CN219066302U - 一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置，包括活塞及其活塞壁；活塞壁顶端设置出气孔；出气孔与硅胶管的一端可拆卸的密封相连，硅胶管的另一端连接至放气阀；放气阀的大小两端为直径大小不同的中空的圆柱体，大端与小端之间设置圆锥体进行过渡连接；大端、小端以及圆锥体的内腔依次连通形成中空的圆柱体通道；实验时，硅胶管的另一端可调节***深度地***放气阀大端的空腔，直至抵至圆锥体壁的内腔，能够实现硅胶管内气体的密封，小端中空密封***温度探头直至探头位于活塞内的气体中。本实用新型采用简单便于获取的实验器材解决中学实验室中的研究气体膨胀时温度变化的实验装置的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及中学物理实验技术领域，具体涉及一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置。
背景技术
在高中物理热力学教学中，需要进行关于一定质量的气体膨胀温度降低的实验。在本实验过程中既要控制气体的质量一定，又要保证气体保持膨胀，还不能让膨胀过程温度上升即排除了加热的方法，因此是非常难操作的。所以大多学校做的还是传统的现象级定性实验。把这种膨胀控制在一个很短的时间内，就认为热传递带来的温度影响可以忽略不计。比如向封闭的瓶子里打气，加压到一定量的时候，气体会把上方的瓶盖顶开。此时在瓶口出会看到雾气，间接证明气体的温度下降了。
运用快速温度传感器，可以将本实验变为定量或半定量实验，清楚得看到气体温度的变化从而进行比对得出实验结论。
实用新型内容
1.所要解决的技术问题：
针对上述技术问题，本实用新型提供一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置，能够定量或者说是半定量的显示出实验现象，简单地定性控制放气的临界压强的大小，方便进行对比。
2.技术方案：
一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置，其特征在于：包括活塞及其活塞壁；所述活塞壁顶端设置出气孔；出气孔与硅胶管的一端可拆卸的密封相连，硅胶管的另一端连接至放气阀；所述放气阀的大小两端为直径大小不同的中空的圆柱体，大端与小端之间设置圆锥体进行过渡连接；大端、小端以及圆锥体的内腔依次连通形成中空的圆柱体通道；实验时，硅胶管的另一端可调节***深度地***放气阀大端的空腔，直至抵至圆锥体壁的内腔，能够实现硅胶管内气体的密封，小端中空密封***快速温度传感器的探头，直至探头位于活塞内的气体中。
进一步地，所述活塞及其活塞壁为针筒；所述硅胶管为标准小型硅胶管；所述放气阀的大端的内径比标准小型硅胶管外径略大；所述放气阀的小端的内径比温度探头的直径略大；所述针筒的出气孔与硅胶管之间用鲁尔头连接，在实验过程中能够实现密封。
进一步地，实验时，快速温度传感器借助温度探头测量活塞内的温度，并将信息无线传输至移动端，移动端显示测量的温度；所述温度探头为热敏电阻探头，其型号为ST72mm-103F-3435。
进一步地，进行实验时具体包括以下步骤：
步骤一：将活塞拉至活塞壁的容积的最大处，连接好硅胶管；将温度探头从放气阀小端穿入，并穿过整个放气阀；再将硅胶管***放气阀的大头端，调节温度探头位置至靠近活塞和硅胶管的连接处；此时控制硅胶管***放气阀的深度为预设的深度h1；
步骤二：将温度探头***快速温度传感器，快速温度传感器蓝牙连接移动端，移动端设置开始采集温度；
步骤三：手动快速压缩活塞直至活塞壁的底部，在这个过程中，活塞压缩的后半程的某个时刻，硅胶管和放气阀的连接处会开始漏气，快速温度传感器将测得整个过程中气体的温度变化，移动端显示温度变化曲线；
步骤四：控制硅胶管***放气阀的深度为预设的深度h1，手动缓慢压缩活塞直至活塞壁的底部，在这个过程中，活塞压缩的后半程的某个时刻，硅胶管和放气阀的连接处会开始漏气，快速温度传感器测得整个过程中气体的温度变化，移动端显示温度变化曲线；
步骤五：改变硅胶管***放气阀的深度为h2，重复进行步骤三和四进行不同深度时快速压缩与缓慢压缩的对比实验；
步骤六：进行实验分析，得出实验结论。
3.有益效果：
（1）本实用新型解决了一定质量气体膨胀温度降低实验装置的问题，能够定量或者说是半定量的显示出实验现象，简单地定性控制放气的临界压强的大小，方便进行对比。
（2）本实用新型的实验装置除了特殊的放气阀，其他的仪器均能够使用实验室中常规的仪器进行实现，即插即用，实验快捷可靠。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型中的放气阀的放大剖面图；
图3为具体实施例中采集的温度变化的图像。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行具体的说明。
如附图1至附图2一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置，其特征在于：包括活塞1及其活塞壁2；所述活塞壁顶端设置出气孔；出气孔与硅胶管3的一端可拆卸的密封相连，硅胶管的另一端连接至放气阀4；所述放气阀的大小两端为直径大小不同的中空的圆柱体，大端与小端之间设置圆锥体进行过渡连接；大端、小端以及圆锥体的内腔依次连通形成中空的圆柱体通道；实验时，硅胶管的另一端可调节***深度地***放气阀大端的空腔，直至抵至圆锥体壁的内腔，能够实现硅胶管内气体的密封，小端中空密封***快速温度传感器6的探头5，直至探头位于活塞内的气体中
