Устройство для демонстрации теплового действия тока

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцнапнстнчесннх

Респубпнн

>»>911596 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 13.08. 80 (21) 2974897/28-12 с присоединением заявки М (23) П рноритет (51)М. Кл.

С 09 В 23/08

Впударетжииый канитат

СССР ав аелан изабратениа и открытии

Опубликовано 07.03 82- Бюллетень И 9

Дата опубликования описания 10.03. 82 (53 j УД К 37 1 . . 68 (088.8) (72) Авторы (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ТЕПЛОВОГО

ДЕЙСТВИЯ ТОКА

Изобретение относится к устройствам для лекционной демонстрации. Оно может быть использовано в учебных заведениях для демонстрации опытов по тепловому действию тока в процессе чтения курса физики.

Известна установка для определения количества теплоты, выделяемой при пропускании через проводник тока, в которой нагревают жидкость (керосин, спирт, воду), пропуская через помещенную в эту жидкость спираль ток, измеряемый амперметром.

Время нагрева определяют с помощью секундомера, температуру жидкости с помощью термометра. Считая известными массу и теплоемкость жидкости, а также сопротивление спирали, аналитически определяют зависимость количества выделяющегося в спирали тепла от силы тока, сопротивления и времени 1

Недостатком известной установки при применении ее для лекционных демонстраций являются: малая наглядность, так как результат опыта становится ясным только после проведения расчетов; большое время и сложность приведения установки в исходное состояние для повторной демонстрации.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для демонстрации распределения мощностей . ю при последовательном и параллельном соединении резисторов, Устройство содержит два полых стеклянных шара, внутри которых помещены никелиновые

1S спирали (сопротивление одной из спиралей в несколько раз больше, чем сопротивление другой). Каждый шар соединен с отдельным водяным манометром. При нагревании спирали током, разность уровней жидкости в манометрах пропорциональна мощности, выделяющейся в соответствующей спирали. При соединении спиралей последовательно, разность уровней жид3 9115 кости будет больше у манометра, связанного с шаром со спиралью с большим сопротивлением. При параллельном

96 4

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит измерительный блок, в котором регулируемый источник

1 тока подключен к одному из зажимов демонстрационного измерителя 2 тока, снабженного регулируемым шунтом 3 °

Второй зажим демонстрационного измерителя тока подключен через гибкий проводник 4 к подпружиненному пружи-! нои 5 концу термочувствительного элемента 6, выполненного из нихромовой проволоки, переброшенной через свободновращающийся ролик 7. Второй конец проволоки закреплен неподвижно и подсоединен к другому зажиму (полюсу) источника тока, Необходимый натяг пружины 5 устанавливают с помощью регулировочного винта 8.

Механизм индикации малых линейных перемещений содержит разноплечий рычаг 9, меньшее плечо которого механически соединено с подпружиненным концом проволоки, а на конце большего плеча закреплено с возможностью юстировки зеркало 10, отражающее луч света от лазерного источника 11 в виде светового пятна 12 на демонстрационную шкалу 13.

Устройство работает следующим образом.

С помощью винта 8 натяжения пружины 5 устанавливают световое пятно 12 от лазерного источника 11 света на нулевую отметку демонстрационной шкалы 13, Включив регулируемый источник 1 тока, устанавливают такой ток, чтобы световое пятно 12 установилось на первом делении шкалы

13. Затем регулируемым шунтом 3 устанавливают стрелку демонстрационного измерителя тока на первом делении

его шкалы. соединении спиралей большая разность уровней жидкостей будет у манометра, связанного с шаром со спиралью с меньшим сопротивлением (2 $.

Недостатком этого устройства является большая инерционность. Время достижения стационарного режима составляет две - четыре минуты, так мак в теплообмене участвуют массы воздуха в шарах, массы самих шаров и спирали. Повторная демонстрация

10 ператур указанных масс и окружающей среды, что занимает еще большее время - порядка 6-8 мин. Это приводит к увеличению времени демонстрации и замедляет повторяемость опыта, что вызывает непроизводительные потери лекционного времени.

Цель изобретения - увеличение быстродействия и сокращение времени между повторными демонстрациями за счет уменьшения тепловой инерции системы с обеспечением наглядности, точности и повторяемости результатов демонстрации. 30

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем механизм индикации с воспринимающим элементом и измерительный блок, включающий регулируемый источник тока, одним иэ по-З5 люсов подключенный к одному из зажимов демонстрационного измерителя тока, соединенного с регулируемым шунтом, и термочувствительный элемент, измерительный блок содержит свободно установленный ролик, а термочувствительный элемент выполнен в виде про-. волоки, перекинутой через ролик, при этом один конец ее закреплен непо.движно и подключен ко второму полюсу 45 регулируемого источника тока, а другой конец подпружинен с возможностью удлинения, механически связан с воспринимающим элементом механизма индикации и подключен гибким проводником к другому зажиму демонстрационного измерителя тока.

