专利名称：液化放热实验演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液化放热实验演示仪，属于教学实验装置的技术领域，它特别适合在物理教学中作为实验演示用。
背景技术：
我们知道，在物理学意义上所说的“物态”是指物质在一定温度、压强条件下所处的相对稳定状态，在一般条件下，自然界中的物质主要是固态、液态和气态三种基本存在状态。就本质来说，固态物质的分子或原子只能在各自的平衡位置做微小的振动；液态物质的分子或原子运动比较剧烈，虽然没有平衡位置但不会分散远离；而气态物质的分子或原子之间是相当剧烈的无序碰撞运动，已不能维持一定的距离。当外界温度发生变化足以影响并改变分子或原子运动状态的剧烈程度时，物质的这三种存在形态就会发生转变并同时伴随有放热或者吸热的现象。例如，在中学物理或大学物理教学中，关于“物质由气态到液态转变的液化放热现象”就是一个重点章节，在实际教学实践中，一般是要借助物理实验来演示观察“液化过程中的放热现象”。现行最常用的课堂实验是采用将蒸汽输入容器内进行液化，用温度计测量或凭手摸方式来感觉温度的变化。客观地说，这种传统的实验方式较为落后，它在实际教学中存在实验数据误差大、实验操作麻烦、实验效率低、教学效果差的使用缺陷。为了进一步提高物理教学质量水平，目前，很多物理教育工作者都在努力对“液化放热”实验装置进行不断改进和创新的工作。这是现行物理实验教学科研中一个需要解决的重要课题，本实用新型也正是想要解决这个问题。
实用新型内容本实用新型的目的是在现有技术的基础上提出一种采用智能化技术的液化放热实验演示仪，它具有操作简便效率高、实验数据准确可靠、演示直观可比性强的优点。本实用新型的目的是通过如下技术方案来实现的:本实用新型提出的一种液化放热实验演示仪，它包括实验箱体、安装于实验箱体的蒸汽发生器和连接于蒸汽发生器的热水管、蒸汽管，其特征在于:在实验箱体上配装有混水试管、混水温度传感器、混水温度数码显示器、液化试管、液化温度传感器、液化温度数码显示器，在实验箱体内配装有数据处理器。更进一步地说，本实用新型还具有如下的技术特征:所述的数据处理器包括单片机、电源模块、温度检测模块、温度传感转换电路、输出/输入接口转换电路。所述的混水温度传感器、液化温度传感器是由传感信号线连接于数据处理器。本实用新型是按照如下方式进行“液化放热”实验演示的:首先向蒸汽发生器内加入清水作为生产蒸汽用，再分别向混水试管、液化试管内等量地加入少量的水，然后插上电源插头、合上开关使蒸汽发生器和数据处理器通电工作，待蒸汽发生器内的水被加热沸腾产生蒸汽后，这时蒸汽发生器内的开水和蒸汽的温度在理论上均可认为是100°C，至此即可开始进行实验演示操作:打开热水管上的热水阀向混水试管内输入开水并搅拌均匀混合成混合热水，同时，打开蒸汽管上的蒸汽阀缓缓地向液化试管内输入蒸汽使其液化成水并与原有的水混合，在实验操作时要注意观察并控制液化试管内液化后的水位与混水试管内混合热水的水位保持相同高度，即是说，应控制液化试管内液化后的总水量与混水试管内的混合热水量是相同的。最后，再将混水温度传感器、液化温度传感器分别放入混水试管、液化试管内，并经传感信号线向数据处理器的温度检测模块、温度传感转换电路转换输入电信号，再由单片机进行计算处理后，即可在混水温度数码显示器、液化温度数码显示器上分别显示出混水试管内混合热水的温度值、液化试管内液化水的温度值。我们会观察到:液化试管内液化水的温度是明显地高于混水试管内的混合热水的温度。即可清楚地表明:在理论温度均为100°c且质量相同的蒸汽和开水中，气态蒸汽的内能要大于液态开水的内能。至此，即可通过实验清楚地演示并验证:“物质由气态到液态转变的液化过程是放热”的基本规律。本实用新型同现有技术相比较具有如下优点:本实用新型是在实验箱体上安装蒸汽发生器和混水试管、混水温度数码显示器、液化试管、液化温度数码显示器，将蒸汽发生器产生的蒸汽、开水分别输入液化试管、混水试管内，利用传感技术并通过数据处理器分别检测液化水、混合热水的温度并进行对比，即能直观真实地演示“液化放热”的现象和规律。本实用新型具有操作使用方便、实验数据准确、演示直观性强的优点，它对进一步提高物理教学质量水平有明显效果。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型的数据处理器的工作原理模块框图。附图中的标记说明:I为热水管，2为热水阀，3为混水温度传感器，4为混水试管，5为混水温度数码显示器，6为实验箱体，7为数据处理器，8为液化试管，9为液化温度传感器，10为液化温度数码显示器，11为蒸汽阀，12为开关，13为插头，14为蒸汽管，15为传感信号线，16为水位刻度线，17为蒸汽发生器。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例:本实用新型提出的一种液化放热实验演示仪，它主要由实验箱体6和配装于实验箱体6的数据处理器7、蒸汽发生器17、热水管1、蒸汽管14、混水试管4、混水温度传感器
