Прилад для проведення модельних демонстрацій з молекулярної фізики “аеростіл”

Реферат: UA 73520 U UA 73520 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до навчальних демонстраційних приладів з фізики і використовується для моделювання теплового руху та взаємодії молекул речовини. Прилад може використовуватися в навчальному процесі для моделювання теплового руху та взаємодії молекул речовини в різних її агрегатних станах, а також моделювання таких явищ як дифузія, броунівський рух і т.д. Відомий навчальний демонстраційний пристрій під назвою «Повітряний стіл», що моделює тепловий рух та взаємодію молекул речовини. Прилад складається з розміщеної в корпусі міцної рами з напірною камерою, в кришці якої, що служить як дослідна поверхня, розташована велика кількість маленьких отворів. До складу приладу також входять пластмасові або алюмінієві робочі тіла. В напірну камеру компресором за допомогою шлангу подається повітря, яке, проходячи через отвори в кришці камери, примушує робочі тіла хаотично парити над камерою [1]. Компрессор та шланг, які використовуються для проведення демонстрацій на зазначеному приладі, розташовані зовні, що ускладнює конструкцію приладу, його транспортування та зберігання, а також процес приведення приладу до робочого стану. Головним недоліком є нездатність моделювати тепловий рух та взаємодію молекул речовини, яка перебуває у рідиноподібному або твердому стані. Найближчим аналогом вибрано відомий учбовий прилад для моделювання руху й взаємодії частинок речовини [2], виконаний у вигляді корпусу з кришкою, на якій розміщено робоче тіло, що моделює молекули речовини, та нагнітальним пристроєм, розміщеним в середині корпусу, причому корпус має щонайменше один отвір, а кришка виконана у вигляді решітки, створеної рівномірно розміщеними отворами. Його принцип дії такий самий, як і в попереднього аналога. Конструкція даного приладу відрізняється від попереднього тим, що компресор розташований в порожнині корпусу, і шланг виявляється непотрібним. Дане вдосконалення робить прилад більш мобільним та зручним у використанні. Проте, так само, як і попередній аналог, прилад не здатен моделювати тепловий рух та взаємодію молекул речовини, що перебуває у рідиноподібному або твердому стані. Технічною задачею корисної моделі є спрощення конструкції та розширення демонстраційних можливостей приладу. Поставлена задача вирішується у приладі, прийнятому за найближчий аналог, що виконаний у вигляді корпусу, в середині якого розміщений нагнітальний пристрій, з кришкою, на якій розміщено робоче тіло, що моделює молекули речовини, причому корпус має щонайменше один отвір для виходу повітря, а кришка виконана у вигляді решітки, створеної рівномірно розміщеними отворами, згідно з корисною моделлю, діаметр отворів, що створюють решітку в кришці, в 2-2,5 рази менший за параметр цієї решітки, причому, товщина кришки є більшою за діаметр отворів, а робочим тілом слугують кульки, виготовлені з матеріалу малої густини, наприклад з пінопласту, причому, відношення діаметру кульок до параметру решітки у кришці складає 4:5. Крім того, до складу робочого тіла входять кульки, різні за кольором та розміром. Найкраще, коли кришка приладу виконана з металу або має струмопровідну поверхню. Як нагнітальний пристрій, що знаходиться в порожнині корпуса, використовують наприклад побутовий витяжний вентилятор. Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображений загальний вигляд запропонованого приладу. Прилад складається з корпусу 1 у вигляді коробки з кришкою 2. В кришці 2 виконана решітка з наскрізних отворів 3. Діаметр отворів в 2-2,5 рази менший за параметр решітки. В порожнині корпуса 1 розташований нагнітальний пристрій, який використовують для створення та підтримання необхідного витоку повітря крізь отвори в кришці 3. Як нагнітальний пристрій використовують вентилятор 4 (двигун з крильчаткою). В корпусі є щонайменше один отвір 5 для виходу повітря. Перед проведенням модельних демонстрацій над отворами в кришці 3 розміщують робоче тіло 6, яке є моделлю молекул речовини, рух та взаємодія яких вивчається. Робоче тіло 6 складають кульки, виготовлені з матеріалу з малою густиною. Відношення діаметру кульок до параметру решітки з отворів в кришці здебільшого складає 4:5. Як робочі тіла можуть наприклад використовуватися пінопластові кульки. До складу робочих тіл 6 входять групи кульок різних за кольором. Окремі групи кульок можуть мати інший розмір та форму, на відміну від попередньо зазначеної форми та пропорції. Щоб уникнути негативного впливу електризації робочого тіла 6 кришка приладу має бути виконана з металу, або мати струмопровідну поверхню. Товщина кришки має бути більшою за діаметр отворів. 