自制吸放热演示装置

刘之洋 黎介睿

一、发明背景

初中物理中，汽化和液化这个部分有很多有趣小实验。我们可以用手背擦酒精感觉凉爽的小实验说明汽化吸热，但是要同时证明汽化吸热、液化放热的直观实验却没有。能不能找到合适的器材来让我们直观地看到汽化、液化过程中的热量转移，解决同学们靠死记硬背记住结论的问题呢？带着这个目的，我们制作了一个吸放热演示装置（如右图），既实现了这一功能，又做到了废物利用。

二、研制过程

初中人教版物理教材讲述了电冰箱利用氟利昂汽化和液化制冷的原理，于是我们利用电冰箱的核心部件不就可以做出我们想要的演示装置么？说干就干，我们从废电冰箱里拆下来一个压缩机，并找来几根废旧铜管，和毛细管焊接在一起，制成一个简单的实验装置。但灌入氟利昂一试，发现制冷系统仍不工作。我们用万用电表逐一检查压缩机、插座等没发现问题，又用洗洁精涂抹在铜管的焊接处，接通电源，也没有冒气泡。我们再查一遍线路，发现原来是插座接触不良。解决了问题以后，我们接通电源，15分钟后，冷凝器发烫，蒸发器铜管结霜，冰凉的。我们想，如果要缩短实验时间，那就只能换成粗铜管并加长。

换上粗铜管，实验时间可缩短10分钟。为了美观，我们将长铜管缠绕成碗状，接着将冷凝器管子喷上黑漆，左边黄色的粗铜管是蒸发器，颜色不同而醒目，代表冰箱两个重要的部件。氟利昂在冷凝器里发生液化现象，在蒸发器里发生汽化现象，我们用马克笔在硬纸板上写好，粘贴在纸板底部，一目了然。我们将5个缠绕看似复杂的零件——压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器一一捋顺，按照氟利昂工作路径做成一个回路。最后，我们使用对环境危害较小的、易汽化又易液化的R134或R600的环保氟代替氟利昂，设计出一个“汽化、液化吸放热特征”展示的演示装置。

三、工作原理

整個装置的工作原理是将环保氟气体充入压缩机后，压缩机对它压缩作功，变成高温高压的气体进入冷凝器。在冷凝器中液化，变成液态的氟。经干燥过滤器过滤掉污垢，毛细管节流降压，到达蒸发器，发生汽化现象，液态的氟变成氟蒸气，又回到压缩机中，进入下一个制冷循环。

四、实验操作

做演示实验时，将冷凝器和蒸发器放入装有水的烧杯中，并在烧杯里面插上温度计。接通电源后，观察温度计读数，每隔半分钟记录一组数据。冷凝器里环保氟发生液化后，水的温度很快上升，而蒸发器里环保氟发生汽化后，水的温度很快下降，还结冰。用实验数据讲解冰箱原理，将汽化吸热、液化放热知识镌刻在我们脑海里，现象明显，直观有趣，令人耳目一新。我们还用余料给这个装置做了个可提拉的小木柜，方便摆放烧杯，观看温度计示数。

五、创新点

本实验装置的创新之处有：

1. 将液化和汽化直观地放在一个装置上演示，左右两边对比很明显。

2. 实验现象出现快且明显，能重复实验，成功率100%。

3. 可以用高清摄像头将两个温度计的读数和变化投影到屏幕上，同学们感受强烈，效果明显。