熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】一種熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置，在底座上設(shè)置連為一體上端蓋有水槽蓋板且表面射保溫層第一水槽、第二水槽、第三水槽，底座右側(cè)設(shè)光屏，第一水槽左側(cè)底座上設(shè)第一支架，第一支架上設(shè)第一半導(dǎo)體激光器和位于第一半導(dǎo)體激光器出射光方向的分光鏡，第一水槽后側(cè)底座上設(shè)第三支架，第三支架上設(shè)第三反光鏡，第三水槽前側(cè)底座上設(shè)第二支架，第二支架上設(shè)第二半導(dǎo)體激光器，激光束靠近第三水槽右側(cè)壁處水平橫向透過(guò)第三水槽和第一水槽，投射在第三反光鏡上，第三反光鏡將激光束反射在光屏上。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、攜帶方便、演示直觀、演示效果好等優(yōu)點(diǎn)，可作為傳熱學(xué)教學(xué)的演示實(shí)驗(yàn)儀器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
熱平衡過(guò)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)明屬于傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到熱平衡過(guò)程實(shí)驗(yàn)設(shè)備或裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]熱力學(xué)四大定律是熱現(xiàn)象宏觀理論的基礎(chǔ)。熱力學(xué)第零定律又稱(chēng)為熱平衡定律，表述為:如果甲與乙，乙與丙均處于熱平衡，甲與丙兩者也彼此熱平衡。熱力學(xué)中的核心概念溫度的嚴(yán)格定義，就是建立在此定律基礎(chǔ)之上的。熱力學(xué)第零定律重點(diǎn)在于闡述熱平衡的可移轉(zhuǎn)性，但是R—H富勒根據(jù)熱平衡的傳遞性給溫度下的定義，只規(guī)定了溫度相等，不能比較溫度的高低，也不能判定不平衡的系統(tǒng)之間的熱流的方向。因此第零定律只給出熱平衡的結(jié)果，而沒(méi)有說(shuō)明熱平衡的過(guò)程和原因。熱力學(xué)第二定律正好給定了自然界中自發(fā)過(guò)程的單向性，即熱量從高溫傳遞向低溫就是一個(gè)自發(fā)過(guò)程，熱力學(xué)第零定律和第二定律互為補(bǔ)充，對(duì)熱平衡的結(jié)果和熱傳遞的方向，給出了終極結(jié)論，這對(duì)熱現(xiàn)象宏觀理論的奠基性作用不言而喻。盡管兩個(gè)定律都是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出，但在一般的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，存在一定的困難，目前也沒(méi)有相關(guān)熱平衡過(guò)程的實(shí)驗(yàn)演示儀器，使得學(xué)生不易透徹理解熱平衡定律的物理本質(zhì)。研制一種實(shí)現(xiàn)熱平衡過(guò)程可視化的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)于熱力學(xué)、傳熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、演示直觀、演示效果好的熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置。
[0004]本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供一種使用熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法。
