CN211697610U

CN211697610U - 一种含氢燃料火焰的降温观色筒

Info

Publication number: CN211697610U
Application number: CN202020278900.3U
Authority: CN
Inventors: 叶一勤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2030-03-09

Abstract

一种含氢燃料火焰的降温观色筒，包括一个双层玻璃筒，该双层玻璃筒由内玻璃筒和外玻璃筒在顶端连接而成，所述内玻璃筒和外玻璃筒之间形成一个密闭夹层，密闭夹层内装有冷却液，内玻璃筒的顶端具有一个开口，该内玻璃筒的外侧壁上连接一个与外界空气相通的进气管，外玻璃筒的外侧壁上设有进液管和出液管，进液管与出液管分别与密闭夹层相通。本实用新型的降温观色筒，可用于观察含氢燃烧燃烧火焰颜色随温度降低的变化情况；通过加装氧气发生装置，还可用于观察含氢燃烧燃烧火焰颜色在氧气浓度升高时的变化情况。

Description

一种含氢燃料火焰的降温观色筒

技术领域

本实用新型涉及一种化学仪器，具体的说是指一种含氢燃料火焰的降温观色筒。

背景技术

酒精灯是中学实验常用的仪器，其燃烧时火焰为黄色。但乙醇倒入蒸发皿中点燃，或在酒精喷灯的火焰中均可观察到火焰为淡蓝色。

文献“氢气燃烧火焰颜色的探讨[J].化学教育，1987(03):50-52.”公开了：玻璃或陶瓷中的钠元素一般以硅酸钠的形式存在，钠离子要产生焰色，必须经过熔融、气化、离解、激发的过程，需要较高的温度，因此，钠元素的焰色不是酒精灯产生黄色火焰的唯一原因；黄色火焰的出现与燃烧过程中水分子变成激发态有关。而且，所有能够降低含氢燃料火焰温度的措施、或者减少燃烧过程中的氧气（或空气）的办法，都能减弱或者完全避免火焰变为黄色。

为了研究乙醇等含氢燃料火焰呈黄色的原因，以降低火焰环境温度和减少氧气浓度为方向，我们提供了一种用于观察含氢燃料火焰燃烧颜色随温度变化的仪器。

发明内容

本实用新型提供一种含氢燃料燃烧火焰的降温观色筒，其主要目的是用于观察含氢燃烧燃烧火焰颜色随温度降低的变化情况。

本实用新型采用如下技术方案：

一种含氢燃料火焰的降温观色筒，包括一个双层玻璃筒，该双层玻璃筒由内玻璃筒和外玻璃筒在顶端连接而成，所述内玻璃筒和外玻璃筒之间形成一个密闭夹层，所述密闭夹层内装有冷却液，所述内玻璃筒的顶端具有一个开口，该内玻璃筒的外侧壁上连接一个与外界空气相通的进气管，所述外玻璃筒的外侧壁上设有进液管和出液管，所述进液管与所述出液管分别与所述密闭夹层相通。

优选地，上述进气管连接在所述内玻璃筒的外侧壁中部。

进一步地，上述进液管为长柄状。

进一步地，上述出液管上设有一个玻璃活塞开关。

进一步地，上述进气管还连接一个氧气发生装置。

进一步地，上述密闭夹层内还装设有一个温度传感器。

由上述对本实用新型结构的描述可知，和现有技术相比，本实用新型产生的有益效果在于：该实用新型的降温观色筒设计为双层玻璃筒结构，含氢燃料的燃烧在内玻璃筒内部进行，密闭夹层中可装常温下的水或者冰水等冷却液，用于吸收燃烧产生的热量，降低火焰的环境温度。而玻璃筒的外侧壁上连接一个与外界空气相通的进气管，使足量的冷空气能够进入内玻璃筒以提供氧气，以保证燃烧的顺利进行，燃烧后的热空气则从上端开口处排出。故本实用新型的降温观色筒，可用于观察含氢燃烧燃烧火焰颜色随温度降低的变化情况。另外，该降温观色筒通过加装氧气发生装置，还可用于观察含氢燃烧燃烧火焰颜色在氧气浓度升高时的变化情况。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型装有冷却液的示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明本实用新型的具体实施方式。为了全面理解本实用新型，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本实用新型。

