自制吸放熱演示裝置

劉之洋 黎介睿

一、發明背景

初中物理中，汽化和液化這個部分有很多有趣小實驗。我們可以用手背擦酒精感覺涼爽的小實驗說明汽化吸熱，但是要同時證明汽化吸熱、液化放熱的直觀實驗卻沒有。能不能找到合適的器材來讓我們直觀地看到汽化、液化過程中的熱量轉移，解決同學們靠死記硬背記住結論的問題呢？帶著這個目的，我們制作了一個吸放熱演示裝置（如右圖），既實現了這一功能，又做到了廢物利用。

二、研制過程

初中人教版物理教材講述了電冰箱利用氟利昂汽化和液化制冷的原理，于是我們利用電冰箱的核心部件不就可以做出我們想要的演示裝置么？說干就干，我們從廢電冰箱里拆下來一個壓縮機，并找來幾根廢舊銅管，和毛細管焊接在一起，制成一個簡單的實驗裝置。但灌入氟利昂一試，發現制冷系統仍不工作。我們用萬用電表逐一檢查壓縮機、插座等沒發現問題，又用洗潔精涂抹在銅管的焊接處，接通電源，也沒有冒氣泡。我們再查一遍線路，發現原來是插座接觸不良。解決了問題以后，我們接通電源，15分鐘后，冷凝器發燙，蒸發器銅管結霜，冰涼的。我們想，如果要縮短實驗時間，那就只能換成粗銅管并加長。

換上粗銅管，實驗時間可縮短10分鐘。為了美觀，我們將長銅管纏繞成碗狀，接著將冷凝器管子噴上黑漆，左邊黃色的粗銅管是蒸發器，顏色不同而醒目，代表冰箱兩個重要的部件。氟利昂在冷凝器里發生液化現象，在蒸發器里發生汽化現象，我們用馬克筆在硬紙板上寫好，粘貼在紙板底部，一目了然。我們將5個纏繞看似復雜的零件——壓縮機、冷凝器、干燥過濾器、毛細管、蒸發器一一捋順，按照氟利昂工作路徑做成一個回路。最后，我們使用對環境危害較小的、易汽化又易液化的R134或R600的環保氟代替氟利昂，設計出一個“汽化、液化吸放熱特征”展示的演示裝置。

三、工作原理

整個裝置的工作原理是將環保氟氣體充入壓縮機后，壓縮機對它壓縮作功，變成高溫高壓的氣體進入冷凝器。在冷凝器中液化，變成液態的氟。經干燥過濾器過濾掉污垢，毛細管節流降壓，到達蒸發器，發生汽化現象，液態的氟變成氟蒸氣，又回到壓縮機中，進入下一個制冷循環。

四、實驗操作

做演示實驗時，將冷凝器和蒸發器放入裝有水的燒杯中，并在燒杯里面插上溫度計。接通電源后，觀察溫度計讀數，每隔半分鐘記錄一組數據。冷凝器里環保氟發生液化后，水的溫度很快上升，而蒸發器里環保氟發生汽化后，水的溫度很快下降，還結冰。用實驗數據講解冰箱原理，將汽化吸熱、液化放熱知識鐫刻在我們腦海里，現象明顯，直觀有趣，令人耳目一新。我們還用余料給這個裝置做了個可提拉的小木柜，方便擺放燒杯，觀看溫度計示數。

五、創新點

本實驗裝置的創新之處有：

1. 將液化和汽化直觀地放在一個裝置上演示，左右兩邊對比很明顯。

2. 實驗現象出現快且明顯，能重復實驗，成功率100%。

3. 可以用高清攝像頭將兩個溫度計的讀數和變化投影到屏幕上，同學們感受強烈，效果明顯。