[0005]解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:在底座上設(shè)置連為一體透明的第一水槽、第二水槽、第三水槽，第二水槽和第三水槽位于第一水槽的前側(cè)，第一水槽的前側(cè)壁是第二水槽和第三水槽的后側(cè)壁，第二水槽左側(cè)壁的下半部是第三水槽右側(cè)壁的上半部，第一水槽、第二水槽、第三水槽上端蓋有水槽蓋板，第一水槽、第二水槽、第三水槽外表面與水槽蓋板上表面包裹加工有通光孔的保溫層，在第一水槽和第二水槽的右側(cè)底座上設(shè)置有光屏，第一水槽左側(cè)底座上設(shè)置有第一支架，第一支架上設(shè)置有第一半導(dǎo)體激光器和位于第一半導(dǎo)體激光器出射光方向的分光鏡，透過(guò)分光鏡的激光束從第一水槽內(nèi)0.8倍第一水槽高度處水平通過(guò)，投射在光屏上，激光束與第一水槽的前側(cè)壁平行，激光束中軸線(xiàn)到第一水槽前側(cè)壁的距離等于此處激光束截面的半徑長(zhǎng)度，分光鏡反射的激光束垂直向下照射在設(shè)置于第一支架下部的第一反光鏡上，第一反光鏡的反射光從第一水槽內(nèi)0.2倍第一水槽高度處水平通過(guò)，投射在光屏上，激光束與第一水槽的前側(cè)壁平行，激光束中軸線(xiàn)到第一水槽前側(cè)壁的距離等于激光束截面的半徑長(zhǎng)度，在第一水槽后側(cè)底座上設(shè)置有第三支架，第三支架上設(shè)置有第三反光鏡，第三水槽前側(cè)底座上設(shè)置有第二支架，第二支架上設(shè)置有第二半導(dǎo)體激光器，第二半導(dǎo)體激光器出射的激光束從第三水槽內(nèi)0.8倍第三水槽高度處水平通過(guò)，激光束與第三水槽的右側(cè)壁平行，激光束中軸線(xiàn)到第三水槽右側(cè)壁的距離等于此處激光束截面的半徑長(zhǎng)度，激光束靠近第三水槽右側(cè)壁處水平橫向透過(guò)第三水槽和第一水槽，投射在第三反光鏡上，第三反光鏡將激光束反射在光屏上。
[0006]本發(fā)明的第二水槽的長(zhǎng)度、寬度、高度與第三水槽相同，第二水槽與第三水槽的長(zhǎng)度之和與第一水槽的長(zhǎng)度相同，第二水槽和第三水槽的高度為第一水槽高度的2/3，第二水槽的上端與第一水槽的上端在同一個(gè)平面內(nèi)，第三水槽的下表面與第一水槽的下表面在同一個(gè)平面內(nèi)。
[0007]本發(fā)明的分光鏡的透射比為50%。
[0008]使用上述熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法由下述步驟組成:
[0009]1、接通第一半導(dǎo)體激光器、第二半導(dǎo)體激光器的電源，調(diào)整第一半導(dǎo)體激光器、第二半導(dǎo)體激光器、分光鏡、第一反光鏡、第三反光鏡的位置，使第一半導(dǎo)體激光器輸出的透過(guò)第一水槽上部的激光束在光屏上的投射光點(diǎn)為右上光點(diǎn)，透過(guò)第一水槽下部的激光束在光屏上投射光點(diǎn)為右下光點(diǎn)，橫向透過(guò)第三水槽和第一水槽的激光束在光屏上的投射點(diǎn)為光屏上的左光點(diǎn)。
[0010]2、在光屏上標(biāo)記出三束激光投射點(diǎn)的位置，在第一水槽中加滿(mǎn)自來(lái)水，第二水槽中加滿(mǎn)80?95 °C的熱水，第三水槽中加滿(mǎn)40?50 °C的熱水，第一水槽、第二水槽、第三水槽上端蓋上水槽蓋板，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。
[0011 ] 3、觀察光屏上三個(gè)投射光點(diǎn)的變化情況
[0012]光屏上的右上光點(diǎn)和右下光點(diǎn)向左水平方向一維擴(kuò)散，形成兩個(gè)平行的一字形光斑，顯示第二水槽和第三水槽中的熱量向第一水槽中單向傳遞;光屏上的左光點(diǎn)向右水平方向一維擴(kuò)散，形成一字形光斑，顯示第二水槽中的熱量向第三水槽中單向傳遞。
[0013]4、繼續(xù)觀察光屏上三個(gè)一字形光斑長(zhǎng)度的變化情況，光屏上右邊三個(gè)平行的一字形光斑長(zhǎng)度同步逐漸變短，顯示隨著第一水槽與第二水槽、第三水槽內(nèi)水的溫差變小，第一水槽中靠近前側(cè)壁水的溫度梯度逐漸變小，第三水槽與第二水槽內(nèi)水的溫差變小，第三水槽中靠近右側(cè)壁水的溫度梯度變逐漸變小。
[0014]5、光屏上三個(gè)投射光點(diǎn)形成的三個(gè)一字形光斑都收縮為初始位置的三個(gè)光點(diǎn)時(shí)終止計(jì)時(shí)，步驟3到步驟5所用的總時(shí)間為第一水槽、第二水槽、第三水槽中不同溫度水之間的熱平衡時(shí)間，通過(guò)觀察光屏上三個(gè)一字形光斑長(zhǎng)度的變化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)三種不同溫度水之間熱平衡過(guò)程的實(shí)時(shí)可視化。