一种含氢燃料火焰的降温观色筒，参照图1，包括一个双层玻璃筒1，该双层玻璃筒由内玻璃筒10和外玻璃筒20在顶端连接而成，内玻璃筒10和外玻璃筒20之间形成一个密闭夹层30，密闭夹层30内装有冷却液（参照图2），如常温下的水或者冰水。内玻璃筒10的外侧壁上连接一个与外界空气相通的进气管11，使足量的冷空气能够进入内玻璃筒10以提供氧气，以保证燃烧的顺利进行，进气管11优选设计在内玻璃筒10外侧壁的中部。内玻璃筒10的底端封闭，顶端具有一个开口100，燃烧后的热空气从顶端的开口100处排出。

参照图1，外玻璃筒20的外侧壁上设有与密闭夹层30均相通的进液管21和出液管22，其中，进液管21位于外玻璃筒20外侧壁的中上部，而出液管22设于外玻璃筒20外侧壁的底部。进液管21可设计为长柄状，作为实验演示时的手柄。出液管22上设有玻璃活塞开关221，用于控制冷却液的排放。

参照图1，上述密闭夹层30内还可装设有一个温度传感器31，可用于测量冷却液的温度变化。

以下通过实验对含氢燃料燃烧火焰变化的验证。

1.1对酒精灯火焰变化的验证

将酒精灯点燃后，出现黄色火焰（在黑暗环境下特别明显）。往观色筒夹层中加水后，倒扣在火焰上方，慢慢将火焰套进筒内，火焰颜色出现黄色逐渐变为蓝色的过程。罩上夹层有水的观色筒后，由于水的吸热及筒内氧气浓度下降，导致环境温度降低。因此，火焰颜色的变化可能的原因有两个：一是温度降低后，无法使钠元素产生焰色，黄色消失；二是环境温度降低，导致水分子无法出现激发态，黄色消失。

1.2对无水乙醇燃烧火焰变化的验证

以上实验直观展示了酒精灯火焰在环境温度下降后的颜色变化，证明了含氢燃料燃烧火焰一般为蓝色的判断，但是无法判断黄色火焰是由于钠元素的焰色还是由于水蒸气的激发态导致的。为了进一步验证该原因，可以通过排除酒精灯钠元素的干扰，使用观色筒直接做无水乙醇的对照实验进行研究。

（1）降低环境温度验证

具体做法如下：取5mL无水乙醇分别放入观色筒的内筒（夹层中装水），另取5mL无水乙醇放入铁盒（不选择蒸发皿等陶瓷容器，避免可能的钠元素焰色干扰），分别点燃。可以观察到观色筒中火焰颜色为非常浅的蓝色，在光亮条件下几乎无法观察到。为了直观感受到观色筒内无水乙醇的燃烧，可以将温度传感器通过进水口伸入夹层的水中，随着燃烧的进行，温度显示屏可以直接观察到温度的变化，实验结束时，可用橡皮塞塞住上端筒口，燃烧结束。

通过对比，发现无水乙醇在铁盒中燃烧呈现明显黄色火焰，而在观色筒中燃烧火焰在光亮条件下近乎无色，在黑暗条件下为蓝色。实验结果验证了玻璃或陶瓷中的钠元素焰色不是酒精灯火焰呈黄色的主要原因。

（2）升高氧气浓度验证

无水乙醇在空气中燃烧火焰呈黄色，在观色筒内呈极淡的蓝色，原因是空气中燃烧时火焰的环境温度更高，氧气也更充分。为了提高对比的有效性，可以在进气口位置连接氧气发生装置，通入氧气观察火焰颜色的变化情况。

实验时，关闭观色筒进气口的活塞，点燃无水乙醇，此时由于筒内氧气不足，燃烧无法顺利进行，但可以看到每次点火都会出现极淡的蓝色火焰。接下来增加氧气的浓度，打开氧气发生装置，让一定量的氧气进入观色筒的内筒，再关闭进气口活塞；再点燃无水乙醇，此时可以观察到火焰呈明显的黄色。

