本实用新型涉及物理教学领域，特别是指一种金属管热传导变色演示器。
背景技术：
热传导实质是由物质中大量的分子热运动互相撞击，而使能量从物体的高温部分传至低温部分，或由高温物体传给低温物体的过程。热传导是物理教学中的重要组成部分，其中，热传导实验是中小学科学课上必做的一项实验，传统经典的做法是：将火柴梗的一端用蜡或凡士林按一定的间隔依次粘在一根条形金属丝上，在金属丝的一端用酒精灯加热。观察现象：火柴从接近火焰的一端向远处依次跌落，从而得出热可以沿着某些物体从温度较高的部分向温度较低的部分传递的结论。
然而，这个实验在操作过程中，由于种种原因(诸如粘蜡或凡士林的多与少，火柴梗的轻与重)导致火柴梗并不是那么听话，并非规规矩矩地按一定的顺序依次落下，很难达到应有的实验效果，严重干扰和阻碍了学生正确的认知和科学概念的形成。因此，有必要提供一种专门的物理学科教具，既能够提高热传导现象的实验效果，又能够演示热传导与不同材质、不同横截面积的关系，以便于科学知识的普及。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单，既能够提高热传导现象的实验效果，又能够演示热传导与不同材质、不同横截面积的关系的金属管热传导变色演示器。
为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：
一种金属管热传导变色演示器，包括基座，所述基座上设置有半导体制冷片和为所述半导体制冷片提供电能的供电电源，所述半导体制冷片的冷端设置有导冷片，热端设置有导热片；
所述导冷片上设置有多个材质相同横截面积不同的金属管A，所述导热片上设置有多个材质不同横截面积相同的金属管B；多个金属管A和多个金属管B上均涂有感温变色材料。
进一步的，所述半导体制冷片为双层半导体制冷片，所述导冷片和导热片均通过导热硅胶粘结在所述双层半导体制冷片的两侧。
进一步的，所述半导体制冷片的冷端温度低于15℃，热端温度高于45℃；所述金属管A从靠近所述导冷片的一端至另一端均分为三段，分别为第一段、第二段和第三段，所述第一段上涂有低于15℃由无色变红的感温胶囊，所述第二段上涂有低于18℃由无色变绿的感温胶囊，所述第三段上涂有低于22℃由无色变蓝的感温胶囊。
进一步的，所述金属管B从靠近所述导热片的一端至另一端均分两节，分别为第一节和第二节，所述第一节上涂有在45℃由黑变白的褪色感温材料，所述第二节上涂有在33℃由红变白的褪色感温材料。
进一步的，所述金属管A和金属管B的数量均为3个，所述金属管A和金属管B分别平行设置在同一竖直面内。
进一步的，所述金属管A的材质为铜，多个金属管A从上至下横截面积依次增大。
进一步的，多个金属管B从上至下的材质依次为铜、铜合金和不锈钢。
进一步的，所述半导体制冷片的冷端设置有隔热材料，所述半导体制冷片的热端设置有若干风扇。
进一步的，所述基座的侧面设置有短路棒。
进一步的，所述基座上设置有电源插头和电源指示灯。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的金属管热传导变色演示器中，半导体制冷片在通电时冷端通过导冷片将温度传导到多个材质相同但横截面积不同的金属管A，金属管A涂有感温变色材料，通过感温变色材料的颜色变化可以直观地观察冷传导的传递过程与横截面积的关系；相同地，半导体制冷片在通电时热端通过导热片将温度传导到多个材质不同但横截面积相同的金属管B，金属管B也涂有感温变色材料，通过感温变色材料的颜色变化可以直观地观察热传导的传递过程与材质的关系。必要时，可对调半导体制冷的冷端和热端，观察热传导的传递过程与横截面积的关系以及冷传导的传递过程与材质的关系。
附图说明
图1为本实用新型的金属管热传导变色演示器的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型提供一种金属管热传导变色演示器，如图1所示，包括基座1，基座1上设置有半导体制冷片2和为半导体制冷片2提供电能的供电电源(未示出)，基座1的上部可以伸出支杆，半导体制冷片可以设置在支杆上，半导体制冷片2的冷端设置有导冷片3，热端设置有导热片4，为提高牢固性，导冷片3和导热片4可以借助固定片通过螺栓固定，这样还能方便半导体制冷片的冷端和热端相互对调。
导冷片3上设置有多个材质相同横截面积不同的金属管A，导热片4上设置有多个材质不同横截面积相同的金属管B；多个金属管A和多个金属管B上均涂有感温变色材料(未示出)。