[0015]本發(fā)明將相互連接又裝有不同溫度水的第一水槽、第二水槽、第三水槽之間通過(guò)側(cè)壁熱傳遞時(shí)側(cè)壁附近溫度梯度的大小、方向及變化過(guò)程，通過(guò)靠近側(cè)壁溫度較低的一側(cè)激光束偏折角的大小、偏折方向及變化規(guī)律來(lái)顯現(xiàn)。激光束偏折角的大小、偏折方向及變化規(guī)律又通過(guò)光屏上激光投射光點(diǎn)的形狀、擴(kuò)展方向，實(shí)現(xiàn)了第一水槽、第二水槽、第三水槽之間通過(guò)共用側(cè)壁熱傳遞或熱平衡過(guò)程的實(shí)時(shí)可視化。
[0016]本發(fā)明熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、攜帶方便、演示直觀、演示效果好等優(yōu)點(diǎn)，可作為傳熱學(xué)教學(xué)的演示實(shí)驗(yàn)儀器。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1的俯視圖。
[0019]圖3是實(shí)施例1中光屏3上三個(gè)投射光點(diǎn)照片。
[0020]圖4是實(shí)施例1中光屏3上三個(gè)一字形光斑照片。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于下述的實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1
[0023]在圖1、2中，本實(shí)施例的熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置由第一水槽1、第二水槽2、光屏3、第二半導(dǎo)體激光器4、第二支架5、第三水槽6、底座7、第一反光鏡8、第一支架9、分光鏡1、第一半導(dǎo)體激光器11、水槽蓋板12、第三支架13、第三反光鏡14、保溫層15聯(lián)接構(gòu)成。
[0024]在底座7上放置有連為一體的第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6，第二水槽2和第三水槽6位于第一水槽I的前側(cè)，第一水槽I的前側(cè)壁又是第二水槽2和第三水槽6的后側(cè)壁，第二水槽2左側(cè)壁的下半部又是第三水槽6右側(cè)壁的上半部，第二水槽2的長(zhǎng)度、寬度、高度與第三水槽6的長(zhǎng)度、寬度、高度相同，第二水槽2與第三水槽6的長(zhǎng)度之和與第一水槽I的長(zhǎng)度相同，第二水槽2和第三水槽6的高度為第一水槽I高度的2/3，第二水槽2的上端與第一水槽I的上端在同一個(gè)平面內(nèi)，第三水槽6的下表面與第一水槽I的下表面在同一個(gè)平面內(nèi)，本實(shí)施例的第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6由3?6mm的透明有機(jī)玻璃板或者4?8mm的石英玻璃板密封粘結(jié)制成，實(shí)驗(yàn)時(shí)，第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6內(nèi)裝有不同溫度的水，第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6上端蓋有水槽蓋板12，第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6的外表面及水槽蓋板12的上表面上包裹有保溫層15，保溫層15上加工有通光孔。
[0025]在第一水槽I和第二水槽2的右側(cè)底座7上安裝有光屏3，第一水槽I左側(cè)底座7上放置有第一支架9，第一支架9上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有第一半導(dǎo)體激光器11和分光鏡10，分光鏡10位于第一半導(dǎo)體激光器11的出射光方向，分光鏡10的透射比為50%，透過(guò)分光鏡10的激光束從第一水槽I內(nèi)0.8倍第一水槽I高度處水平通過(guò)，投射在光屏3上，激光束與第一水槽I的前側(cè)壁平行，激光束中軸線(xiàn)到第一水槽I前側(cè)壁的距離等于此處激光束截面的半徑長(zhǎng)度。分光鏡10反射的激光束垂直向下照射在設(shè)置于第一支架9下部的第一反光鏡8上，第一反光鏡8的反射光從第一水槽I內(nèi)0.2倍第一水槽I高度處水通過(guò)，投射在光屏3上，激光束與第一水槽I的前側(cè)壁平行，激光束中軸線(xiàn)到第一水槽I前側(cè)壁的距離等于激光束截面的半徑長(zhǎng)度。
