自制物态变化实验演示仪*

2014-10-21 13:16吴龙忠
物理教师 2014年9期
关键词:氟利昂开瓶物态

吴龙忠

(连云港市海滨中学,江苏 连云港 222042)

物态变化知识点是初中物理教学的重点.但是,中学物理实验室中缺少能瞬间提供低温的演示物态变化的实验仪器,教师在教学中不能提供直观的实验现象,学生的生活经验又少,难以理解物态变化的定义及物态变化过程中伴随着吸热或放热.因此,物态变化知识点又是教学的难点.为了在教学中更好地突出这个重点、突破这个难点,选购制冷配件自制“物态变化实验演示仪”,利用一种环保型新材料——氟利昂R134a的节流膨胀演示物态变化实验.可以快速演示,现象非常直观、让学生感到惊奇.

1 制作器材

长约1500mm,外直径6mm的铜管1段;长约500mm,外直径为1.6mm的毛细管1段;长约50mm,外直径为6mm的直铜管1段;6mm的铜对接头1个;6mm的对接头铜纳子1个;氟利昂加液管1根;罐装氟利昂R134a1罐;开瓶阀1个.以上器材在制冷配件商店均可以买到.

2 制作方法

(1)将长约1500mm,外直径约为6mm的铜管在空啤酒瓶或坚固的空易拉罐上紧密绕制1个大约10匝的螺线管A.

(2)用同样的方法将长约500mm,外直径为1.6mm的毛细管绕制1个大约3匝的螺线管B.

(3)将螺线管B的一端插入螺线管A的一管口中,插入深度约10mm,并用磷铜焊条将它们焊接起来.螺线管B的另一端插入长约50mm、外直径为6mm的直铜管的一端管口中,插入深度大约10mm,再用磷铜焊条将它们焊接起来.

(4)将6mm的对接头铜钠子套在直铜管上,然后将直铜管的另一端用扩口器扩一喇叭口.

(5)用铜钠子将对接头固定在“喇叭口”上.至此,“物态变化实验演示仪”制作完毕.

图1

3 使用方法

将开瓶阀安装在装有氟利昂R134a的金属罐上,用氟利昂加液管把“物态变化实验演示仪”与开瓶阀连接起来,并用加液管两端的铜螺帽固定好(如图1所示).

演示时将金属罐倒置,打开开瓶阀的旋钮,有液态氟利昂流入“物态变化实验演示仪”,氟利昂在流经螺线管B时,由于螺线管B是由毛细管绕制而成,内径很小,内部压强大,所以氟利昂保持液态,当氟利昂流入螺线管A的瞬间,铜管的内径突然增大,压强骤然减小,氟利昂发生节流膨胀,由液态汽化为气态,在汽化过程中要吸收大量的热量,所以螺线管A的起始端温度急剧下降.此时,空气中的水蒸气在演示仪的螺线管A的起始端液化成水珠;继续释放氟利昂,螺线管A的温度继续下降,出现的小水珠凝固成冰;将开瓶阀的旋钮开启得更大一些,更快地释放氟利昂,螺线管A的温度下降得更快,空气中水蒸气凝华成霜附着在A管外壁上;继续释放氟利昂,A管外壁上的霜越来越多,直至螺线管A的外壁布满了厚厚的一层霜.关闭阀门、停止释放氟利昂,对制冷仪进行空气浴加热,过一段时间,发现A管管壁上的霜在空气中受热逐渐熔化、有水珠出现;若再用电吹风对水珠吹热风,可见A管壁上的水珠很快蒸发完毕.

在水蒸气液化与凝华过程中,以及水的凝固过程中,如果用手触摸演示仪的螺线管A会感觉很凉,温度明显低于环境温度,说明水蒸气的液化及凝华过程以及水的凝固过程在A管上释放热量.

实验时若从演示仪的螺线管A上刮一部分霜放在掌心,在霜熔化过程会感觉到凉,说明熔化过程要吸收热量;用电吹风对A管上的水珠吹热风发现水珠很快消失,说明汽化也要吸热.

以上实验经历的时间短且实验现象非常直观,令学生感到惊奇,有助于培养学生学习物理的兴趣和创新意识,提高了课堂效率,开阔了学生的视野,为学生提供了丰富的感性认识,培养了学生理论联系实际的习惯.轻松突破这个教学难点.

4 注意事项

(1)实验操作过程中,必须将氟利昂加液管和演示仪、氟利昂罐连接紧密,不能漏气,防止液态氟利昂接触到人体、冻伤人体.

(2)演示仪的出气端不要对着人体.

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