KR200341197Y1 - 단열압축팽창실험용교구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 단열압축팽창에 대한 물리실험교구에 관한 것이다.

물리학의 가장 기초라 할 수 있는 열역학에 있어 단열압축과 팽창시 대상이되는 물질이 기화, 액화의 현상이 발생한다. 이러한 현상을 보다 쉽게 이해하기 쉽도록 하는 방식이 특정한 용기에 알콜이나 물을 넣고 공기를 제거하여 저압으로 하거나 고압으로 하여 내부의 액상물질이 증기화 혹은 액화하는 현상을 관찰하므로서 시각적인 교육효과를 보이고 있다. 이러한 장치는 단열압축과 팽창이라는 작업마다 별도로 진행하여야 하며, 동시에 진행가능한 고가의 과학장비는 일선교육현장에서 구입하기 어려워 학생들에 있어 열역학에 대한 이해를 이론에 머물고 있다.

본 고안은 투명한 재질의 용기내부에 체크밸브에 의하여 공기주입과 흡입을 동시에 가능하도록하고, 내부온도를 측정가능한 온도계를 설치하므로서 공기의 주입에 따른 압력상승과 반대의 작동시 내부온도변화와 내부물질의 상변화(相變化))를 육안으로 관측하게 한 단열압축팽창실험용 교구를 개발하였다.

본고안은 고압과 저압을 동시에 하나의 동일한 기구에서 연속적으로 임의로 조절가능하므로 예를들면 소리의 전달과 공기와의 관계, 압력과 온도의 관계등의 실험을 연속적으로 고압에서부터 진공에 이르기까지 하나의 기구안에서 진행하여 그 변화를 직접 관찰할 수 있게 하였다.

Description

단열압축팽창실험용교구{Experimental instrument for the physical adiabatic compression and expansion}

본 고안은 단열압축팽창실험용교구에 관한 것이다. 특히 단열압축과 팽창실험을 하나의 용기안에서 병용가능한 단열압축팽창실험용교구에 관한 것이다.

물리학의 기본이라할 수 있는 열역학에서 단열압축과 팽창은 모든 물리현상의 이해에 대한 초석이 된다. 그러나 초중등학생에게는 복잡한 이론에 대하여 심한 거부감을 느낄수 밖에 없다. 이러한 단점을 개선하고자 여러가지 단열팽창과 압축시험교구가 나와 있다.

이들은 일정한 폐쇄된 용기에 공기주입기 혹은 배출기를 체크밸브를 매개로 설치하고 용기내부에 공기를 주입 혹은 배출하여 내부 압력을 상승시키거나 하강시켜주게 구성된다. 이때 용기내부에 물, 알콜, 드라이아이스와 같은 물질을 넣어두게 되면 압력이 낮아지면 단열팽창현상이 일어나 구름같은 증기화현상이 발생하면서 내부온도는 내려간다. 반대인 경우에는 기화된 것이 액화되고 반대로 온도는 올라가므로 이러한 현상을 눈으로 확인하면서 단열팽창과 압축에 대한 이론을 이해시키고 있다.

그러나 이러한 교구는 공기주입과 배출을 별도의 용기에서 행하게 되어있어, 단열팽창과 압축의 연속적인 변화에 대한 육안관찰에는 어려움이 있다.

본 고안은 하나의 밀폐용기를 이용하여 단열팽창과 압축을 동시에 시험가능한 교구를 제공하고자한다.

또한 내부에 대한 개방과 조립을 손쉽게 하도록 조립식 구조로 형성하므로서 내부에 상변화(相變化)가 될물질을 필요에 따라 임의로 설치와 해체가 가능하도록 하여 다양한 물질에 대한 상변이시험을 가능하게 한 교구를 제공하고자 한다.

도 1 은 본 고안의 전체적인 구성을 보여주는 사시도,

도 2 는 본 고안의 또다른 구성을 보여주는 사시도,

도 3 은 본 고안의 몸체를 다면체로 구성한 사시도임.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

v:공간부 1:몸체 5:조립수단 6:주입용밸브수단 7:배출용밸브수단 8

:온도계 10:상층 5:조립수단 20:하층 6a,7a:배출도관 6b,7b:연결수단

본 고안은 대표적인 구성을 도1에 도시하며, 도 2 는 보다 긴밀성을 확보한 구조물이다. 도 3 은 내부에 기화액화현상을 보여주는 단면체 몸체의 사시도이다.

본 고안은 중앙에 공간부(v)를 갖고 있으며 상하로 연장된 통형구조의몸체(1)와,

상기한 몸체의 상측에서 조립수단(5)에의하여 조립되어지며, 일측에 주입용밸브수단(6)을 타측에는 배출용밸브수단(7)을 그리고 중앙에는 온도계(8)이 설치된 상층(10),

그리고 상기한 몸체의 하측을 밀봉하도록 조립수단(5)에 의하여 조립된 하층(20)으로 구성된다.