[0026]在第一水槽I后側(cè)底座7上放置有第三支架13，第三支架13上用螺紋緊固聯(lián)接件聯(lián)接安裝有第三反光鏡14。在第三水槽6前側(cè)底座7上放置有第二支架5，第二支架5上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有第二半導(dǎo)體激光器4，第二半導(dǎo)體激光器4出射的激光束從第三水槽6內(nèi)0.8倍第三水槽6高度處水平通過(guò)，激光束與第三水槽6的右側(cè)壁平行，激光束中軸線(xiàn)到第三水槽6右側(cè)壁的距離等于此處激光束截面的半徑長(zhǎng)度，激光束靠近第三水槽6右側(cè)壁處水平橫向透過(guò)第三水槽6和第一水槽I，投射在第三反光鏡14上，第三反光鏡14將激光束反射到光屏3上。
[0027]使用上述熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法步驟如下:
[0028]1、接通第一半導(dǎo)體激光器11、第二半導(dǎo)體激光器4的電源，調(diào)整第一半導(dǎo)體激光器11、第二半導(dǎo)體激光器4、分光鏡10、第一反光鏡8、第三反光鏡14的位置，使第一半導(dǎo)體激光器11輸出的透過(guò)第一水槽I上部的激光束在光屏3上的投射光點(diǎn)為右上光點(diǎn)，透過(guò)第一水槽I下部的激光束在光屏3上的投射光點(diǎn)為右下光點(diǎn)，橫向透過(guò)第三水槽6和第一水槽I的激光束在光屏3上的投射點(diǎn)為光屏3上的左光點(diǎn)。
[0029]2、在光屏3上標(biāo)示出如圖3所示的三束激光投射點(diǎn)的位置，在第一水槽I中加滿(mǎn)自來(lái)水，在第二水槽2中加滿(mǎn)80?95 0C的熱水，第三水槽6中加滿(mǎn)40?50 °C的熱水，第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6上端蓋上水槽蓋板12，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。
[0030]3、觀察光屏3上三個(gè)投射光點(diǎn)的變化情況
[0031]光屏3上的三個(gè)投射光點(diǎn)出現(xiàn)如圖4所示的變化，光屏3上的右上光點(diǎn)和右下光點(diǎn)向左水平方向一維擴(kuò)散，形成兩個(gè)平行的一字形光斑，說(shuō)明第二水槽2和第三水槽6中的熱量向第一水槽I中單向傳遞；同時(shí)光屏3上的左光點(diǎn)向右水平方向一維擴(kuò)散，形成一字形光斑，說(shuō)明第二水槽2中的熱量向第三水槽6中單向傳遞。
[0032]4、繼續(xù)觀察光屏3上三個(gè)一字形光斑長(zhǎng)度的變化情況，光屏3上三個(gè)平行的一字形光斑長(zhǎng)度同步逐漸變短，說(shuō)明隨著第一水槽I與第二水槽2、第三水槽6內(nèi)水的溫差變小，相應(yīng)第一水槽I中靠近前側(cè)壁水的溫度梯度逐漸變小，第三水槽6與第二水槽2內(nèi)水的溫差變小，相應(yīng)的第三水槽6中靠近右側(cè)壁水中的溫度梯度逐漸變小。
[0033]5、光屏3上三個(gè)投射光點(diǎn)形成的三個(gè)一字形光斑都收縮為如圖3所示的初始位置的三個(gè)光點(diǎn)時(shí)終止計(jì)時(shí)，步驟3到步驟5所用的總時(shí)間為第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6中不同溫度水之間的熱平衡時(shí)間，通過(guò)觀察光屏3上三個(gè)一字形光斑長(zhǎng)度的變化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了三種不同溫度水之間熱平衡過(guò)程的實(shí)時(shí)可視化。
[0034]本發(fā)明的工作原理如下:
