透明液體互溶過程可視化實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)演示設(shè)備或裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到測(cè)量透明液體互溶過的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]溶解作為一種最基本的物理化學(xué)現(xiàn)象，是中小學(xué)、大學(xué)化學(xué)課程的重要內(nèi)容，同時(shí)也是化學(xué)化工、醫(yī)藥食品、燃料配制等研宄、生產(chǎn)領(lǐng)域的基本問題之一。溶解不是瞬間完成，不同的溶質(zhì)與溶劑之間的溶解具有不同的過程(時(shí)間)。但目前中小學(xué)生甚至大學(xué)生有關(guān)溶解的實(shí)驗(yàn)，更多的是等待對(duì)溶解結(jié)果的檢測(cè)，以確定其溶解的程度。而對(duì)溶解的過程無法實(shí)時(shí)觀察，影響了學(xué)生對(duì)溶解的深化理解。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有大量的無色透明液體之間的溶解實(shí)驗(yàn)，如酒精與水之間可以任意混溶，但其溶解過程是如何進(jìn)行的，這是學(xué)生經(jīng)常會(huì)提出的問題?！吨行W(xué)教學(xué)研宄》2005年第10期“誰能看到酒精溶解在水中了”，提出了一個(gè)非常有意義的問題。
[0003]對(duì)于初學(xué)者或者在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，不同液體之間互溶性的預(yù)判斷，更是經(jīng)常碰到的問題。盡管采用“相似相溶”的規(guī)律可以做出初步判斷，但相似相溶規(guī)律是定性規(guī)律，通常僅能給出難溶、微溶、可溶可能性的判斷。目前常用的判斷液體互溶性的簡(jiǎn)便方法有兩種:其一，采用染色法，即對(duì)其中一種液體染色，然后加入另一種液體，觀察互溶過程中顏色分布的變化情況，顏色均勻分布即為互溶液體，反之亦然。但這種方法靈敏度太低，染料加的少，互溶過程不明顯，染料加的多，則有可能改變液體本身的性質(zhì)；另一種方法是把兩種液體倒入一個(gè)杯子中，攪拌一段時(shí)間后，看混合液體是否分層，不分層則互溶，反之則不互溶，顯然這種用眼睛觀察的方法對(duì)于透明度完全相同的兩種液體互溶性的判斷難度極大，對(duì)于兩種液體互溶完成時(shí)間的準(zhǔn)確測(cè)量更無法實(shí)現(xiàn)。
[0004]紋影顯示技術(shù)的發(fā)展，為透明液體之間傳質(zhì)和能量交換過程的研宄提供了有效手段，但現(xiàn)有紋影顯示系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜，儀器價(jià)格昂貴，且需要專業(yè)人員操作，不適合用于透明液體互溶性的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和學(xué)生在課堂上對(duì)透明液體互溶過程的觀察。因此研宄一種方法簡(jiǎn)單、現(xiàn)象直觀、產(chǎn)品成本低，適合學(xué)生課堂上觀察透明液體互溶過程并能準(zhǔn)確測(cè)量互溶時(shí)間的方法，對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)、滿足液體互溶性現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需求，具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、演示效果直觀的透明液體互溶過程可視化實(shí)驗(yàn)裝置。
[0006]本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題在于提供一種使用透明液體互溶過程可視化實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法。
[0007]解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在底座上設(shè)置有透明水槽，透明水槽右側(cè)底座上設(shè)置有光屏、左側(cè)底座上設(shè)置有激光器支架，激光器支架上安裝有半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器出射光的發(fā)散角為10°?20°，發(fā)散激光束從透明水槽左側(cè)壁的中部透過透明水槽投射在光屏上，在光屏上呈現(xiàn)放大的透明液體互溶過程的動(dòng)態(tài)圖像。
[0008]本發(fā)明的透明水槽的幾何形狀為長(zhǎng)方體，透明水槽長(zhǎng)度為10?12cm、高度為10?12cm、厚度為1.2?2cm。
[0009]本發(fā)明的透明水槽的幾何形狀為長(zhǎng)方體，透明水槽的最佳長(zhǎng)度為11cm、高度為11cm、厚度為 1.5cm。
[0010]使用上述透明液體互溶過程可視化實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于它是由下述步驟組成:
[0011](I)觀察激光束透過均勻透明液體形成圓形光斑的均勻性
