1.特点
静水压强传递仪是利用液体静压传递,通过能量转换自动扬水的教学实验仪器。可进行液体的静压传递特性、“静压奇观”的工作原理及其产生条件、虹吸原理等方面的实验分析和研究,有利于培养同学们的实验观察分析能力、提高学习兴趣。本仪器与其他同类仪器相比具有如下特点:
(1)有自循环供水、虹吸式排水和逆止阀式自动补水等装置,可往复地连续工作。
(2)扬水仪采用大出水量的喷泉型,喷射高,“静压奇观”鲜明,实验原理清晰。
(3)全由透明的有机玻璃制作,内部结构与工作原理一目了然,造型美观。
2.实验原理(www.xing528.com)
具有一定位置势能的上集水箱4中的水体经下水管8流入下密封压力水箱9,使压力水箱9中表压强增大,并经通气管7等压传至上密封压力水箱3,压力水箱3中的水体在表面压强作用下经过扬水管与喷头2喷射到高处。仪器的喷射高度可达30cm以上。当压力水箱9中的水位满顶后,水压继续上升,直到虹吸管5工作,使压力水箱9中的水体排入下集水箱12。由于压力水箱9与压力水箱3中的表面压强同时降低,逆止阀6被自动开启,上集水箱4流入压力水箱3。这时上集水箱4中的水位低于下水管8的进口,当压力水箱9中的水体排完以后,上集水箱4中的水体在水泵11的供给下,亦逐渐满过下水管8的进口处,于是,第二次扬水循环接着开始。如此周而复始,形成了自循环式静压传递自动扬水的“静压奇观”现象。
供水泵的作用仅仅补给上集水箱4的耗水,在扬水发生时,即使关闭水泵,扬水过程仍然继续,直到虹吸发生,这里需要强调说明以下几点:
(1)“静压奇观”不是“永动机”。世界上没有也不可能有永动机,那么水怎么能自动流向高处呢?它做功所需的能量来自何处?这是因部分水体从上集水箱4落到下密封压力水箱9,它的势能传递给了上密封压力水箱3中的水体,因而使其获得了能量。经能量转换,由势能转换成动能,才能喷向高处。从总能量来看,在静压传递过程中,只有损耗,没有再生,因此“静压奇观”的现象,实际上是一个能量传递与转换的过程。
(2)喷水高度与落差关系。上集水箱4与压力水箱9的落差越大,则压力水箱9与压力水箱3中表面压强越大,喷水高度也越高。利用本装置原理,可以设计具有实用性的提水设施,它可把半山腰的水源送到山顶,这种提水装置的优点是无传动部件、经济、实用。
(3)虹吸现象及产生条件。仪器虹吸管5相当于一个带有自动阀门的旁通管。当压力水箱9没有满顶时,由于水流自上集水箱4进入压力水箱9时,部分压能变成了动能,并被耗损,虹吸管5中水位较低(未满管),不可能流动。而当压力水箱9满顶后,动能减小,耗损降低。当压力水箱4中的水位超过虹吸管顶时,必然导致虹吸管满管出流,虹吸管工作之后,压力水箱9中的表面压强很快降到大气压强,这时虹吸管仍能连续出水,直至压力水箱9中水体排出,这是因为具备了虹吸管的出口水位低于压力水箱9中的水位这一项工作条件。我国古人曾经制作了一种酒杯,即在电视剧《唐明皇》中所见的龙头酒杯,该酒杯最多只能盛大半杯酒,若贪杯斟满,则会自动排净而滴酒不剩,其奥妙就在于杯体内设有如同上述的虹吸器。
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