壓狀態(tài)。[0013]實(shí)驗(yàn)時(shí)，將溫度監(jiān)測(cè)單元的探測(cè)輸入端(XI、X2)分別連接到熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械 能單元的溫度探測(cè)輸出端(Ni、N2)上，然后打開(kāi)排氣閥門(mén)61)將活塞(B)放回到起始 位置(最下端)后再關(guān)閉排氣閥門(mén)61)，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)(K1)，調(diào)節(jié)(R3)使檢流計(jì)(G) 的靜態(tài)示數(shù)指向“0”。然后，可以通過(guò)閉合電鍵(K2)使電發(fā)熱元件(Wl)工作為容器 (Ml)加熱，也可以使用酒精燈直接對(duì)容器(Ml)底部(直徑較大的圓筒的底部)加熱， 這時(shí)容器(Ml)受熱其內(nèi)部氣體會(huì)膨脹，進(jìn)而會(huì)推動(dòng)活塞(B)向上運(yùn)動(dòng)，固定在活塞上端 的指針(F)也將同步向上運(yùn)動(dòng)，借助其旁邊安裝的標(biāo)尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運(yùn) 動(dòng)方向和距離。當(dāng)切斷電源，停止加熱后，當(dāng)容器(Ml)冷卻時(shí)其內(nèi)部氣體會(huì)收縮，進(jìn) 而會(huì)拉動(dòng)活塞(B)向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)固定在活塞上端的指針(F)也將同步向下運(yùn)動(dòng)，借助其 旁邊安裝的標(biāo)尺(R)可以明顯的觀察到指針(F)運(yùn)動(dòng)方向和距離，通過(guò)這種現(xiàn)象說(shuō)明熱能 使容器(Ml)內(nèi)氣體的內(nèi)能發(fā)生了變化并通過(guò)容器(Ml)內(nèi)氣體對(duì)活塞(B)做了功，熱能 轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能。與此同時(shí)通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)單元可以直觀的觀察到容器(Ml)內(nèi)部的溫度 的變化情況，進(jìn)而可以通過(guò)對(duì)容器(Ml)內(nèi)部的溫度的變化與活塞運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)的比較更明 顯直觀的理解熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。[0014]利用本裝置可以使學(xué)生更直觀真切的觀察和理解熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的現(xiàn)象，大 大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。[0015]該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、效果明顯便于演示和觀察，可以大大提高實(shí)驗(yàn)教 學(xué)的效果。[0016]本實(shí)施例中熱敏電阻(Rt)選用溫度系數(shù)較高的具有正溫度系數(shù)(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(jì)(G)選用AC15型直流復(fù)射式檢流計(jì)；直流電源選用6V直流電 源，可用四節(jié)AA電池串聯(lián)組成，其它元件無(wú)特殊要求。
權(quán)利要求1. 一種熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括一個(gè)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能操作單元和一 個(gè)溫度監(jiān)測(cè)單元，其特征在于熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能操作單元由兩個(gè)直徑不同相互貫通的以 高強(qiáng)度硼化玻璃為材料的圓筒構(gòu)成的呈反“L”型容器構(gòu)成，直徑較小的圓筒內(nèi)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(biāo)尺上，直徑較大的圓筒內(nèi)安 裝有一個(gè)熱敏電阻(Rt)和電發(fā)熱元件(Wl)，溫度探測(cè)輸出端(Ni、N2)通過(guò)兩根導(dǎo)線穿 過(guò)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(jì) (G)、直流電源(Pl)組成溫度監(jiān)測(cè)單元。
專利摘要本實(shí)用新型涉及物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型提供一種熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型主要由一個(gè)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能操作單元和一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)單元構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)時(shí)加熱容器(M1)，其內(nèi)部氣體會(huì)膨脹會(huì)推動(dòng)活塞(B)向上運(yùn)動(dòng)，停止加熱后，容器(M1)逐漸冷卻，內(nèi)部氣體收縮會(huì)拉動(dòng)活塞(B)向下運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象說(shuō)明熱能通過(guò)容器(M1)內(nèi)氣體對(duì)活塞(B)做了功，熱能轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能。與此同時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)容器(M1)內(nèi)部的溫度的變化與活塞運(yùn)動(dòng)的相關(guān)情況，更直觀的理解熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。利用本裝置可以方便的完成熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的演示實(shí)驗(yàn)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。
文檔編號(hào)G09B23/06GK201812408SQ20102056282
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者柳延?xùn)| 申請(qǐng)人:柳延?xùn)|