热力学第一定律实验仪制造技术

热力学第一定律实验仪，由能量转换装置和测量显示装置组成。能量转换装置包括动力室和工作室，它们均为气缸式结构，且体积相等，同心地安装在底座上；测量显示装置包括气压表、热电偶、灵敏数字电压表、气压表和动力室上所标注的刻度。此仪器不仅能定性定量地验证热力学第一定律对于理想气体在等容、等压、等温、绝热过程的应用，而且成本低、结构简单、操作方便，可广泛应用于各种层次的物理学、热工学等课程的教学中。（*该技术在2000年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于热学用的教学仪器，涉及一种验证热力学第一定律的实验仪。热力学第一定律是包括热现象在内的能量转换与守恒定律，根据教学大纲的要求，该定律对于理想气体等容、等压、等温、绝热过程的应用是学生必须掌握的重要内容。但是几十年来，这方面的教学既无演示、又无学生分组实验，因此概念抽象难讲、学生不易理解和掌握。华中工学院物理演示实验室和武汉三五仪表厂于1985年在《第一届全国高等院校物理演示实验经验交流会文集》中介绍的《绝热过程演示仪》不仅只能定性地演示绝热过程中气体被压缩和膨胀时温度的变化，而且由于该仪器由氦氖激光器、灵敏电流计、大型注射器、热传感器、灵敏电桥组成，因而成本高。本技术的目的在于提供一种功能全、成本低、既能定性又能定量地验证热力学第一定律的实验仪，以提高教学质量。本技术由能量转换装置和测量显示装置组成。能量转换装置包括动力室和工作室，它们均为气缸式结构，且体积相等、同心地安装在底座上。测量显示装置包括指示工作室内气体压强变化的气压表、指示工作室内气体温度变化的热电偶和灵敏数字电压表、指示工作室内气体体积变化而在动力室上所标注的刻度、指示环境和工作室之间热量传递量的直流电压表。本技术的工作物选用空气，压缩空气既可用手控、直接进动力室，也可以设置电磁滑阀控制，经电磁滑阀进动力室。本技术的具体结构由以下的实施例及其附图给出。附图说明图1为手控式实验仪的结构简图；图2为电磁滑阀控制式实验仪的结构简图；图3为动力室的结构图；图4为活塞与活塞杆的装配图；图5为工作室的结构图。本实施例中，动力室由动力缸端盖(2)、动力缸体(6)、动力活塞(4)、活塞杆(17)、动力缸体密封圈(19)、动力缸密封法兰(20)、活塞杆密封圈(21)、压盖(22)、动力活塞密封圈(23)、进出气管(3)组成。动力缸端盖(2)、动力缸体密封圈(19)、动力缸密封法兰(20)均为两件，对称地安装在动力缸体(16)的两端，活塞杆密封圈(21)紧贴活塞杆(17)安装在动力缸体(6)右端的端盖(2)外表面所设置的凹槽内并用压盖(22)固定，进出气管(3)为两件，安装在动力缸端盖(2)上并与其上开的进出气孔吻接。工作室由工作缸体(12)、工作活塞(7)、活塞杆(17)、加热线圈(8)、开关(10)、绝热套(11)、工作缸端盖(14)、工作活塞密封圈(24)、工作活塞绝热片(25)、工作缸密封法兰(26)、工作缸体密封圈(27)、气压表插座、工作缸端盖绝热片(33)组成。工作活塞(7)安装在从动力室穿出的活塞杆(17)上，工作缸端盖(14)、工作缸密封法兰(26)、工作缸体密封圈(27)均为1件，安装在工作缸体(12)的右端，气压表插座安装在工作缸端盖(14)上并与其上开的气孔相吻接，工作活塞绝热片(25)安装于工作活塞(7)的右端面，工作缸端盖绝热片(33)安装于工作缸端盖(14)的内端面，加热线圈(8)、绝热套(11)包裹于工作缸体(12)的外表面。气压表插座由管座(28)、压帽(29)、垫圈(30)、过渡管(31)、气压表密封圈(32)组装而成，以保证气压表(15)的测量精度。测量显示装置包括气压表(15)、热电偶(13)、灵敏数字电压表(16)、动力缸体(6)上的刻度(5)和直流电压表(9)。气压表(15)安装在气压表插座上，热电偶(13)的测温端从工作缸端盖(14)的端面插入工作室内，其另一端接灵敏数字电压表(16)，直流电压表(9)连接在加热线圈(8)与直流电源、开关(10)组成的电路上。本实施例中，工作物选用空气，压缩空气既可以手控直接进动力室，也可以用电磁滑阀(18)控制，经电磁滑阀(18)进动力室。