[0012]I)在透明水槽中加入50ml的蒸餾水，觀察發(fā)散角為10°?20°的激光束透過透明水槽中的蒸餾水，投射在光屏上圓形光斑的均勻性，改變光屏與透明水槽的距離，在光屏上觀察不同大小圓形光斑的均勾性。
[0013]2)在透明水槽內(nèi)裝有50ml的蒸餾水中一次注入30ml相同溫度的蒸餾水，觀察發(fā)散激光束透過水槽投射在光屏上圓形光斑均勻性的變化。
[0014]3)在透明水槽中加入50ml的酒精溶液，觀察發(fā)散角為10°?20°的激光束透過透明水槽中的酒精溶液，投射在光屏上圓形光斑的均勻性，改變光屏與透明水槽的距離，在光屏上觀察不同大小圓形光斑的均勻性。
[0015]4)在透明水槽內(nèi)裝有50ml的酒精中一次加入30ml相同濃度和溫度的酒精溶液，觀察發(fā)散激光束透過透明水槽投射在光屏上形成圓形光斑均勻性的變化。
[0016]根據(jù)步驟1)、2)、3)、4)觀察到的光屏上圓形光斑的均勻性，判定透明水槽2中透明液體介質(zhì)的均勻性。
[0017](2)觀察酒精與蒸餾水互溶過程與溶解時(shí)間測(cè)量方法
[0018]I)在透明水槽內(nèi)50ml的蒸餾水中，一次加入50ml的酒精并計(jì)時(shí)，自然溶解，觀察發(fā)散角為10°?20°的激光束透過透明水槽，投射在光屏上圓形光斑中出現(xiàn)的網(wǎng)狀亮線到網(wǎng)狀亮線逐漸模糊直至消失的過程，在圓形光斑中網(wǎng)狀亮線消失、亮度恢復(fù)均勻的瞬間終止計(jì)時(shí)，為酒精與蒸餾水的互溶完成時(shí)間。
[0019]2)轉(zhuǎn)動(dòng)半導(dǎo)體激光器，使出射發(fā)散角為10°?20°的發(fā)散激光束從不同方向、不同位置透過透明水槽，在光屏上觀察圓形光斑的均勻性。
[0020]在本發(fā)明的觀察激光束透過均勻透明液體形成圓形光斑的均勻性(I)中:
[0021]I)在透明水槽中加入50ml的蒸餾水，觀察發(fā)散角最佳為15°的激光束透過透明水槽中的蒸餾水，投射在光屏上圓形光斑的均勻性，改變光屏與透明水槽的距離，在光屏上觀察不同大小圓形光斑的均勾性。
[0022]2)在透明水槽內(nèi)裝有50ml的蒸餾水中一次注入30ml相同溫度的蒸餾水，觀察發(fā)散激光束透過水槽投射在光屏上圓形光斑均勻性的變化。
[0023]3)在透明水槽中加入50ml的酒精溶液，觀察發(fā)散角最佳為15°的激光束透過透明水槽中的酒精溶液，投射在光屏上圓形光斑的均勻性，改變光屏與透明水槽的距離，在光屏上觀察不同大小圓形光斑的均勻性。
[0024]4)在透明水槽內(nèi)裝有50ml的酒精中一次加入30ml相同濃度和溫度的酒精溶液，觀察發(fā)散激光束透過透明水槽投射在光屏上形成圓形光斑均勻性的變化。
[0025]根據(jù)步驟I)、2)、3)、4)觀察到的光屏上圓形光斑的均勻性，判定透明水槽2中透明液體介質(zhì)的均勻性；
[0026]在本發(fā)明的觀察酒精與蒸餾水互溶過程與溶解時(shí)間測(cè)量方法步驟(2)中:
[0027]I)在透明水槽內(nèi)50ml的蒸餾水中，一次加入50ml的酒精并計(jì)時(shí)，自然溶解，觀察發(fā)散角最佳為15°的激光束透過透明水槽，投射在光屏上圓形光斑中出現(xiàn)的網(wǎng)狀亮線到網(wǎng)狀亮線逐漸模糊直至消失的過程，在圓形光斑中網(wǎng)狀亮線消失、亮度恢復(fù)均勻的瞬間終止計(jì)時(shí)，為酒精與蒸餾水的互溶完成時(shí)間；
[0028]2)轉(zhuǎn)動(dòng)半導(dǎo)體激光器，使出射發(fā)散角最佳為15°的發(fā)散激光束從不同方向、不同位置透過透明水槽，在光屏上觀察圓形光斑的均勻性。
[0029]本發(fā)明采用透明水槽內(nèi)酒精與蒸餾水的擴(kuò)散互溶過程中酒精與蒸餾水?dāng)U散互溶區(qū)域梯度變化的折射率，對(duì)透過發(fā)散激光束的折射、會(huì)聚或發(fā)散作用，在光屏上投射的均勻性動(dòng)態(tài)變化的圓形光斑，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)酒精與蒸餾水?dāng)U散互溶過程的動(dòng)態(tài)變化過程，實(shí)現(xiàn)了酒精與蒸餾水?dāng)U散互溶過程動(dòng)態(tài)過程的可視化實(shí)時(shí)觀察和溶解時(shí)間測(cè)量。
[0030]本發(fā)明采用發(fā)散激光束透過透明水槽內(nèi)的液體，在光屏上投射形成的圓形光斑，數(shù)十倍的放大了激光束透過區(qū)域酒精與蒸餾水互溶過程的動(dòng)態(tài)圖景，使酒精與蒸餾水的互溶過程可直接目測(cè)，微量酒精(蒸餾水)在蒸餾水(酒精)中的溶解過程也能清晰顯現(xiàn)。同時(shí)，通過增大光屏與水槽之間的距離，可以增大圓形光斑的尺度，更能滿足課堂演示實(shí)驗(yàn)要求。本發(fā)明采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)方法，在學(xué)生沒有相關(guān)背景知識(shí)的情況下，同樣能理解本方法的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2是發(fā)散激光束透過水槽內(nèi)的酒精或蒸餾水形成的圓形光斑照片。
[0033]圖3是酒精與水互溶過程圓形光斑中的網(wǎng)狀亮線照片。
【具體實(shí)施方式】