求簡單的蒸汽機制作方法,家裏能做的!
材料
1. 平底燒瓶(100?mL)壹個;?
2. 用來塞住燒瓶瓶口的橡膠(矽膠)塞子壹個;?
3. 壹根直徑約1?mm,長約20 公分的銅絲或鋁絲;?
4. 酒精燈;
5. 內徑約3.5?mm 的鋁管兩根,各長約10cm;?6. 長約4?cm 的螺絲釘壹支;?
7. 銣鐵硼稀土磁鐵(強力磁鐵)二塊(直徑約2.0?cm,高約0.4?cm 的圓柱體);
8. 載玻片壹塊;?
9. 白楊木條和木板若幹(五金行有售)。
制法
1. 首先,將塞子鉆兩個洞,再將兩根事先彎曲成羚羊角形狀的鋁管,分別插入塞子的洞中,
塞子再塞住燒瓶瓶口。用銅絲捆綁燒瓶,此銅絲的另壹端作成勾子的形狀(圖壹)。
圖壹:兩根羚羊角形狀的鋁管,分別插入塞子上的兩個洞中,塞子再塞住燒瓶瓶口。用銅絲捆綁燒瓶,另壹端作成勾子。
2.?取另壹根銅絲,壹端纏住螺絲釘,另壹端也作成勾子。用白楊木制作壹個門型支架,?支架橫桿中間鉆壹個直徑約10mm的圓洞,用膠帶把載玻片黏在圓洞上方,載玻片上方用雙面膠黏住銣鐵硼稀土磁鐵。將螺絲釘尖端伸入圓洞,頂著載玻片,銣鐵?硼稀土磁鐵即吸住螺絲釘(圖二),綁在螺絲釘上的勾子,勾住捆綁在燒瓶上的銅絲,整個燒瓶於是懸空。
圖二:銣鐵硼稀土磁鐵隔著載玻片吸住螺絲釘,綁在螺絲釘上的勾子勾住捆綁在燒瓶上的銅絲。
三、操作
1.?從壹側的鋁管註入半滿的水,通常強力磁鐵可以吸住裝滿水的燒瓶,但若磁力不足,可以先試壹試磁鐵能吸住燒瓶的最大水量,再減半水量;
2.?以酒精燈火焰直接加熱燒瓶底部,待水沸騰,水蒸汽由兩根鋁管噴出,燒瓶就開始不停轉動(圖三)。?
圖三:酒精燈火焰直接加熱燒瓶底部,水蒸汽由兩根鋁管噴出,燒瓶就開始不停轉動。
四、說明
1.?由於水量不多,又因為玻璃又硬又滑,重力又抵銷了壹部分向上的磁力,所以螺絲釘和載玻片之間的摩擦力極小,燒瓶稍稍壹受到力矩即可轉動,用不著高壓噴射蒸汽,也就免去了大火猛烈加熱帶來的危險。
2.?以燒瓶作為容器,?壹方面玻璃完全透明,內部水沸騰的情形壹目了然,格外吸引學生註意和好奇,而整個希倫引擎的原理和運作的所有細節,不言自明,非常有趣。
3.?另壹方面,燒瓶以其對稱軸為轉軸的轉動慣量,比試管以其對稱軸為轉軸的轉動慣量大壹些,旋轉之後角動量較大,因為角動量守恒之故,旋轉時轉軸相當穩定,方向不變,不易搖晃,有助於持續加熱、從容觀察(賞)、以及實驗安全的提高。
4.?試管制的希倫蒸汽機,旋轉之後角動量較小,也就不容易藉助角動量之守恒來維持轉軸穩定,因此比較容易搖晃。
5.?再加上燒瓶重心比較低,若有搖晃,搖晃的頻率遠低於轉動的頻率,內部的水又有緩沖的效果(半滿時效果佳),搖晃難以持續,整具燒瓶希倫引擎很容易穩定轉?動,又因為燒瓶底部較寬,加熱區域大,蒸汽量也大,而且水沸騰時水蒸汽也不致於將液態的水壹並帶出(圖四),所以旋轉的力矩非常平穩,不會忽大忽小,?並可延長噴發水蒸汽的時間。
作為希倫蒸汽引擎的現代桌上型模型,這項再改良的作品已臻成熟。只要鋁管不被堵塞而加熱密封在燒瓶中的水,此實驗十分安全。若再加裝防止燒瓶墜落的裝置?(圖五);並改用攜帶型小瓦斯燈,可免除萬壹打破酒精燈引起的大範圍閃燃,且火力較大,瓶底也不會累積碳黑;或把鋁管改成玻璃管,除了更顯玲瓏晶瑩之外,?還可直接目視玻璃管是否暢通,安全性更高,甚至可以當成科學精品呢。?
圖五:甲為磁鐵,乙為螺絲釘,丁為壹防墜卡盤,牢牢在螺絲釘上,丙為固定在門型支架上的托架,其中有壹孔,容螺絲釘穿過,壹旦磁鐵吸不住螺絲釘,防墜卡盤被托架托住,燒瓶即不致於墜落。