本实施例中，工作活塞密封圈(24)为“0”形且用氟橡胶制作，其它密封圈也为“0”形，用一般橡胶制作；工作活塞绝热片(25)和工作缸端盖绝热片(33)用石棉薄板制作；动力缸体(6)用具有透明度的材料制作，其最佳材料为玻璃；工作缸体(12)、活塞杆(17)、动力活塞(4)、工作活塞(7)等零件用金属材料制作，最好选用不锈钢或铝。此仪器的工作室是关键部件，加工时应保证工作缸体(12)内表面光滑、无毛剌；安装时应保证动力室和工作室的同心度以及工作室的高度密封性。本技术的使用方法如下1.等容过程根据热力学第一定律，如实验结果有 (△t1)/(△T1) ＝ (△t2)/(△T2) ＝ (△t3)/(△T3) ………＝常数，则验证了在等容过程中，外界传递给系统的热量全部用来增加了系统的内能。(1)将工作室里的工作活塞用螺钉固定在最大体积处；(2)接通电源并使加热线圈电压一定，对工作缸体内的气体加热；(3)用停表记下每一时刻t，并从灵敏数字电压表上记下对应的温度T。2.等温过程根据热力学第一定律，如实验结果有 (△t1)/(△t2) ＝ (ln V0/V1)/(ln V1/V2) ，则验证了在等温压缩过程中，外界对理想气体所作的功，全部转换为传给恒温热源的热量。(1)用恒温热源对工作缸体内的气缸加热，使气体的初始温度T0为一定值，令此时刻t0＝0并根据动力缸体上的刻度记下此时刻的初始体积V0；(2)将工作活塞从V0等温缓慢地压缩到V1并同时降低加热线圈的电压让绝热套吸热而保持工作缸体内气体的温度不变，用停表记下始末时刻和体积V1；(3)在不改变步骤(2)时的加热线圈电压临低值的条件下，多次重复步骤(2)测量出几组数据。3.等压过程根据热力学第一定律，如果实验结果有 (△t1)/(△t2) ＝ (△T1)/(△T2) ，则可验证气体在等压过程中所吸收的热量一部分转换为内能的增量，一部分转换为对外所作的功。(1)接通恒温热源开关并使电压V保持不变，对工作缸体内的气体加热；(2)经一段时间后记下温度T0和所对应的时刻t0；(3)对工作活塞轻轻加力，使气压表上的示数保持不变并记下相对应的温度T1和时刻t1；(4)多次重复步骤(3)测出几组数据。4.绝热过程定性实验使动力活塞和工作活塞在缸体内做快速往返运动，当气体绝热压缩时，内能增加、温度升高；绝热膨胀时，内能减少、温度降低。定量实验根据热力学第一定律，如实验结果有 (P1V1-P2V2)/(T1-T2) ＝ (P2V2-P3V3)/(T2-T3) ＝………＝K，则验证了气体在绝热过程中，只有在系统内能变化时才能做功。实验时先记下一组气体的温度、体积、压强数据T1、P1、V1，然后绝热压缩记下另一组T2、P2、V2，再绝热膨胀记下T3、P3、V3，反复实验，得出多组T、P、V数据。本技术还可验证波－马定律、盖·呂萨克定律、查理定律和气体状态方程。本技术具有以下优点1.功能全、性能好，不仅能定性定量地验证热力学第一定律对于理想气体在等容、等压、等温、绝热过程的应用，还能验证波－马定律、盖·呂萨克定律、查理定律和气体状态方程。2.结构简单、易于制作，能量转换装置为气缸式结构，测量显示装置为常规的测温测压仪表。3.操作方便、易于掌握，实验过程中只需控制动力室的进气量和进气速度及加热线圈的电压。4.成本低，仅为现有的单功能仪器——绝热过程演示仪成本的 1/3 。本技术可广泛应用于各种层次的物理学、热工学等课程的教学中，既能用做演示实验，又能用做分组实验。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热力学第一定律实验仪，由能量转换装置和测量显示装置组成，其特征在于：①能量转换装置包括动力室和工作室，它们均为气缸式结构，且体积相等、同心地安装在底座（１）上，②测量显示装置包括指示工作室内气体压强变化的气压表（１５）、指示工作 室内气体温度变化的热电耦（１３）和灵敏数字电压表（１６）、指示工作室内气体体积变化而在动力室上所标注的刻度（５）、指示环境和工作室之间热量传递量的直流电压表（９），③工作物为空气，压缩空气既可用手控直接进动力室，也可设置电磁滑阀（１８） 控制，经电磁滑阀进动力室。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶瑞英，杜明振，
申请(专利权)人：成都科技大学，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]