專利名稱:氣體分子運(yùn)動(dòng)論模擬實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
本裝置屬物理演示實(shí)驗(yàn)儀器。
氣體分子運(yùn)動(dòng)是一種微觀運(yùn)動(dòng)，常用的卡爾頓板只能模擬氣體分子混亂運(yùn)動(dòng)的正態(tài)分布規(guī)律，但不能定量、半定量地演示理想氣體狀態(tài)方程、實(shí)際氣體(范氏氣體)狀態(tài)方程、道爾頓分壓定律、阿麥伽分體定律和玻爾茲曼分布定律(非正態(tài)分布律)。
研制本儀器的目的是要宏觀地模擬氣體分子的微觀運(yùn)動(dòng)，從而在物理教學(xué)中可定量、半定量地演示上述多種氣體分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
該儀器用大量鋼珠振子在透明方箱中的混亂運(yùn)動(dòng)模擬演示氣體分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律。鋼珠振子在電機(jī)帶動(dòng)的振板撞擊下形成混亂運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通過附加砝碼改變浮動(dòng)活塞重量P(表示壓強(qiáng))，測(cè)定振子數(shù)N和相應(yīng)壓強(qiáng)下振子的活動(dòng)容積V(在考慮到氣體分子體積修正項(xiàng)條件下)，再計(jì)算出振子數(shù)密度n＝ (N)/(V) ，從而可定量演示理想氣體狀態(tài)方程P＝nKT(其中K為常數(shù)，T代表氣體溫度，由振板的振動(dòng)能量確定)；測(cè)量
計(jì)算出鋼珠振子的體積，可得范德瓦爾斯氣體(鋼珠模型)分子體積的修正項(xiàng)b(b＝4NV0，N為振子數(shù)，V0為一個(gè)鋼珠振子的體積)，從而可演示實(shí)際氣體(范氏氣體)狀態(tài)方程P(V－b)＝RT(其中R為常量)；在方箱容積一定條件下，分別依次加入不同大小的鋼珠振子，測(cè)出浮動(dòng)活塞重量P1、P2，可演示道爾頓分壓定律，即總壓強(qiáng)為分壓強(qiáng)之和(P＝P1＋P2)；在浮動(dòng)活塞一定條件下，分別依次加入不同大小的鋼珠振子，測(cè)出各自的活動(dòng)容積V1、V2，可演示阿麥伽分體定律，即總體積為分體積之和(V＝V1＋V2)；在方箱中加入數(shù)百粒振子，當(dāng)鋼珠振子于重力場(chǎng)中混亂運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用粒子數(shù)分離隔槽(插板)和半對(duì)數(shù)板描點(diǎn)，可演示粒子數(shù)按重力勢(shì)能的e指數(shù)分布規(guī)律——波爾茲曼分布律。
該儀器可顯明、直觀地模擬氣體分子混亂運(yùn)動(dòng)，從而可定量、半定量地演示以上氣體分子運(yùn)動(dòng)定律。演示結(jié)果符合理論規(guī)律。本儀器可直接觀測(cè)，也可投影放大供幾百人觀察，演示效果良好。該儀器可供大、中、專各類院校物理教學(xué)使用。
圖1為氣體分子運(yùn)動(dòng)論模擬實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖。
本儀器具體構(gòu)成如下透明方箱〔1〕由有機(jī)玻璃板和平板玻璃制成，方箱上部有可取下的蓋板〔5〕，由蓋板上的橡膠塞〔3〕和活塞桿〔2〕限定浮動(dòng)活塞〔4〕的運(yùn)動(dòng)，增減砝碼〔13〕來(lái)改變浮動(dòng)活塞的重量。方箱一側(cè)壁為一多縫隔板〔6〕，縫隙小于鋼珠振子〔14〕的直徑，穿過它可插入粒子數(shù)分離隔槽〔7〕。振板〔8〕用有機(jī)玻璃板制造，與箱壁間隙小于振子直徑，使其能在方箱中上下自由移動(dòng)為宜。振板在曲柄連桿機(jī)構(gòu)〔9、10、11、17〕帶動(dòng)下振動(dòng)，撞擊鋼球振子〔14〕造成振子的混亂運(yùn)動(dòng)，模擬氣體分子的混亂運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過飛輪〔16〕由直流電機(jī)〔12〕帶動(dòng)，改變電源〔15〕的電壓調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可變化振板的振動(dòng)頻率，從而造成振子(模擬氣體分子)的不同混亂運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
本儀器在演示玻爾茲曼定律時(shí)，需另加一半對(duì)數(shù)板，具體演示方法為在模擬箱內(nèi)加入數(shù)百粒振子，在振板撞擊下振子于重力場(chǎng)中按高度形成一定分布。穩(wěn)定片刻后，迅速將粒子數(shù)分離隔槽插入箱內(nèi)，使振子分隔在不同高度的槽中。然后把方箱向一側(cè)傾斜，使各層鋼珠形成單層緊密排列。按粒子排列長(zhǎng)度可直接畫出玻爾茲曼分布曲線；再按排列長(zhǎng)度在半對(duì)數(shù)板上描點(diǎn)可得一直線，從而可驗(yàn)證上述曲線為e指數(shù)規(guī)律曲線，即玻爾茲曼分布曲線。
權(quán)利要求
1.一種由振子模擬氣體分子運(yùn)動(dòng)的氣體分子運(yùn)動(dòng)論模擬實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所說(shuō)的模擬實(shí)驗(yàn)儀具有透明方形模擬箱、振板及振子，振板由曲柄連桿機(jī)構(gòu)連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求
1所述的模擬實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于模擬箱內(nèi)有浮動(dòng)活塞，浮動(dòng)活塞的重量可以改變。
3.按照權(quán)利要求
1、2所述的模擬實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于模擬箱一側(cè)為多縫隔板，它可插入粒子數(shù)分離隔槽。
4.按照權(quán)利要求
3所述的模擬實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于有一半對(duì)數(shù)板。
5.按照權(quán)利要求
1、2所述的模擬實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所說(shuō)的電機(jī)轉(zhuǎn)速可變，從而可改變振板的振動(dòng)頻率。
6.按照權(quán)利要求
3所述的模擬實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所說(shuō)的電機(jī)轉(zhuǎn)速可變，從而可改變振板的振動(dòng)頻率。
專利摘要
本實(shí)用新型屬物理演示實(shí)驗(yàn)儀器。該儀器用大量鋼珠振子在透明方箱中的混亂運(yùn)動(dòng)模擬氣體分子運(yùn)動(dòng)，從而可定量、半定量地演示理想氣體、范氏氣體(鋼球模型)狀態(tài)方程、道爾頓分壓定律、阿麥伽分體定律及玻爾茲曼分布律等氣體分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律。演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合理論規(guī)律，演示現(xiàn)象直觀、明顯，效果良好。本儀器可直接觀測(cè)，也可用投影儀放大投影供幾百人觀察。
文檔編號(hào)G09B23/00GK85200515SQ85200515
公開日1986年1月29日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者王志興, 韓長(zhǎng)明 申請(qǐng)人:東北師范大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan