CN102402883B - 一种用于电热效应实验的电阻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电热效应实验的电阻装置，包括电阻和吸热块，所述吸热块包括吸热块本体和与所述吸热块本体上表面相接的上盖，所述吸热块本体上表面中部下陷形成一容置腔，所述电阻嵌设于所述容置腔内；所述容置腔的两个相对的侧壁上部各设置有从所述容置腔贯穿至所述吸热块本体外侧面的接线槽，用于将电阻接线引出所述吸热块。相比较于现有技术，本发明能够使温度传感器快速测得温度变化，进而得出电流大小与产生的热量的关系，提高了教学效率。而且实验精度也相对于传统实验器材有明显的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种教学用实验器材，具体来说，涉及一种用于电热效应实验的电阻装置。
背景技术
焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。1841年由英国物理学家詹姆斯·焦耳发现，其表达公式为Q＝I2Rt，其中Q为导体产生的热量，I为通过导体的电流，R为导体的电阻，t为电流通过的时间。焦耳定律是设计电照明设备，电热设备及计算各种电气设备温度升高的重要公式，对生产建设和科研工作都具有重要意义。
有鉴于此，这部分内容也必然成了中学物理教学的重点之一。众所周知，物理、化学等学科的大部分内容均是建立在实验的基础上的。焦耳定律这一章节内容也不例外，通常老师在教授这部分内容时，会设计实验来加深学生对课程内容的理解，了解通电导体产生的热量与导体的电阻和通过导体的电流的关系。现有的做法是采用通电的电阻来加热一个容器中的空气或液体。由于空气是热的不良导体，要有明显的温度升高需要较长的时间。而液体有一定的质量，要有明显的温度升高，也需要加热比较长的时间。这样无疑使实验课程时间加长，效率降低；而且现有的这种方式由于散热等原因，实验精度也普遍比较低。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种能提高教学效率并且实验精度较高的用于电热效应实验的电阻装置。
为了实现上述目的，本发明提供的一种用于电热效应实验的电阻装置，包括电阻和吸热块，所述吸热块包括吸热块本体和与所述吸热块本体上表面相接的上盖，所述吸热块本体上表面中部下陷形成一容置腔，所述电阻嵌设于所述容置腔内；所述容置腔的两个相对的侧壁上部各设置有从所述容置腔贯穿至所述吸热块本体外侧面的接线槽，用于将电阻接线引出所述吸热块。
作为优选，所述吸热块本体或所述上盖的一个侧面上开设有一测温孔。
作为优选，还包括一包覆于所述吸热块外侧的绝热外壳，所述绝热外壳上表面设置有两个接线孔，用于将电阻接线引出所述绝热外壳；所述绝热外壳侧面对应于所述测温孔位置设置有一通孔。
作为优选，所述绝热外壳包括一容置所述吸热块本体的下部壳体和一与所述下部壳体扣接的用于容置所述上盖的上部壳体，所述下部壳体的两个相对的侧面的内壁分别设置有两个凸棱，所述吸热块本体的两端分别嵌设于所述下部壳体的相对的两个侧面上的两个凸棱之间。
作为优选，所述吸热块的材质为铝。
相比较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1)通过导热性优良的吸热块的传导，通过导体的电流产生的热量很快转化为可测的温度变化，大大提高了教学效率。
2)吸热块的外部还可以增加绝热外壳，进一步减小热量耗散，提高了实验精度。
附图说明
图1为本发明一个实施例的用于电热效应实验的电阻装置的吸热块的结构示意图；(电阻未示出)
图2为本发明一个实施例的用于电热效应实验的电阻装置的绝热外壳的整体结构示意图；
图3为图2中的绝热外壳的下部壳体的结构示意图；
图4为图2中的绝热外壳的上部壳体的结构示意图；
图5为采用本发明的用于电热效应实验的电阻装置的实验装置连接图；
图6为现有的实验中采用的温度传感器的结构示意图。
主要附图标记
1……上盖；
2……吸热块本体，21……容置腔，22、23……接线槽，24……测温孔；
3……上部壳体，31、32……接线孔；
4……下部壳体，41……通孔，42、43、44、45……凸棱；46、47……柱台；33、34……卡接凸起；
10……学生电源，20……电流传感器，30、40……实验电阻，50……温度传感器，501……探头，70……开关。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供的一种用于电热效应实验的电阻装置，是通过将一般的发热电阻嵌设于导热性能良好的吸热块内以达成实验教学的目的，吸热块能快速吸收电阻放出的热量，而根据公式Q＝cmΔt(其中c为吸热块的比热容，m为吸热块的质量，Δt为通电时间)可以轻松确定热量Q。因此具体来说，本发明的一种用于电热效应实验的电阻装置包括电阻和吸热块，因电阻可采用一般的发热电阻，因此未作图示，吸热块的结构如图1所示，所述吸热块包括吸热块本体2和与所述吸热块本体2上表面相接的上盖1，所述吸热块本体2上表面中部下陷形成一容置腔21，所述电阻嵌设于所述容置腔21内；所述容置腔21的两个相对的侧壁的上部各设置有从所述容置腔21贯穿至所述吸热块本体外侧面的接线槽22、23，所述电阻两端的接线便由此引出。所述上盖1与所述吸热块本体2相接的方式并不限制，通常为采用导热硅胶粘接或者螺钉连接。