Механизм индикации содержит лазерный источник света, демонстрационную шкалу и разноплечий рычаг, меньшее 55 плечо которого является воспринимающим элементом, а на конце большего закреплено отражающее зеркало.

При установке тока, равного двум единицам шкалы измерителя 2 тока, световое пятно 12 устанавливается на четвертом делении демонстрационной шкалы 13 °

При установке тока, равного трем единицам измерителя тока, световое пятно устанавливается на девятом делении демонстрационной шкалы, т.е. демонстрируется зависимость количества выделяющегося в проводнике тепла от квадрата силы тока.

Связь пропорциональных зависимостей между количеством выделяющегося в тонкой проволоке тепла при пропусвозможна лишь после выравнивания,тем- 15

Формула изобретения. 1. Устройство для демонстрации теплового действия тока, содержащее механизм индикации с воспринимающим элементом и измерительный блок, включающий регулируемый источник тока, одним из полюсов .подключенный, к одному из зажимов демонстрационноГо измерителя тока, соединенного с регулируемым шунтом, и термочувствительный элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия демонстрации, измерительный блок содержит свободно установленный ролик, а термочурстви" тельный элемент. выполнен в виде охватывающей проволоки, один конец которой закреплен неподвижно и подклю" чен к второму полюсу источника тока, а другой конец подпружинен, механически связан с воспринимающим элементом механизма индикации и подключен к второму зажиму демонстрационного измерителя тока посред твом гибкой проволоки.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что механизм индикации включает лазерный источник света, демонстрационную шкалу, раэ;ноплечий рычаг и отражающее зеркало, закрепленное на конце большего плеча рычага.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Перышкин Л.В., Родина Н.А. физика. И., Просвещение, 1978, с. 134.

2. Телеснин P.Â. Лекционные. де монстрации по физике. И.-Л., Государственное изд-во технико-теоретической литературы, 1952, с. 71.

5 9115 кании через нее тока и линейным перемещением светового пятна на демонстрационной шкале выглядит следующим образом

Е Ч -Т З

f 4e 8 - линейное перемещение светового пятна; г - угол поворота зеркала;

L - абсолютная .длина проволоки;

Т - температура проволоки; 10

Q - -количество выделяющегося в проволоке тепла в единицу времени;

3 — - ток.

Так как при нагреве тонких прово- 1 лок в воздухе обмен теплом между проволокой и окружающей средой происходит в особом пленочном режиме, при котором теплообмен осуществляется только путем теплопроводности, При 20 небольших (десятки градусов) нагретых тонких проволок (0,2-2 мм), пограничный слой неподвижен и конвекция отсутствует, а излучение пренебрежимо мало из-за небольших температур.

Очень быстро (1-2 с) устанавливается стационарный режим, при котором температура проволоки будет оставать;ся постоянной при данном токе и про- 30 порциональной количеству выделяющего- . .ся в проволоке тепла в единицу вре мени.

С помощью предлагаемого устройства можно также продемонстрировать за- зз висимость выделяющегося в проводнике тепла от сопротивления.

Для этого используют два аналогичных термочувствительных элемента, каждый из которых содержит самостоя- 40 тельный механизм индикации малых линейных перемещений. Проволоки выполнены из материалов с разным удельным сопротивлением, но с равными длинами и диаметрами и близкими по значению 4sкоэффициентами удлинения и удельной теплоемкости, и соединены последовательно.

Демонстрация производится следующим образом. После установки обоих 10 световых пятен на нулевую отметку деЮ монстрационной шкалы с помощью регулируемого источника тока устанавливается световое пятно проволоки с меньшим удельным сопротивлением на первое деление демонстрационной шкалы, 96 6 тогда световое пятно от второй проволоки установится на отметке, пропорциональной отношению удельных сопротивлений проволок.

Затем, увеличивая ток; первое пятно устанавливается на второе деление демонстрационной шкалы и т.д. .Народно-хозяйственное значение предлагаемого устройства заключается в экономии лекционного времени, затрачиваемого на демонстрацию, и повышении наглядности лекционной демонстрации.

911596

Составитель Г. Самбикина

Редактор П Макаревич Техред М.Рейвес КорректорВ. Синицкая

Заказ 1136/44 Тираж 474 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фили.3f1 tlat lfl "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4