KR200347153Y1 - Experimental instrument for the physical adiabatic compression and expansion using the transparent PET bottle - Google Patents
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Abstract
본 고안은 투명페트병을 이용한 단열압축팽창실험교구에 관한 것이다.The present invention relates to an adiabatic compression expansion test aid using a transparent PET bottle.
물리학의 열역학 보존법칙이 하나인 단열압축과 팽창은 복잡한 이론을 초중등학생이 이해하기에는 어려움이 많다. 따라서 주사기를 이용하여 주사기의 피스톤압축과 팽창에 따라 내부에 있는 물체가 수축팽창하는 현상을 관찰토록한다. 이러한 실험의 경우 초중등학생은 피스톤의 당기고 미는 힘이 압력이 위아래에서 작용하거나 내부물체의 상변화현상등은 관찰하지 못하고 다양한 현상을 이해하기 위해서는 별도의 여러가지 도구를 준비하여야하는 단점이 있다.Adiabatic compression and expansion, one of the laws of conservation of thermodynamics in physics, are difficult for elementary and secondary students to understand complex theories. Therefore, by using the syringe to observe the phenomenon of the expansion and contraction of the object inside the piston compression and expansion of the syringe. In this experiment, elementary and junior high school students do not observe the pressure of the piston's pulling and pushing force up and down or the phase change phenomenon of the internal object, and has a disadvantage in that various tools must be prepared to understand various phenomena.
본 고안은 투명한 페트병의 뚜껑부에 체크밸브를 설치하고 이 체크밸브와 연결된 도관의 상단에 체결기구를 설치하여 주사기와 같은 펌프도구에 의하여 내부에 고압, 저압의 상태를 임의로 형성가능토록 하였다.The present invention installs a check valve on the lid of a transparent PET bottle and a fastening mechanism on the upper end of the conduit connected to the check valve, so that a high pressure and low pressure state can be arbitrarily formed inside by a pumping tool such as a syringe.
흔히 주변에 버려지는 음료용기인 페트병을 이용하므로 제작에 별도의 노력이나 비용이 들지않으면서도 단열압축팽창에 대한 정확한 실험을 가시적으로 확인할 수 있어 초중등학생이 물리학의 가장 기초적이면서 중요한 열역학의 이해을 손쉽게 할 수 있는 것이다.PET bottles, which are often discarded around, can be used to visually confirm accurate experiments of adiabatic compression expansion without additional effort or cost. It can be.
Description
본 고안은 물리학에서 열역학에서 단열압축팽창의 실험을 간단한 페트병을 이용하여 실험 가능한 교구에 관한 것이다.The present invention relates to a parish that can experiment with adiabatic compression expansion in thermodynamics in physics using a simple PET bottle.
현행 초등학교 교과과정에서 시행하는 열역학적인 단열압축팽창실험은 주사기를 이용하여 이 주사기 몸체에 에어벌룬등을 넣고 압박하거나 팽창하여 부피의팽창수축현상을 관찰하고 있다. 상변화현상역시 이같은 주사기 내에 알콜, 드라이아이스등을 넣고 주사기의 피스톤을 작동시켜 주므로 내부의 압력을 변화시켜 기체에서 액체 혹은 고체에서 액체로 변하는 것을 확인하고 있다.The thermodynamic adiabatic compression expansion experiment conducted in the current elementary school curriculum uses a syringe to pressurize or inflate the balloon to observe the expansion and contraction of the volume. The phase change phenomenon also puts alcohol, dry ice, etc. in the syringe and operates the piston of the syringe, so that the internal pressure is changed to confirm that it is changed from gas to liquid or solid to liquid.
이러한 간단한 주사기이용방식은 공기압력의 변화를 자그마한 주사기에서 진행되므로 초등학생들에게 흥미를 유발시킬 정도의 사실감이 없으며, 정밀한 시험이 어렵다. 또한 내부압력을 임의로 조절하기 어려우며, 다양한 물체나 물질을 채워넣을 수 없어 실험에 한계가 있는 것이다.This simple syringe method is used in small syringes to change the air pressure, so there is no realism that is of interest to elementary school students, and precise testing is difficult. In addition, it is difficult to control the internal pressure arbitrarily, and there is a limit in experiment because it cannot fill various objects or materials.
본 고안은 기존에 널리 유포되어있는 음료용기인 페트병이 강한 압력을 견딜수 있으며, 투명성과 기밀성이 높다는 점에 착안하여 고압, 저압의 압력변화에 따른 여러가지 단열압축과 팽창의 시험이 가능한 교구를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a parish that can be tested for various adiabatic compression and expansion according to the pressure change of high and low pressure, paying attention to the fact that PET bottle, a widely distributed beverage container, can withstand strong pressure, and has high transparency and airtightness. do.