[0035]第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6內(nèi)裝有不同溫度的水，第一水槽I與第二水槽2、第三水槽6相互之間側(cè)壁兩側(cè)存在溫差，第二水槽2和第三水槽6中水的熱量通過(guò)第一水槽I的前側(cè)壁向第一水槽I內(nèi)自來(lái)水中傳遞，第二水槽2中溫度較高水的熱量通過(guò)第二水槽2與第三水槽6相互之間側(cè)壁向第三水槽6內(nèi)溫度較低的水中傳遞。在第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6之間通過(guò)相互間側(cè)壁熱傳遞過(guò)程中，靠近側(cè)壁處水中的溫度梯度最大，折射率梯度也最大，越靠近相互之間側(cè)壁處，水的折射率越小?？梢哉J(rèn)為激光束是由許多平行光線(xiàn)集合而成的，靠近相互之間側(cè)壁的激光束中不同光線(xiàn)通過(guò)處的折射率梯度不同，由于光線(xiàn)在非均勻介質(zhì)中傳輸時(shí)向折射率大的區(qū)域偏折，即向水溫度較低的方向偏折。因此，激光束中靠近相互之間側(cè)壁的光線(xiàn)向離開(kāi)側(cè)壁方向的偏折角最大，激光束中離導(dǎo)熱側(cè)壁距離最大的光線(xiàn)的偏折角最小。使得未加熱水前光屏3上原先的光點(diǎn)擴(kuò)展為一字形光斑。光屏3上光點(diǎn)的擴(kuò)展方向即為熱傳遞方向。
[0036]由于第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6中不同溫度的水通過(guò)相互間側(cè)壁熱傳遞的起始，幾個(gè)水槽中水的溫差最大，相互間側(cè)壁兩面附近水的溫度梯度最大，折射率梯度最大，這時(shí)靠近相互間側(cè)壁的光線(xiàn)偏折角最大，光屏3上的投射光點(diǎn)擴(kuò)散成的一字形光斑最長(zhǎng)。隨著熱傳遞的進(jìn)行，第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6中水的溫差逐漸減小，溫度梯度逐漸減小，折射率梯度也就逐漸減小，通過(guò)光線(xiàn)的偏折角逐漸減小，光屏3上一字形光斑的長(zhǎng)度逐漸縮短。當(dāng)?shù)谝凰?、第二水槽2、第三水槽6中水溫隨著熱傳遞進(jìn)行而趨于一致，逐漸達(dá)到熱平衡，水中的溫度梯度逐漸變?yōu)榱?，一字形光斑重新縮為光點(diǎn)。通過(guò)觀察光屏3上一字形光斑逐漸縮為光點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了第一水槽1、第二水槽2、第三水槽6中不同溫度水之間的熱傳遞方向和熱平衡過(guò)程的可視化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在底座(7)上設(shè)置連為一體透明的第一水槽(I)、第二水槽(2)、第三水槽(6)，第二水槽(2)和第三水槽(6)位于第一水槽(I)的前側(cè)，第一水槽(I)的前側(cè)壁是第二水槽(2)和第三水槽(6)的后側(cè)壁，第二水槽(2)左側(cè)壁的下半部是第三水槽(6)右側(cè)壁的上半部，第一水槽(1)、第二水槽(2)、第三水槽(6)上端蓋有水槽蓋板(12)，第一水槽(I)、第二水槽(2)、第三水槽(6)外表面與水槽蓋板(12)上表面包裹加工有通光孔的保溫層(15)，在第一水槽(I)和第二水槽(2)的右側(cè)底座(7)上設(shè)置有光屏(3)，第一水槽(I)左側(cè)底座(7)上設(shè)置有第一支架(9)，第一支架(9)上設(shè)置有第一半導(dǎo)體激光器(11)和位于第一半導(dǎo)體激光器(11)出射光方向的分光鏡(10)，透過(guò)分光鏡(10)的激光束從第一水槽(I)內(nèi)0.8倍第一水槽(I)高度處水平通過(guò)，投射在光屏(3)上，激光束與第一水槽(I)的前側(cè)壁平行，激光束中軸線(xiàn)到第一水槽(I)前側(cè)壁的距離等于此處激光束截面的半徑長(zhǎng)度，分光鏡(10)反射的激光束垂直向下照射在設(shè)置于第一支架(9)下部的第一反光鏡(8)上，第一反光鏡(8)的反射光從第一水槽(I)內(nèi)0.2倍第一水槽(I)高度處水平通過(guò)，投射在光屏(3)上，激光束與第一水槽(I)的前側(cè)壁平行，激光束中軸線(xiàn)到第一水槽(I)前側(cè)壁的距離等于激光束截面的半徑長(zhǎng)度，在第一水槽(I)后側(cè)底座(7)上設(shè)置有第三支架(13)，第三支架(13)上設(shè)置有第三反光鏡(14)，第三水槽(6)前側(cè)底座(7)上設(shè)置有第