自制吸放熱演示裝置

劉之洋 黎介睿

一、發(fā)明背景

初中物理中，汽化和液化這個(gè)部分有很多有趣小實(shí)驗(yàn)。我們可以用手背擦酒精感覺涼爽的小實(shí)驗(yàn)說明汽化吸熱，但是要同時(shí)證明汽化吸熱、液化放熱的直觀實(shí)驗(yàn)卻沒有。能不能找到合適的器材來讓我們直觀地看到汽化、液化過程中的熱量轉(zhuǎn)移，解決同學(xué)們靠死記硬背記住結(jié)論的問題呢？帶著這個(gè)目的，我們制作了一個(gè)吸放熱演示裝置（如右圖），既實(shí)現(xiàn)了這一功能，又做到了廢物利用。

二、研制過程

初中人教版物理教材講述了電冰箱利用氟利昂汽化和液化制冷的原理，于是我們利用電冰箱的核心部件不就可以做出我們想要的演示裝置么？說干就干，我們從廢電冰箱里拆下來一個(gè)壓縮機(jī)，并找來幾根廢舊銅管，和毛細(xì)管焊接在一起，制成一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)裝置。但灌入氟利昂一試，發(fā)現(xiàn)制冷系統(tǒng)仍不工作。我們用萬用電表逐一檢查壓縮機(jī)、插座等沒發(fā)現(xiàn)問題，又用洗潔精涂抹在銅管的焊接處，接通電源，也沒有冒氣泡。我們再查一遍線路，發(fā)現(xiàn)原來是插座接觸不良。解決了問題以后，我們接通電源，15分鐘后，冷凝器發(fā)燙，蒸發(fā)器銅管結(jié)霜，冰涼的。我們想，如果要縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，那就只能換成粗銅管并加長。

換上粗銅管，實(shí)驗(yàn)時(shí)間可縮短10分鐘。為了美觀，我們將長銅管纏繞成碗狀，接著將冷凝器管子噴上黑漆，左邊黃色的粗銅管是蒸發(fā)器，顏色不同而醒目，代表冰箱兩個(gè)重要的部件。氟利昂在冷凝器里發(fā)生液化現(xiàn)象，在蒸發(fā)器里發(fā)生汽化現(xiàn)象，我們用馬克筆在硬紙板上寫好，粘貼在紙板底部，一目了然。我們將5個(gè)纏繞看似復(fù)雜的零件——壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過濾器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器一一捋順，按照氟利昂工作路徑做成一個(gè)回路。最后，我們使用對環(huán)境危害較小的、易汽化又易液化的R134或R600的環(huán)保氟代替氟利昂，設(shè)計(jì)出一個(gè)“汽化、液化吸放熱特征”展示的演示裝置。

三、工作原理

整個(gè)裝置的工作原理是將環(huán)保氟氣體充入壓縮機(jī)后，壓縮機(jī)對它壓縮作功，變成高溫高壓的氣體進(jìn)入冷凝器。在冷凝器中液化，變成液態(tài)的氟。經(jīng)干燥過濾器過濾掉污垢，毛細(xì)管節(jié)流降壓，到達(dá)蒸發(fā)器，發(fā)生汽化現(xiàn)象，液態(tài)的氟變成氟蒸氣，又回到壓縮機(jī)中，進(jìn)入下一個(gè)制冷循環(huán)。

四、實(shí)驗(yàn)操作

做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，將冷凝器和蒸發(fā)器放入裝有水的燒杯中，并在燒杯里面插上溫度計(jì)。接通電源后，觀察溫度計(jì)讀數(shù)，每隔半分鐘記錄一組數(shù)據(jù)。冷凝器里環(huán)保氟發(fā)生液化后，水的溫度很快上升，而蒸發(fā)器里環(huán)保氟發(fā)生汽化后，水的溫度很快下降，還結(jié)冰。用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)講解冰箱原理，將汽化吸熱、液化放熱知識鐫刻在我們腦海里，現(xiàn)象明顯，直觀有趣，令人耳目一新。我們還用余料給這個(gè)裝置做了個(gè)可提拉的小木柜，方便擺放燒杯，觀看溫度計(jì)示數(shù)。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

本實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新之處有：

1. 將液化和汽化直觀地放在一個(gè)裝置上演示，左右兩邊對比很明顯。

2. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)快且明顯，能重復(fù)實(shí)驗(yàn)，成功率100%。

3. 可以用高清攝像頭將兩個(gè)溫度計(jì)的讀數(shù)和變化投影到屏幕上，同學(xué)們感受強(qiáng)烈，效果明顯。