另外，图6所示为现有的实验中采用的温度传感器的结构示意图。采用温度传感器50测温时，需将温度传感器50的探头501伸入待测物体内部进行测温，因为探头501的尖端5mm范围内对温度并不是很敏感，用这部分测出的温度误差较大，而在这一区域下方10mm左右是对温度非常敏感的区域，用这个区域测出的温度误差较小，鉴于现有温度传感器的这种缺点，作为改进，可以在所述吸热块本体2或所述上盖1的一个侧面上再开设一测温孔，在本实施例中，所述测温孔设置于吸热块本体2上，如图1中的测温孔24。设置的测温孔24可以允许温度传感器50的探头501插入所述吸热块内部，使得探头501中的温度敏感部分与吸热块本体2相接触，以获得准确的温度数值。
本发明的电热效应实验电阻在实际使用中，吸热块虽然能较快吸收电阻的热量，但同时也可能由于本身散热的原因导致实验误差。因此，作为改进，如图2所示，本实施例还可以包括一包覆于所述吸热块外侧的绝热外壳，所述绝热外壳上表面设置有两个接线孔31、32，用于将从所述接线槽22、23引出的电阻接线引至绝热外壳之外；所述绝热外壳侧面对应于所述测温孔24位置设置有一通孔41。一般为了组装方便，作为优选，所述绝热外壳包括一容置所述吸热块本体2的下部壳体4和一与所述下部壳体4扣接的用于容置所述上盖1的上部壳体3，并且，所述下部壳体4的两个相对的侧面的内壁分别设置有两个凸棱，如图3所示的凸棱42、43以及相对的侧面上的凸棱44、45，所述吸热块本体2的两端分别嵌设于相对的两个侧面上的两个凸棱之间。即所述凸棱42、43和凸棱44、45之间恰可容所述吸热块本体2嵌设其中。如图3所示，所述下部壳体4的底部还设置有两个柱台46、47，其作用是为了配合固定由上部壳体3上的接线孔31、32穿设的接线端子(图中未示出)，而电阻两端的接线则与接线端子连接。所述上部壳体3和所述下部壳体4优选为扣接，其具体扣接方式并无特殊，通常的扣接结构均可采用，图4示出的上部壳体3的一侧边缘向内凸设有两个卡接凸起33、34，再通过在所述凸棱42、43或者凸棱44、45高出下部壳体4边缘部分上设置卡槽(未示出)，两者配合即可完成组装固定。但这一固定形式并不唯一，其他采用粘接或者螺钉固定的形式也可以达到相同的效果。
另外，本发明中吸热块采用一般能快速吸热并具有恒定的比热容(c)的材质理论上都是可以的，但考虑到成本及制作工艺，通常来说，所述吸热块的材质为铝。
以下结合一具体实验过程说明本发明用于电热效应实验的电阻装置的实际应用。图5为采用本发明的电热效应实验电阻的实验装置连接图，其中学生电源10、电流传感器20、电阻40、电阻30和开关70依次串联，实验电阻40和实验电阻30即为本发明的用于电热效应实验的电阻装置，温度传感器50用于测定实验电阻30、40的温度变化。具体实验方法与该课程一般实验方法并无太大差别，并且装置连接也仅为示例性质，实际实验可根据课程需要自行设计。
相比较于现有技术，本发明能够使温度传感器快速测得温度变化，进而得出电流大小与产生的热量的关系，提高了教学效率。而且实验精度也相对于传统实验器材有明显的提高。
Claims (4)
1.一种用于电热效应实验的电阻装置，其特征在于，包括电阻、吸热块和温度传感器，所述吸热块包括吸热块本体和与所述吸热块本体上表面相接的上盖，所述吸热块本体上表面中部下陷形成一容置腔，所述电阻嵌设于所述容置腔内；所述容置腔的两个相对的侧壁上部各设置有从所述容置腔贯穿至所述吸热块本体外侧面的接线槽，用于将电阻接线引出所述吸热块；
所述温度传感器具有一探头，所述吸热块本体或所述上盖的一个侧面上开设有一测温孔，所述温度传感器的探头穿过所述测温孔插入所述吸热块内部。
2.如权利要求1所述的用于电热效应实验的电阻装置，其特征在于，还包括一包覆于所述吸热块外侧的绝热外壳，所述绝热外壳上表面设置有两个接线孔，用于将电阻接线引出所述绝热外壳；所述绝热外壳侧面对应于所述测温孔位置设置有一通孔。
3.如权利要求2所述的用于电热效应实验的电阻装置，其特征在于，所述绝热外壳包括一容置所述吸热块本体的下部壳体和一与所述下部壳体扣接的用于容置所述上盖的上部壳体，所述下部壳体的两个相对的侧面的内壁分别设置有两个凸棱，所述吸热块本体的两端分别嵌设于所述下部壳体的相对的两个侧面上的两个凸棱之间。
4.如权利要求1所述的用于电热效应实验的电阻装置，其特征在于，所述吸热块的材质为铝。
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