进一步地，所述活塞及其活塞壁为针筒；所述硅胶管为标准小型硅胶管；所述放气阀的大端的内径比标准小型硅胶管外径略大；所述放气阀的小端的内径比温度探头的直径略大；所述针筒的出气孔与硅胶管之间用鲁尔头连接，在实验过程中能够实现密封。
本方案中的活塞结构可以用实验室中常备的针筒、橡胶管等进行。使用针筒实验时，针筒的大小可以根据需要进行选择，硅胶管为标准直径为7 mm的小型橡胶管；放气阀的大端的内径为7.3mm，放气阀的小端的内径为2.5mm；温度探头的直径为2mm。
进一步地，实验时，快速温度传感器与温度探头相连实现测量活塞内的温度，并将信息无线传输至移动端，移动端显示测量的温度；所述温度探头为热敏电阻探头，其型号为ST72mm-103F-3435。
具体实施例：
实验目的：研究一定质量气体，在气压不变时，改变其体积，温度的变化
实验步骤：
步骤一：将活塞拉至活塞壁的容积的最大处，连接好硅胶管；将温度探头从放气阀小端穿入，并穿过整个放气阀；再将硅胶管***放气阀的大头端，调节温度探头位置至靠近活塞和硅胶管的连接处；此时控制硅胶管***放气阀的深度为预设的深度h1；
步骤二：将温度探头***快速温度传感器，快速温度传感器蓝牙连接移动端，移动端设置开始采集温度；
步骤三：手动快速压缩活塞直至活塞壁的底部，在这个过程中，活塞压缩的后半程的某个时刻，硅胶管和放气阀的连接处会开始漏气，快速温度传感器将测得整个过程中气体的温度变化，移动端显示温度变化曲线；
步骤四：控制硅胶管***放气阀的深度为预设的深度h1，手动缓慢压缩活塞直至活塞壁的底部，在这个过程中，活塞压缩的后半程的某个时刻，硅胶管和放气阀的连接处会开始漏气，快速温度传感器测得整个过程中气体的温度变化，移动端显示温度变化曲线；
步骤五：改变硅胶管***放气阀的深度为h2，重复进行步骤三和四进行不同深度时快速压缩与缓慢压缩的对比实验；
步骤六：进行实验分析，得出实验结论。
附图3为进行实验时，移动端显示的图像。本图像对应的实验操作是控制硅胶管***放气阀的深度为h不变，第一次急速压缩针筒至底端；恢复初始状态后，第二次缓慢压缩针筒至底端时采集的温度变化图。
左圈所示位置，是气体急速压缩时，气体的温度变化情况。可以看出，温度先迅速升高，漏气又相对缓慢下降。右圈所示位置，是气体缓慢压缩时，气体的温度变化情况。在缓慢压缩过程中，温度大致保持不变，只有在压缩到漏气的临界压强前，温度才微微上升；之后漏气，温度迅速下降，后又缓慢回升。
根据实验图像可以得出：一定量气体，急速压缩的情况下，温度升高；急速膨胀的情况下，温度降低。
改变硅胶管***的深度进行上述的实验，可以得出硅胶管***放气阀的深度越深，放气时的临界压强越大，气体温度变化的量也越大。
虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本实用新型的，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (4)
1.一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置，其特征在于：包括活塞及其活塞壁；所述活塞壁顶端设置出气孔；出气孔与硅胶管的一端可拆卸的密封相连，硅胶管的另一端连接至放气阀；所述放气阀的大小两端为直径大小不同的中空的圆柱体，大端与小端之间设置圆锥体进行过渡连接；大端、小端以及圆锥体的内腔依次连通形成中空的圆柱体通道；实验时，硅胶管的另一端可调节***深度地***放气阀大端的空腔，直至抵至圆锥体壁的内腔，能够实现硅胶管内气体的密封，小端中空密封***快速温度传感器的探头，直至探头位于活塞内的气体中。
2.根据权利要求1所述的一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置，其特征在于：所述活塞及其活塞壁为针筒；所述硅胶管为标准小型硅胶管；所述放气阀的大端的内径比标准小型硅胶管外径略大；所述放气阀的小端的内径比温度探头的直径略大；所述针筒的出气孔与硅胶管之间用鲁尔头连接，在实验过程中能够实现密封。
3.根据权利要求1所述的一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置，其特征在于：实验时，快速温度传感器借助温度探头测量活塞内的温度，并将信息无线传输至移动端，移动端显示测量的温度；所述温度探头为热敏电阻探头，其型号为ST72mm-103F-3435。
4.根据权利要求1所述的一种定量研究气体膨胀时温度变化的实验装置，其特征在于：进行实验时具体包括以下步骤：
步骤一：将活塞拉至活塞壁的容积的最大处，连接好硅胶管；将温度探头从放气阀小端穿入，并穿过整个放气阀；再将硅胶管***放气阀的大头端，调节温度探头位置至靠近活塞和硅胶管的连接处；此时控制硅胶管***放气阀的深度为预设的深度h1；
步骤二：将温度探头***快速温度传感器，快速温度传感器蓝牙连接移动端，移动端设置开始采集温度；
步骤三：手动快速压缩活塞直至活塞壁的底部，在这个过程中，活塞压缩的后半程的某个时刻，硅胶管和放气阀的连接处会开始漏气，快速温度传感器将测得整个过程中气体的温度变化，移动端显示温度变化曲线；
步骤四：控制硅胶管***放气阀的深度为预设的深度h1，手动缓慢压缩活塞直至活塞壁的底部，在这个过程中，活塞压缩的后半程的某个时刻，硅胶管和放气阀的连接处会开始漏气，快速温度传感器测得整个过程中气体的温度变化，移动端显示温度变化曲线；
步骤五：改变硅胶管***放气阀的深度为h2，重复进行步骤三和四进行不同深度时快速压缩与缓慢压缩的对比实验；
步骤六：进行实验分析，得出实验结论。
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