（3）借助燃烧匙提高演示的简练性和安全性

以上两个实验需要借助温度传感器或者氧气发生装置，设计还不够简练；第二个实验还存在一定安全隐患。因此，可以借助燃烧匙作为盛装无水乙醇的容器，通过改变燃烧的位置观察火焰颜色的变化，效果同样明显。

操作时，观色筒夹层装水后直立。往燃烧匙中放一团脱脂棉花（燃烧无颜色干扰，用于延长燃烧时间），滴入2mL无水乙醇后点燃，火焰为黄色。将燃烧匙往观色筒内筒伸入，火焰变为蓝色略带黄色。继续伸入到进气口位置时，火焰变为蓝色。

从外筒进水口可以明显观察到有水滴滴下，可以说明燃烧过程中的热量部分被水吸收，导致体积膨胀了。从燃烧匙进入内筒后火焰的形状，可以直观感受到气流的走向，即冷空气从下方进气口进入，热空气从上方开口流出，确保了燃烧的顺利进行。

2.1验证点火枪中丁烷燃烧的火焰颜色变化

由于点火枪平放更有利于燃烧顺利进行，验证时应将观色筒横放，并将进气口朝上，使其变为热空气的出气口。点火后，火焰呈黄色，将枪口水平方向缓慢伸进内筒，然后使火焰与夹层中的水相接触，通过水的吸热迅速降低环境温度，火焰变为极淡的蓝色。

2.2验证丁烷喷枪中丁烷燃烧的火焰颜色变化

与点火枪不同，丁烷喷枪燃烧起来由于有强大的气流，火焰温度非常高，在蓝色火焰的边沿可以看到明显的紫色。因温度升高快，夹层中的水很快沸腾起来，实验时必须用胶头套住进水口，并打开出水口的玻璃活塞，使水蒸气能够顺利排出夹层，确保实验安全。

丁烷喷枪点火后放稳，手握观色筒使枪口火焰慢慢套进内筒，分别在黑暗和光亮条件下观察火焰颜色变化。发现均出现以下变化规律：进入观色筒前及离开观色筒后，火焰为蓝色，但外围出现明显的紫色；进入观色筒一段距离及开始从观色筒底部离开时，火焰呈蓝色，外围出现明显的黄色，边沿还出现红色；进入观色筒至火焰即将熄灭时，火焰呈淡绿色。该火焰颜色变化与前几种含氢燃料明显不同，主要原因在于丁烷喷枪点火后温度可高达1500℃，而一般酒精灯、点火枪的火焰温度仅为500℃左右。因此，一般含氢燃料点燃后火焰呈黄色，其火焰温度500℃左右，在此基础上，降低环境温度，才会有蓝色火焰出现。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims

1.一种含氢燃料火焰的降温观色筒，其特征在于：包括一个双层玻璃筒，该双层玻璃筒由内玻璃筒和外玻璃筒在顶端连接而成，所述内玻璃筒和外玻璃筒之间形成一个密闭夹层，所述密闭夹层内装有冷却液，所述内玻璃筒的顶端具有一个开口，该内玻璃筒的外侧壁上连接一个与外界空气相通的进气管，所述外玻璃筒的外侧壁上设有进液管和出液管，所述进液管与所述出液管分别与所述密闭夹层相通。

2.如权利要求1所述的一种含氢燃料火焰的降温观色筒，其特征在于：所述进气管连接在所述内玻璃筒的外侧壁中部。

3.如权利要求1所述的一种含氢燃料火焰的降温观色筒，其特征在于：所述进液管为长柄状。

4.如权利要求1所述的一种含氢燃料火焰的降温观色筒，其特征在于：所述出液管上设有一个玻璃活塞开关。

5.如权利要求1所述的一种含氢燃料火焰的降温观色筒，其特征在于：所述进气管还连接一个氧气发生装置。

6.如权利要求1所述的一种含氢燃料火焰的降温观色筒，其特征在于：所述密闭夹层内还装设有一个温度传感器。