本实用新型的金属管热传导变色演示器中，半导体制冷片在通电时冷端通过导冷片将温度传导到多个材质相同但横截面积不同的金属管A，金属管A涂有感温变色材料，通过感温变色材料的颜色变化可以直观地观察冷传导的传递过程与横截面积的关系；相同地，半导体制冷片在通电时热端通过导热片将温度传导到多个材质不同但横截面积相同的金属管B，金属管B也涂有感温变色材料，通过感温变色材料的颜色变化可以直观地观察热传导的传递过程与材质的关系。必要时，可对调半导体制冷的冷端和热端，观察热传导的传递过程与横截面积的关系以及冷传导的传递过程与材质的关系。
优选的，半导体制冷片2可以为双层半导体制冷片，导冷片3和导热片4均通过导热硅胶粘结在双层半导体制冷片的两侧。半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般，但制热效率很高，因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统；半导体制冷片是电流换能型片件，通过控制输入电流，可实现高精度的温度控制；本实用新型中，双层半导体制冷片的冷端和热端温差可以达到80℃。
优选的，本实用新型中，半导体制冷片2的冷端温度低于15℃，热端温度高于45℃；金属管A从靠近导冷片3的一端至另一端均分为三段，分别为第一段A-1、第二段A-2和第三段A-3，第一段A-1上涂有低于15℃由无色变红的感温胶囊，第二段A-2上涂有低于18℃由无色变绿的感温胶囊，第三段A-3上涂有低于22℃由无色变蓝的感温胶囊。感温胶囊是一种可逆感温变色微胶囊，可以实现从有色到无色、无色到有色的颜色变化，感温胶囊的外部有一层透明外壳，保护其内部的变色物质免受其它化学物质的侵蚀。在冷传导的过程中，根据感温胶囊颜色先后变化情况，可以观察到相同材料不同横截面积的冷传导速度情况。
进一步的，金属管B从靠近导热片4的一端至另一端均分两节，分别为第一节B-1和第二节B-2，第一节B-1上涂有在45℃由黑变白的褪色感温材料，第二节B-2上涂有在33℃由红变白的褪色感温材料。根据褪色感温材料颜色的先后变化，相同横截面积，不同材质与热传导的关系可以显现出来。
进一步的，金属管A和金属管B优选的数量均为3个，金属管A和金属管B分别平行设置在同一竖直面内。设置在同一竖直面内，多个金属管之间互相不遮挡，可以更好地展示每个金属管的颜色变化，方便观察。
作为本实用新型的一种改进，金属管A的材质为铜，多个金属管A从上至下横截面积依次增大。多个金属管A从上至下可以为细铜管、空心铜管和实心铜管，也可以采用其它截面形式的金属管，均不影响本实用新型的实施。
作为本实用新型的又一种改进，多个金属管B从上至下的材质依次为铜、铜合金和不锈钢。根据实际需要，多个金属管B从上至下的材质也可以选择其他金属材质，均不影响本实用新型的创造性。
经过实验验证，在冷端，材质相同、横截面积最小的金属管A变色最慢，材质相同、横截面积最大的金属管A变色最快，也就是说，横截面积小导冷慢，横截面积大导冷快；在热端，横截面积相同，铜管褪色最快，铜合金管适中，不锈钢管褪色最慢，说明不同材质导热速度也是不同的。
半导体制冷片，冷端、热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消，此时冷端、热端的温度就不会继续发生变化，为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。
为提高本实用新型的实用性，半导体制冷片2的冷端设置有隔热材料，半导体制冷片2的热端设置有若干风扇(未示出)。隔热材料使半导体制冷片的冷端保持一定低温；风扇的作用主要是为半导体制冷片的热端散热，通过主动散热的方式来降低热端温度，冷端温度也会相应的下降，从而使冷端达到更低的温度。
本实用新型中，基座1的侧面设置有短路棒5。短路棒可以使冷端、热端温度尽快平衡。
另外，基座1上设置有电源插头(未示出)和电源指示灯6。
综上，本实用新型有以下优点：
1)采用半导体制冷片，冷端、热端同时兼顾冷、热传导，使实验现象更加明显；且半导体制冷片用电产生冷热源，而非传统的采用明火做热源，没有明火更加安全方便。
2)本实用新型把只能用触觉感受到的冷热传导转化为可以看见的颜色改变，且金属管A和金属管B采用分段感温变色材料，每段感温变色材料的变色温度不一样，颜色变化更加鲜明。
3)本实用新型可以演示出冷热传导快慢与材料性质和横截面积的关系；必要时，可对调半导体制冷片的冷端、热端，达到更好地对比效果。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。