Учебный прибор для изучения адиабатического процесса Советский патент 1988 года по МПК G09B23/12 

4;;

00

о со 00

Изобретение относится к области обучающих приборов по физике (раздел «Термодинамика) и может быть использовано на лабораторных занятиях и в качестве лекционной демонстрации.

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей за счет отображения динамики газовых процессов.

На фиг. 1 дана функциональная схема прибора; на фиг. 2 - схема фотопотенцно- метра.

Учебный прибор состоит из герметично-- го сосуда 1 в виде цилиндра, изготовленного из прозрачного материала, пробок 2 и 3, патрубков 4 и 5 для нагнетания газа, поршня 6 (подвижный элемент) с мягким уплотнителем из ткани или другого материала с низким коэффициентом трения, ограничителей 7 хода поршня 6, осветителя 8 хзконаправленного действия (например, све- тп.июда), фотонотенциометра 9, датчика 10 избыточно1 о давления, связанного посредством усилителя постоянного тока с запоминающим осциллографом 11, пасоса 12, рас- предс.пггельных вентилей 13 и 14, а также клапгша 15, предназначенного для соединения сосуда I с атмосферой при подгото.же прибора к работе. Рабочей часи.ю сосуда 1 является пространство мс/кду пробкой 2 и верхним ограничите- ,1см 7.

Поскольку осветитель 8 установлен на подвижном поршне, отходяшие от него провода спиралеобразно выведены к источнику 1П1тания (не показан) через пробку 3.

Размешенный на прозрачном сосуде 1 (фиг. 2) фотопотенциометр 9 представляет собой пленочную структуру из трех слоев: резистивного слоя 16, подключенного к источнику 17 тока, фотопроводяш.его слоя 18 и эквипотенциального коллектора 19. Подвижный осветитель 8 образует на фотопро- водяшем слое 18 соответствующее световое пятно и, тем самым, локальный участок высокой проводимости между коллектором 19 и источником тока 17.

Выходное напряжение снимается с эквипотенциального коллектора 19 (выполняющего роль движка в электромеханическом потенциометре) и одного из выводов резистивного слоя 16. Контакты 19 и 16 фото- потенциометра 9 подключены к горизонтальным пластинами запоминающего осциллографа 11, к вертикальным пластинам которого под лючен датчик 10 избыточного дав- .чения.

Прибор работает следующим образом.

Перед проведением опыта поршень 6 отводят вверх до ограничителя 7. Для этого необходимо открыть вентиль 13 и клапан .15; закрыть вентиль 14 и затем включить насос 12. Поршень 6 поднимается за счет превышения давления, создаваемого насосом, над атмосферным давлением и после отключения насоса 12 будет удерживаться в верхнем положении благодаря своему малому весу и силе трения между уплотнителем и прозрачным сосудом 1.

Для проведения опыта закрывают клапан 15 и вентиль 13, но открывают вентиль 14. Включают.фотопотенциометр 9, запоминающий осциллограф 11 и осветитель 8. При включении насоса 12 воздух через патрубок 4 начнет поступать в сосуд 1 и давление газа над поршнем превысит давление газа под ним. За счет непрерывного повышения давления поршень 6 совместно с осветителем 8 перемещается вниз до нижнего ограничителя 7. При этом напряжение, снимаемое

5 с фотопотенциометра 9, а следовательно, и координата X на экране осциллографа 11, пропорциональны изменяющемуся объему V под поршнем 6. Координата Л уменьшается. В то время давление под поршнем увеличивается. Напряжение, подаваемое на вер0 тикальный вход осциллографа 11 от датчика 10 избыточного давлений, а следовательно, и координата У пропорциональны избыточному давлению Р. Истинное давление Р равно сумме -атмосферного - Ро.

5 Таким образом, на экране запоминающего осциллографа 11 возникает график, соответствующий уравнению Пуассона

PI/V const

(1)

30 В переменных {А , Y} график соответствует уравнению

( +УО),

(2)

где Y - показатель адиабаты; 35 YO - постоянное смещение по координате Y, соответствующее атмосферному давлению РО, Со - постоянная величина. Показатель адиабаты вычисляется из гра- д- фических данных по формуле (2)

/п(Уо+Гг)-/п(Уо+Ук) i inXi-lnX

Необходимо взять две пары точек на кри- 45 вой У(Х) и с помощью программируемого калькулятора рещить систему двух уравнений (3). Расчет значительно упрощается, если предварительно протарировать датчик 10 по координате У, т. е. определить заранее смещение Уо.

50 При проведении опыта целесообразно устранить постороннюю подсветку фотопотенциометра 9, прикрыв его светозащитным кожухом или листом бумаги.

В приборе адиабатичность процесса сжатия газа достигается за счет быстрого

55

перемещения порщня между его крайними положениями. В соответствии с этим требованием подбирается минимальная мощность насоса 12, обеспечивающего необходимую скорость притока газа в пространство над поршнем 6. При малой скорости натекания газа процесс под поршнем 6 приближается к изотермическому.

Формула изобретения

Учебный прибор для изучения адиабатического процесса, содержащий герметичный цилиндр, подвижным элементом разделенный на две полости, каждая из которых через соответствующие патрубок и вентиль подсоединена к насосу, датчик избы10

ширения дидактических возможностей за счет отображения динамики адиабатического процесса, он снабжен осветителем, датчиком перемещения подвижного элемента, выполненным в виде фотопотенциометра, размещенного снаружи цилиндра вдоль его оси, сосуд выполнен в виде прозрачного цилиндра, подвижный элемент - в виде поршня с уплотнением, а регистратор - в виде запоминающего осциллографа, при этом осветитель закреплен на поршне с возможностью

оптического взаимодействия с фотопотенциометром, электрически связанным с горизонтальными пластинами осциллографа, к вертикальным пластинам которого подключен точного давления, связанный с регистрато- датчик избыточного давления, который раз- ром, отличающийся тем, что, с целью рас- мещен в нижней части цилиндра.

ширения дидактических возможностей за счет отображения динамики адиабатического процесса, он снабжен осветителем, датчиком перемещения подвижного элемента, выполненным в виде фотопотенциометра, размещенного снаружи цилиндра вдоль его оси, сосуд выполнен в виде прозрачного цилиндра, подвижный элемент - в виде поршня с уплотнением, а регистратор - в виде запоминающего осциллографа, при этом осветитель закреплен на поршне с возможностью

Изобретение относится к обучающим приборам. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей за счет отображения динамики адиабатического процесса. Газ сжимается в прозрачном цилиндре под действием поршня, на которо.м закреплен осветитель, направленный на фотопроводя- щий слой фотопотенциометра, расположенного снаружи цилиндра. Перемещение порщ- ня осуществляется гидравлически под действием насоса. На горизонтальные пластины запоминающего осциллографа подается выходное напряжение фотопотенциометра, на вертикальные пластины - напряжение от датчика избыточного давления, размещенного в нижней полости цилиндра. По графику на экране осциллографа определяется показатель адиабаты. 2 ил.

//

фи.Г

cpue.Z