본 고안에서 몸체의 내부는 일정한 공간부가 형성되면서 공기와 같은 압력조절물질이 주입용밸브수단과 배출용밸브수단을 통하여서만 주입배출된다.

본 고안에서 주입용밸브수단(6)과 배출용밸브수단(7)은 가장 일반적인 체크밸브를 설치하되 이들을 서로 역방향으로 설치하여 준 구조이며, 그 상측에는 주입 혹은 배출도관(6a)(7a)와 임의로 체결과 해체가능한 연결수단(6b)(7b)가 설치된다. 미설명부호 9는 도관의 접힘을 방지하기 위한 지지탄성스프링이다.

해체가능한 연결수단은 주로 에어공구의 일종인 니플과 같은 원터치형 체결수단을 이용하는 것이 편리하며,그외에도 고압이 가해질 경우에는 안전을 위하여 임수나사체결구조의 구조를 이용하며, 특별히 제한을 주는 것은 아니다.

본 고안의 또다른 예로 제시한 도 2의 사시도는 몸체와 상층과 하층간의 밀폐성을 보다 강하게 확보하기 위하여 이들간의 접촉면에 상하연장부(21)(22)를 형성하고, 몸체에도 동일하게 상하연장부(23)(24)를 형성하여 준 것이다. 즉, 접촉면적이 넓기 때문에 밀폐성을 보다 넓게 확보하여 내부에 대한 진공, 고압의 유지를 용이하게 한다.

본 고안의 또다른 예로서 상기한 상하층의 연장부(21)(22)와 몸체의 상하연장부(23)(24)의 접하는 면에 탄성체(예를 들면 박판의 고무)를 삽입하여 결합하므로서 이 탄성체를 매개로 보다 강한 밀폐성을 확보하는 것이다. 이는 경우에 따라서 수십기압이상의 고압과 진공이 시험되는 경우 단순한 상하연장부의 접촉만으로는 기밀성을 유지하기 어려우므로 시험대상에 따라 임의로 선택하여 사용가능하게 하기 위한 것이다.

본 고안에서 몸체의 형태를 원통형으로 구성하고 있으나 이는 직육면체, 정육면체 혹은 다면체의 다양한 형태가 가능하며, 이들은 모두 특별한 기술적 효과에 차이가 없는한 본 고안의 범주에 속한다.

이상 본 고안은 하나의 용기를 이용하여 고압기체의 주입에 의한 단열압축시험, 그리고 그반대의 내부기체의 제거에 의한 단열팽창이라는 서로 반대되는 시험을 동시에 수행가능하게 되었다.

또한 본고안은 내부에 소리발생장치(예를 들면, 알람시계등)를 넣고 공기를 배출함에 따라 점차 소리전달이 차단되며, 반대로 서서히 공기를 주입하면 소리가 전달되는 실험도 가능하다.

또한 본 고안은 내부에 드라이아이스와 같은 물질을 채워넣고 진공에서 부터 고압으로 서서히 변경함에 따라 기체발생의 정도를 육안으로 확인할 수 있게 된다. 따라서 종래의 구름발생실험, 인공눈비실험등이 모두 하나의 용기안에서 이루어질수 있게되었다.

Claims (5)

1. 중앙에 공간부(v)를 갖고 있으며 상하로 연장된 통형구조의 몸체(1)와,

   상기한 몸체의 상측에서 조립수단(5)에의하여 조립되어지며, 일측에 주입용밸브수단(6)을 타측에는 배출용밸브수단(7)을 그리고 중앙에는 온도계(8)이 설치된 상층(10),

   그리고 상기한 몸체의 하측을 밀봉하도록 조립수단(5)에 의하여 조립된 하층(20)으로 구성된 단열압축팽창실험용교구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상층의 주입용밸브수단(6)과 배출용밸브수단(7)에는 체크밸브를 서로 역방향으로 설치하여 , 그 상측에는 주입 혹은 배출도관(6a)(7a)과 임의로 체결과 해체가능한 연결수단(6b)(7b)에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 단열압축팽창실험용교구.
3. 제 1 항에 있어서,

   상층 그리고 하층간의 접촉면에 상하연장부(21)(22)를 형성하고, 몸체에도 동일하게 상하연장부(23)(24)를 형성하여 준 것을 특징으로 하는 단열압축팽창실험용교구.
4. 제 1 항에 있어서,

   상하층의 연장부(21)(22)와 몸체의 상하연장부(23)(24)의 접하는 면에 탄성체를 삽입하여 결합하는 것을 특징으로 하는 단열압축팽창실험용교구.
5. 제 1 항에 있어서,

   몸체가 다면체의 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 단열압축팽창실험용교구.