二支架(5)，第二支架(5)上設(shè)置有第二半導(dǎo)體激光器(4)，第二半導(dǎo)體激光器(4)出射的激光束從第三水槽(6)內(nèi)0.8倍第三水槽(6)高度處水平通過(guò)，激光束與第三水槽(6)的右側(cè)壁平行，激光束中軸線(xiàn)到第三水槽(6)右側(cè)壁的距離等于此處激光束截面的半徑長(zhǎng)度，激光束靠近第三水槽(6)右側(cè)壁處水平橫向透過(guò)第三水槽(6)和第一水槽(I)，投射在第三反光鏡(14)上，第三反光鏡(14)將激光束反射在光屏(3)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的第二水槽(2)的長(zhǎng)度、寬度、高度與第三水槽(6)相同，第二水槽(2)與第三水槽(6)的長(zhǎng)度之和與第一水槽(I)的長(zhǎng)度相同，第二水槽(2)和第三水槽(6)的高度為第一水槽(I)高度的2/3，第二水槽(2)的上端與第一水槽(I)的上端在同一個(gè)平面內(nèi)，第三水槽(6)的下表面與第一水槽(I)的下表面在同一個(gè)平面內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的分光鏡(10)的透射比為50 %。4.一種使用權(quán)利要求1熱平衡過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于該方法由下述步驟組成: 1)接通第一半導(dǎo)體激光器(11)、第二半導(dǎo)體激光器(4)的電源，調(diào)整第一半導(dǎo)體激光器(11)、第二半導(dǎo)體激光器(4)、分光鏡(10)、第一反光鏡(8)、第三反光鏡(14)的位置，使第一半導(dǎo)體激光器(11)輸出的透過(guò)第一水槽(I)上部的激光束在光屏(3)上的投射光點(diǎn)為右上光點(diǎn)，透過(guò)第一水槽(I)下部的激光束在光屏(3)上投射光點(diǎn)為右下光點(diǎn)，橫向透過(guò)第三水槽(6)和第一水槽(I)的激光束在光屏(3)上的投射點(diǎn)為光屏(3)上的左光點(diǎn)； 2)在光屏(3)上標(biāo)記出三束激光投射點(diǎn)的位置，在第一水槽(I)中加滿(mǎn)自來(lái)水，第二水槽(2)中加滿(mǎn)80?95°C的熱水，第三水槽(6)中加滿(mǎn)40?50°C的熱水，第一水槽(I)、第二水槽(2)、第三水槽(6)上端蓋上水槽蓋板(12)，并開(kāi)始計(jì)時(shí)； 3)觀察光屏(3)上三個(gè)投射光點(diǎn)的變化情況 光屏(3)上的右上光點(diǎn)和右下光點(diǎn)向左水平方向一維擴(kuò)散，形成兩個(gè)平行的一字形光斑，顯示第二水槽(2)和第三水槽(6)中的熱量向第一水槽(I)中單向傳遞;光屏(3)上的左光點(diǎn)向右水平方向一維擴(kuò)散，形成一字形光斑，顯示第二水槽(2)中的熱量向第三水槽(6)中單向傳遞； 4)繼續(xù)觀察光屏(3)上三個(gè)一字形光斑長(zhǎng)度的變化情況，光屏(3)上右邊三個(gè)平行的一字形光斑長(zhǎng)度同步逐漸變短，顯示隨著第一水槽(I)與第二水槽(2)、第三水槽(6)內(nèi)水的溫差變小，第一水槽(I)中靠近前側(cè)壁水的溫度梯度逐漸變小，第三水槽(6)與第二水槽(2)內(nèi)水的溫差變小，第三水槽(6)中靠近右側(cè)壁水的溫度梯度變逐漸變小； 5)光屏(3)上三個(gè)投射光點(diǎn)形成的三個(gè)一字形光斑都收縮為初始位置的三個(gè)光點(diǎn)時(shí)終止計(jì)時(shí)，步驟3)到步驟5)所用的總時(shí)間為第一水槽(1)、第二水槽(2)、第三水槽(6)中不同溫度水之間的熱平衡時(shí)間，通過(guò)觀察光屏(3)上三個(gè)一字形光斑長(zhǎng)度的變化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)三種不同溫度水之間熱平衡過(guò)程的實(shí)時(shí)可視化。
【文檔編號(hào)】G09B23/16GK106057036SQ201610617054
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月30日
【發(fā)明人】張宗權(quán), 李永放, 徐銘, 李文文, 田玉龍, 姚杰, 郭恒源, 劉統(tǒng)波, 郭雅 , 郭學(xué)鈺
【申請(qǐng)人】陜西師范大學(xué)