УНИВЕРСАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ГАЗОВЫХ ЗАКОНОВ Российский патент 1995 года по МПК G09B23/16 

Изобретение относится к учебно-лабораторному оборудованию для проведения практических работ по физике и может быть использовано для изучения и экспериментальной проверки различных состояний газа.

В литературе [1] описан ряд приборов для проверки различных состояний газа, в основе которых устройство для измерения изменений объема газа под воздействием давления и температуры. В качестве подобных устройств применяют либо стеклянные сосуды с водяными или ртутными затворами, либо металлические сосуды с резьбовыми поршнями или гофрированными стенками [2 и 3]
Стеклянные приборы отличаются исключительной простотой и наглядностью, а металлические менее наглядны, т.к. не позволяют непосредственно наблюдать и оценивать изменение объема исследуемого газа.

Основными недостатками вышеуказанных приборов являются:
отсутствие универсальности, возможность проверки только конкретной зависимости состояния газа;
необходимость использования больших перепадов давлений и температур, что делает их опасными при проведении эксперимента в процессе обучения и поэтому перечисленные приборы чаще используются как демонстрационные;
использование ртутных затворов, т. к. использование ртути в экспериментальных приборах, применяемых для обучения, запрещено;
применение водных затворов, приводящих к созданию насыщенных паров в исследуемой массе газа, что приводит к изменению свойств исследуемого газа;
использование трубчатых и деформационных манометров, в которых за счет контакта с исследуемой массой газа образуется неучитываемый, неконтролируемый объем исследуемого газа, приводящий к получению большого числа недоброкачественных опытов. Последнее приводит к необходимости проведения большого количества параллельных определений и значительно удлиняет время проведения лабораторных работ.

В литературе описан универсальный прибор для проверки газовых законов [4] Основную часть прибора составляют две аксиально расположенные стеклянные трубки, зажатые резиновыми прокладками между двумя фланцами, стянутыми шпильками. Давление газа измеряют трубчатым манометром. Объем газа во внутренней трубке изменяют гидравлическим поршнем. Исследуемый газ находится во внутренней трубочке. Сжатие его производят жидкостью, поступающей в нижнюю часть центральной трубки при накачивании воздуха в гидравлический аккумулятор насосом Шинца. Внешний цилиндр заполняют водой определенной температуры, которая обеспечивает нагрев объема исследуемого газа во внутренней трубке.

К недостаткам прибора следует отнести:
нестабильность параметров газа (давления, объема и температуры) при измерениях;
наличие неучтенного объема газа в манометре;
образование насыщенного пара вместо исследуемого газа при изменении давления в приборе с гидравлическим поршнем;
сложность эксплуатации.

Указанные недостатки приводят к большим погрешностям в измерениях и описанный прибор используется, как правило, в качестве демонстрационного, а не лабораторного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для проверки газовых законов, содержащее горизонтально расположенную стеклянную трубку со шкалой, размещенный в ней индикатор давления и нагреватель. В трубке находится ртутный столбик длиной 6-8 мм, который перемещается по трубке при возникновении перепада давления в одном из концов капилляра. При пользовании известного устройства особенное внимание обращают на герметичность системы, равномерность сечения трубки, чистоту стенок капилляра и чистоту ртути. Если стенки трубки загрязнены или используется загрязненная ртуть, ртутный столбик прилипает к стенкам капилляра или расползается по стенкам трубки и измерение объема газа становится невозможным. К недостаткам известного устройства следует отнести малый размер внутреннего капилляра, что не позволяет проводить замеры объемов газов в условиях, отличных от нормальных. Конструкция известного устройства не позволяет использовать это устройство в качестве лабораторного для изучения различных состояний газа. Кроме того, использование ртутного затвора запрещено в обучающем лабораторном оборудовании.

Техническим результатом изобретения является разработка универсального устройства для обеспечения возможности демонстрации состояния газа при изменении давления и температуры повышения безопасности и надежности устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для проверки газовых законов снабжено средством для механического воздействия на газ и измерительной аппаратурой, трубка имеет на одном конце вводы для их присоединений и патрубок для соединения внутреннего объема трубки с атмосферой, а на другом конце карман для размещения нагревателя, при этом нагреватель выполнен в виде термопары, а индикатор давления в виде поршня из мелкопористого твердого материала, обработанного смачивающей стекложидкостью.

Устройство для проверки газовых законов изображено на чертеже.

Горизонтальная стеклянная трубка 1 укреплена на основании 2, снабженном шкалой измерений. В трубке расположен поршень 3 из мелкопористого твердого материала. На одном конце трубка имеет вводы 4 для измерительной аппаратуры и средства 5 для механического воздействия на газ и патрубок 6 для соединения внутреннего объема трубки с атмосферой. Другой конец трубки снабжен карманом 7 для термопары.

В качестве измерительной аппаратуры может быть использован микроманометр любого типа, способный измерять давление в десятых долях мм рт.ст.

Устройство для механического воздействия на газ может представлять собой резиновую грушу или любое другое приспособление, способное изменять давление газа в правой части стеклянной трубки, причем достаточным является перепад давления в правой и левой частях трубки 2-3 атм. В устройстве применяют любой вид малоинерционных термопар, т.к. для работы устройства достаточно изменение температуры внутри трубки на 6-8^оС.

Устройство работает следующим образом.

Поры поршня 3 через патрубок заполняют смачивающей стекло жидкостью, выдеpживают 2-3 мин, избыток жидкости сливают через патрубок 6 и закрывают последний. Следует отметить, что введение смачивающей жидкости проводят не чаще 1-2 раза в год. Затем проверяют устройство на герметичность. Для этого средством 5 для механического воздействия на газ создают в трубке избыточное давление. Прекратив сжатие газа, наблюдают за показаниями микроманометра, если они постоянны, прибор герметичен. Изменяют температуру левой части трубки, контролируют изменение температуры термопарой и проводят экспериментальную проверку различных состояний газа.

Испытания заявляемого устройства показали, что предлагаемый прибор безопасен при эксплуатации, работает устойчиво при малом перепаде давления в правой и левой частях трубки (2-3 атм) и малом интервале изменения температур (6-8^оС). При работе с заявляемым устройством полностью исключен контакт экспериментаторов со ртутью.

Устройство обладает большой чувствительностью и наглядностью, реагирует на изменение температуры в десятых долях градуса и давления в десятых долях мм рт. ст. Максимальная относительная погрешность измерений различных состояний газа не превышает 0,1%
Предлагаемое устройство используют как демонстрационный и лабораторный прибор.

Использование: в учебном процессе для проведения лабораторных работ по физике. Сущность изобретения: индикатор давления выполнен в виде поршня и мелкопористого твердого материала и размещен в стеклянной трубке со шкалой. Трубка имеет на одном конце вводы для присоединения средства для механического воздействия на газ и измерительной аппаратуры и патрубок. На другом конце трубки выполнен карман для размещения нагревателя. Нагреватель выполнен в виде термопары. 1 ил.

УНИВЕРСАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ГАЗОВЫХ ЗАКОНОВ, содержащее горизонтально расположенную стеклянную трубку с шкалой, размещенный в ней индикатор давления и в ней нагреватель, отличающееся тем, что оно снабжено средством для механического воздействия на газ и измерительной аппаратурой, трубка имеет на одном конце вводы для их присоединения и патрубок для соединения внутреннего объема трубки с атмосферой, а на другом конце карман для размещения нагревателя, при этом нагреватель выполнен в виде термопары, а индикатор давления в виде поршня из мелкопористого твердого материала, обработанного смачивающей стекло жидкостью.