氧化鈣與水反應(yīng)放熱性能實(shí)驗(yàn)儀

馮思源

一、設(shè)計(jì)圖紙

氧化鈣與水的反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，為便于實(shí)驗(yàn)測定，我決定先制作隔熱裝置，為反應(yīng)創(chuàng)造良好的隔熱環(huán)境。圖1為設(shè)計(jì)的最終實(shí)驗(yàn)裝置圖。

二、制作裝置

1.隔熱層

隔熱層由外殼、反應(yīng)桶以及兩桶間隔熱材料組成。

（1）外殼

先將剪好的鐵皮折成桶狀，用鐵絲把鐵皮拴牢。焊接外殼底部時(shí)，我在頂部放幾塊杠鈴片，使熔化后的焊絲更易附著于接縫處。

（2）反應(yīng)桶

先計(jì)算所需材料的尺寸，再用大鋼尺在不銹鋼帶上劃好尺寸，并用美工刀勾勒出輪廓，再沿輪廓外沿平齊地剪下。

由于不銹鋼帶比鐵皮光滑，制作桶底時(shí)在上面畫圓比較困難，所以我用釘子敲出一個(gè)凹陷處，這才將圓心固定。焊絲為“藥芯焊絲”，熔化后帶有強(qiáng)烈的刺鼻性氣味，出于安全考慮，焊接時(shí)我戴上了口罩。

焊接完反應(yīng)桶后，必須對焊接處的氣密性進(jìn)行檢查。我通過黑夜透光實(shí)驗(yàn)，很快就修補(bǔ)了所有漏縫，順利通過氣密性檢測。

（3）連接外殼與反應(yīng)桶

用裁剪好的隔熱材料將反應(yīng)桶裹緊，小心翼翼地旋進(jìn)外殼，并用已裁剪的不銹鋼圓環(huán)將外殼和反應(yīng)桶密封。

由于存在裁剪誤差，雙層圓環(huán)在內(nèi)、外焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)許多凹凸處，導(dǎo)致接口不齊，產(chǎn)生較大的縫隙。又由于焊液都聚集在邊沿，只有冷卻后迅速加一點(diǎn)焊絲，縫隙兩側(cè)才能連通;如果加熱時(shí)間太長，新加的焊絲又會(huì)立即分散。

2.食物桶

食物桶側(cè)面為40.84cm×10cm的矩形，制作外殼和食物桶時(shí)桶底比側(cè)壁大，故取42cm×10cm的尺寸劃線。食物桶相對較小，不銹鋼帶不易彎曲，用鐵絲固定時(shí)，我用燕尾夾將其上下兩頭夾平、夾穩(wěn)，這樣就能先將接縫焊好。

由于裁剪時(shí)材料兩端不夠整齊，接口處有縫隙，熔化后的焊絲難免從縫隙中滴落至食物桶內(nèi)壁，可將其收集起來二次利用。為使食物桶能平穩(wěn)地置于隔熱層上加熱，我剪下一個(gè)外徑16cm、內(nèi)徑13cm的圓環(huán)，將圓環(huán)與食物桶頂焊接。很快，食物桶就基本成型了。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖，需在食物桶側(cè)壁靠近擋板處裹一層隔熱材料，并用鋁箔膠帶將接口處包裹。對食物桶側(cè)壁進(jìn)行隔熱處理后，嘗試將其安裝至隔熱層之上。側(cè)壁隔熱材料能在適當(dāng)?shù)臄D壓下與隔熱層內(nèi)壁緊密接觸，使反應(yīng)桶成為一個(gè)相對密閉的空間。

3.頂蓋

（1）蓋面

頂蓋底面直徑為16cm。測量家中鍋蓋面的傾角之后，我將蓋面與水平面的夾角定為20°，蓋面為一個(gè)扁平圓錐體的側(cè)面。通過計(jì)算可知，所需蓋面材料為一個(gè)半徑約為8.5cm、圓心角約為338°的扇形。

用精密圓規(guī)刻劃好蓋面材料后，將其裁剪下來并彎曲焊接。蓋面成型之后對其內(nèi)部進(jìn)行加固。為保護(hù)使用者不被劃傷，用鋁箔膠帶對蓋面邊緣進(jìn)行處理。

（2）固定圓餅

為使蓋子固定，蓋底加焊一個(gè)突出的圓餅，使其剛好能卡在食品盛放口。為增大反應(yīng)的熱效率，需在頂蓋內(nèi)部放置隔熱材料，即在圓餅與蓋面之間填充硅酸鋁針刺毯。

（3）頂蓋提手

在焊接提手側(cè)面時(shí)，要求一次性焊好。在頂蓋上用電鉆打一個(gè)溫度計(jì)孔，在外殼上裝上緊固帶，將硅橡膠密封圈套在食物桶外沿，最后用鋁箔膠帶把尖銳的地方包起來（鋁箔也能反射一部分熱輻射）。

三、實(shí)驗(yàn)測定

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)， 我繪制出了食物區(qū)的水溫與時(shí)間的關(guān)系曲線，如圖5所示。（指導(dǎo)老師：盧履智）