3、混水温度数码显示器5、液化试管8、液化温度传感器9、液化温度数码显示器10构成，所述的数据处理器7包括单片机、电源模块、温度检测模块、温度传感转换电路、输出/输入接口转换电路，所述的混水温度传感器3、液化温度传感器9是由传感信号线15连接于数据处理器7。在具体布置安装时，可将混水试管4、混水温度传感器3、混水温度数码显示器5配装于实验箱体6正前箱面的左侧位置，将液化试管8、液化温度传感器9、液化温度数码显示器10对称地配装于实验箱体6正前箱面的右侧位置，这种方式特别方便于实验操作并能有效地增强实验演示的直观性和可比性。它是按照如下方式进行“液化放热”实验演示的:首先向蒸汽发生器17内加入清水作为生产蒸汽用，在实验中注意观察蒸汽发生器17的水位刻度线16，使水位保持在中部位置；用注射器分别向混水试管4、液化试管8内等量地预先加入少量的冷水，控制加入冷水的量为接近试管容量的二分之一，注意观察混水试管4的冷水水位要与液化试管8内的冷水水位处于等高位置，其目的是为了保证混水试管4内冷水的质量与液化试管8内冷水的质量相等；然后，插上电源插头13、合上开关12使蒸汽发生器17和数据处理器7通电工作，等待蒸汽发生器17内的水被加热沸腾产生蒸汽后，在理论可以认为:在蒸汽发生器17内下半部分的开水温度和上部分的蒸汽温度相等且均为100°C。至此，即可开始进行实验演示的操作:只需打开热水管I上的热水阀2向混水试管4内输入温度为100°C的开水并搅拌均匀成为混合热水，控制混合热水的水位在混水试管4容量的三分之二至四分之三之间，与此同时，打开蒸汽管14上的蒸汽阀11缓缓地向液化试管8内输入温度为100°C的蒸汽，使蒸汽在液化试管8内进行液化并与原有的冷水混合成液化水，在实验演示操作时特别注意:严密观察并控制液化试管8内液化水的水位要与混水试管4内混合热水的水位处于相同的位置高度，即是说，要能确保液化试管8内液化后总水的质量要与混水试管4内混合热水的质量相等。最后将混水温度传感器3、液化温度传感器9分别放入混水试管4、液化试管8内分别测量水体的温度，经传感信号线15向数据处理器7的温度检测模块、温度传感转换电路转换输入电信号，再由单片机进行计算处理后，即可在混水温度数码显示器5、液化温度数码显示器10上分别显示出混水试管4内的混合热水的温度值、液化试管8内液化水的温度值。我们会观察到:液化试管8内液化水的温度是明显地高于混水试管4内的混合热水的温度。至此，通过上述实验可以清楚地演示并验证:“物质由气态到液态转变的液化过程是放热现象”的基本规律，具有很好的实验教学演示效果O通过上述演示实验，透过“液化放热”的表面现象，可深刻地揭示“液化放热”的理论依据是:“在相同温度、相等质量的蒸汽和开水中，气态蒸汽的内能要大于液态开水的内能”。这正是实验演示“液化试管8内液化水温度高于混水试管4内的混合热水温度”的核心本质所在。
权利要求1.一种液化放热实验演示仪，它包括实验箱体(6)、安装于实验箱体(6)的蒸汽发生器(17)和连接于蒸汽发生器(17)的热水管(I)、蒸汽管(14)，其特征在于:在实验箱体(6)上配装有混水试管(4)、混水温度传感器(3)、混水温度数码显示器(5)、液化试管(8)、液化温度传感器(9 )、液化温度数码显示器(10 )，在实验箱体(6 )内配装有数据处理器(7 )。
2.根据权利要求1所述的液化放热实验演示仪，其特征在于:所述的数据处理器(7)包括单片机、电源模块、温度检测模块、温度传感转换电路、输出/输入接口转换电路。
3.根据权利要求1或2所述的液化放热实验演示仪，其特征在于:所述的混水温度传感器(3)、液化温度传感器(9)是由传感信号线(15)连接于数据处理器(7)。
专利摘要本实用新型公开了一种液化放热实验演示仪，它主要由实验箱体、蒸汽发生器和安装于实验箱体的混水试管、混水温度数码显示器、液化试管、液化温度数码显示器构成，它是分别将相等质量的蒸汽、开水分别输入液化试管、混水试管内并利用传感技术检测液化水、混合热水的温度，通过数据处理器进行对比计算处理后由数码显示器显示温度的实验数据，它能真实直观地演示“液化放热”的现象和规律，有极佳的教学演示效果。本实用新型具有结构简捷、实验操作方便、实验数据准确、演示直观可比性强的突出优点，在物理教学科研中有很好的运用前景。
文档编号G09B23/16GK202929919SQ20122062154
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者汪志刚, 常峰, 张自友, 成岳颖 申请人:乐山师范学院