도 1 은 본 고안의 전체적인 구성을 보여주는 단면구성도,1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the present invention,
도 2 는 본 고안의 조립상태의 에어벌룬 작동상태의 정면도,Figure 2 is a front view of the air balloon operating state of the assembled state of the present invention,
도 3 은 본 고안의 상변화상태를 보여주는 작동상태 정면도,3 is a front view of an operating state showing a phase change state of the present invention;
도 4 는 본 고안의 분지도관설치된 상태의 정면도임.Figure 4 is a front view of the state installed branch pipe of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10:개방부 11:관통공 12,13:상하 팩킹재 15:가이드도관 20:밸브체 29:유도관 30:체결부 40:피스톤펌프 35:에어벌룬 36:물질DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Opening part 11: Through-hole 12,13: Upper and lower packing material 15: Guide conduit 20: Valve body 29: Induction pipe 30: Fastening part 40: Piston pump 35: Air balloon 36: Substance
본 고안은 초중등학생이 교실에서 별도의 복잡한 기구나 장치의 설치없이 음료용기로 널리 이용되는 페트(PET)병을 이용하여 물리학의 열역학법칙인 단열압축팽창에 따른 상변화, 온도변화등을 관찰 실험할 수 있는 실험 교구에 관한 것이다.The present invention is designed to observe the phase change and temperature change of the thermodynamic expansion law, which is the thermodynamic law of physics, using PET bottles which are widely used as beverage containers in the classroom without the installation of complicated equipment or devices. It is about an experimental parish that can be done.
본 고안의 구체적인 예시를 첨부한 도면에 의하여 설명한다.Detailed examples of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 고안은 도 1 은 본 고안의 전체적인 구성을 보여주는 단면구성도이며, 도 2 는 본 고안의 조립상태에서 내부에 에어벌룬을 넣고 작동상태시킨 상태의 정면도이며, 도 3 은 본 고안의 상변화상태를 보여주기 위하여 내부에 알콜, 드라이아이스등을 충진시 압력변화에 따른 작동상태를 보여주는 정면도이고, 도 4 는 본 고안의 분지도관설치된 상태의 정면도이다.1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the present invention, Figure 2 is a front view of the air balloon in the operating state in the assembled state of the present invention, Figure 3 is a phase change state of the present invention In order to show the inside is a front view showing the operating state according to the pressure change when filling the alcohol, dry ice, etc., Figure 4 is a front view of the branch pipe installation state of the present invention.
본 고안은 외벽이 투명하고, 상면만이 개방부(10)를 구성한 통형구조의 몸체,The present invention is the outer wall is transparent, the body of the tubular structure of which only the upper surface of the open portion 10,
상기한 몸체의 개방부(10)에 체결될수 있는 나사홈이 내측에 형성되며, 상면중앙부근에 관통공(11)이 형성되어져있는 뚜껑부,A screw groove which can be fastened to the opening part 10 of the body is formed on the inner side, and a lid part in which a through hole 11 is formed near the center of the upper surface,
상기한 뚜껑부의 중앙에 형성된 관통공(11)의 상하면에 탄성의 상하 팩킹재(12)(13)에 의하여 가이드도관(15)이 기밀성이 유지되도록 설치하며, 이 가이드도관의 외주를 일단이 감싸고 상단에 밸브체(20)가 삽입체결되어져 있는 유도관(29)으로 구성된 기압조절부,The guide conduit 15 is installed on the upper and lower surfaces of the through hole 11 formed in the center of the lid by elastic upper and lower packing materials 12 and 13 so as to maintain airtightness, and one end surrounds the outer circumference of the guide conduit. Pressure control unit consisting of an induction pipe 29 is inserted into the valve body 20 is fastened,
그리고 상기한 기압조절부의 상단에 설치된 밸브체와 임의로 체결해체가 가능한 조립돌출부(30)를 갖추고 있는 피스톤펌프(40)을 내장한 고압주입구로 구성된 투명페트병을 이용한 단열압축팽창실험교구이다.And it is an adiabatic compression expansion test using a transparent PET bottle composed of a high-pressure inlet incorporating a piston pump 40 having an assembly protrusion 30 which can be arbitrarily disengaged with the valve body installed at the upper end of the air pressure control unit.
본 고안에서 도 2에 도시하듯이 통형구조의 몸체내부에는 탄성고무로 구성된 에어벌룬(35)을 여러가지 압력을 갖도록 충진하여 내장시켜주게 된다. 이 내장된 에어벌룬은 뚜껑부에 설치된 기체조절부를 통하여 피스톤펌프로 고압의 공기 혹은 반대로 저압의 상태로 유지시켜주면 내부의 에어벌룬이 압력의 증가에 따른 부피수축 혹은 그반대의 현상을 육안으로 관찰가능하게 된다.In the present invention, as shown in Figure 2, the inside of the body of the tubular structure is filled with a built-in air balloon 35 made of elastic rubber to have a variety of pressure. If the built-in air balloon is maintained at high pressure air or low pressure with a piston pump through the gas control unit installed in the lid part, the inside air balloon can visually observe the volume shrinkage or vice versa as the pressure increases. It becomes possible.