1 UA 73520 U 5 10 15 На відміну від аналогів робоче тіло утримується в повітрі не завдяки ефекту повітряної подушки, а за рахунок зон низького тиску. Це дозволяє використовувати як нагнітальний пристрій легкі та компактні вентилятори малої потужності та шумності. Користування приладом відбувається наступним чином. Підключають прилад до електромережі. Вмикають вентилятор 4, при цьому через отвір 5 в корпусі 1 з атмосфери засмоктується повітря. Виникає підвищений тиск, під дією якого повітря виходить крізь отвори в кришці 3, утворюючи ламінарні потоки. Згідно із законом Бернуллі, біля кожного отвору виникає зона низького тиску. Розміщені над отворами 3 кульки 6 моделюють молекули речовини, потрапляють у зони низького тиску та буяють над поверхнею кришки 2, хаотично перемішуючись. Потужність вентилятора 4 змінюють регулятором напруги (не зображено на кресленні). При збільшуванні або зменшуванні потужності вентилятора 4 збільшується або зменшується швидкість руху робочих тіл 6, таким чином демонструють підвищення та пониження температури модельної речовини. При великій потужності роботи вентилятора 4 демонструють модель газу, при середній - модель рідини, а за малої - модель твердого тіла. Рух робочого тіла 6 обмежується коливанням кожної кульки над відповідним отвором в кришці 3. В таблиці наведено порівняльний аналіз технічних можливостей відомих аналогів та запропонованої корисної моделі. Фізичні процеси, які моделює прилад Тепловий рух та взаємодія молекул речовини, що перебуває у газоподібному стані Дифузія в газах Конденсація/випаровування Тепловий рух та взаємодія молекул речовини, що перебуває у рідиноподібному стані Дифузія в рідинах Плавлення/конденсація Тепловий рух та взаємодія молекул речовини, що перебуває у твердому стані Процес дифузії на границі твердих тіл Сублімація/десублімація Корисна Прилад [1] Прилад [2] модель + + + + +/+ + -/ + + + +/+ -/ -/ + + +/+ -/ -/ 20 25 30 Корисна модель, що заявляється, призначена для вирішення задач по створенню сучасного навчального приладу, який може бути використаний в навчальних учбових закладах для дослідження теплового руху та взаємодії молекул речовини. Технічний результат, який буде досягнутий при використанні даної корисної моделі, полягає в збільшенні ефективності навчання при проведенні занять з використанням приладу, спрощенні конструкції приладу, його компактності, та значному розширенні його демонстраційних можливостей. Джерела інформації: 1. Каталог фирмы № Б Сайнтифик, 09.2008 г. - С. 97. 2. Патент RU № 2397550 G09B23/12, G01N27/00), опубл. 20.08.2010. - Учебный прибор для моделирования движения и взаимодействия частиц вещества. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 1. Прилад для проведення модельних демонстрацій з молекулярної фізики, що виконаний у вигляді корпусу, в середині якого розміщений нагнітальний пристрій, з кришкою, на якій розміщено робоче тіло, що моделює молекули речовини, причому корпус має щонайменше один отвір для виходу повітря, а кришка виконана у вигляді решітки, створеної рівномірно розміщеними отворами, який відрізняється тим, що діаметр отворів, що створюють решітку в кришці, в 2-2,5 рази менший за параметр цієї решітки, причому, товщина кришки є більшою за діаметр отворів, а робочим тілом слугують кульки, виготовлені з матеріалу малої густини, наприклад з пінопласту, причому, відношення діаметра кульок до параметра решітки у кришці складає 4:5. 2. Прилад за п. 1, який відрізняється тим, що до складу робочого тіла входять кульки різні за кольором та розміром. 3. Прилад за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що кришка приладу виконана з металу. 2 UA 73520 U 4. Прилад за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що кришка приладу має струмопровідну поверхню. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3