본 고안에서 고압주입구는 가장 흔하게 초중등학생이 구입가능한 것으로 주사기를 이용하는 형태를 도1에 도시한다. 그러나 이러한 구성외에도 자전거나 자동차에 공기를 주입하는 펌프도 사용가능하며, 그외에 동력에 의하여 구동하는 펌프도 상관이 없다. 그외에 필요하다면 진공청소기를 이용하여 진공을 구성할 수도 있으며, 일정한 형태의 공기를 흡수 혹은 주입가능한 것이라면 모두 사용가능다. 특히 조립돌출부(30)와 밸브체(20)은 가장 간단한 형태로 고무팩킹재에 의하여 서로 연결하도록 하며, 가장 바람직하게는 나사체결방식에 의하여 조립돌출부(30)와 밸브체가 기밀성을 갖도록 체결하는 것이다.In the present invention, the high-pressure inlet is most commonly available for primary and secondary school students, and is shown in Figure 1 using a syringe. However, in addition to such a configuration, it is also possible to use a pump for injecting air to a bicycle or a car. In addition, if necessary, a vacuum can be configured using a vacuum cleaner, and any type of air absorbent or injectable can be used. Particularly, the assembly protrusion 30 and the valve body 20 are connected to each other by a rubber packing material in the simplest form, and most preferably, the assembly protrusion 30 and the valve body are fastened to have airtightness by a screw fastening method. .
본 고안의 또다른 예로 도 3에 도시한 것은 통형구조의 몸체내부에 상변화가능한 드라이아이스, 탄산음료, 실온에서 기화가능한 알콜과 같은 물질(36)을 충진하여준다. 이경우 내부의 고압, 저압의 변화에 따라 기체에서 액체로 혹은 기화현상의 중단등이 육안으로 관찰되므로 고압과 저압의 변화에 따른 상변화(相變化)현상을 직접 목격하게 된다. 따라서 물리학에서 압력의 변화와 에너지의 관계를 직접 체험하게 되는 것이다.As another example of the present invention, shown in FIG. 3, a material 36 such as a phase changeable dry ice, a carbonated beverage, and a vaporizable alcohol at room temperature is filled in the tubular body. In this case, the gas-liquid or the interruption of the vaporization phenomenon is visually observed according to the change of the internal high pressure and the low pressure, so the phase change phenomenon according to the change of the high pressure and the low pressure is directly observed. Therefore, in physics, we directly experience the relationship between pressure change and energy.
본 고안의 또다른 예로 통형구조의 몸체의 측벽에 온도계(50)을 설치하여 주는 것이다. 이경우 고압의 경우 내부 온도가 상승하고, 반대의 경우 내부온도가 내려가는 것을 관찰하게 된다. 즉, 압력과 열에너지의 관계를 직접 확인가능한 것이다.Another example of the subject innovation is to install a thermometer 50 on the side wall of the body of the tubular structure. In this case, the internal temperature increases in the case of high pressure, and the internal temperature decreases in the reverse case. That is, the relationship between pressure and thermal energy can be directly confirmed.
본 고안의 또다른 예로 도4와 같이 뚜껑부의 중앙에 형성된 관통공(11)에 설치된 가이드도관(15)이 양방향분지도관(17)을 체결하고, 분지도관의 일측부(17a)과 타측(17b)에 서로 반대기능을 갖는 체크밸브체를 설치하여주는 것이다. 이경우 하나의 몸체내부에 고압과 저압을 피스톤펌프를 일측부와 타측에 연결하여 변화시켜주게 된다. 따라서 압력의 변화에 따른 온도의 상승, 상변화등이 하나의 몸체에서 연속적으로 관찰가능한 것이다.As another example of the present invention, the guide conduit 15 installed in the through hole 11 formed in the center of the lid portion as shown in FIG. 4 fastens the bidirectional branch pipe 17, and one side 17a and the other side 17b of the branch pipe. ) Is to install check valve bodies with opposite functions. In this case, the high pressure and low pressure inside one body is changed by connecting the piston pump to one side and the other side. Therefore, the temperature rise and the phase change according to the pressure change can be continuously observed in one body.
이상 본 고안은 시중에 널리 유포되어져 있는 음료용기를 간단하게 변화하므로서 복잡하고 이해하기 힘든 열역학의 단열압축과 팽창을 직접 육안관찰가능하다. 특히 이들 재료는 주변에 널리 있는 흔한 재료이며 제작과 운용에 전혀 어려움이 없어 초중등학생이 여러가지 재미있는 물리학의 실험을 다양하게 응용하여 시행가능하게 하는 것이다.The present invention can directly observe the adiabatic compression and expansion of the thermodynamic complex and difficult to understand by simply changing the beverage container widely distributed in the market. In particular, these materials are common materials that are widely used in the surroundings, and there is no difficulty in manufacturing and operating them, enabling elementary and middle school students to implement various interesting experiments in physics.
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