KR200414759Y1 - 줄열 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 줄열 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 줄열 실험장치의 용기내의 내부보온력을 극대화하고, 수중용 카트리지 히터를 사용하여 물속에서의 정확하고 안정적인 발열로 실험결과의 정확도를 높일 수 있으며, 물이 용기에 없을 때 상기 카트리지 히터의 과열에 의한 화재의 위험을 예방할 수 있는 줄열 실험장치에 관한 것이다.

본 고안의 특징적인 구성은 일정 부피의 내부공간을 가지며 상부가 개구된 용기와, 상기 용기의 개구된 상부를 밀폐하는 뚜껑부재와, 상기 뚜껑부재에 구비되어 상기 용기 내에 채워지는 물의 온도를 측정하는 온도계와, 상기 뚜껑부재에 구비되어 상기 용기 내에 채워지는 물을 교반하는 교반기부와, 상기 용기의 내부 저면에 구비되어 소정 전력을 공급받아 발열하여 상기 용기내에 채워지는 물을 가열하는 카트리지 히터와, 상기 용기의 내부 일측에 구비되어 상기 용기내의 물의 유무에 따라 상기 카트리지 히터에 공급되는 전력을 온/오프시키는 부력스위치부와, 상기 부력스위치부에 연결되는 기본단자와, 상기 카트리지 히터에 연결되는 저항단자와, 상기 기본단자와 저항단자에 연결되어 상기 카트리지 히터에 전력을 공급하는 전원으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

줄열, 실험, 부력스위치, 카트리지 히터

Description

줄열 실험장치{A LABORATORY DEVICE OF JOULE'S HEAT}

도 1은 본 고안에 따른 줄열 실험장치를 예시한 사시도,

도 2는 본 고안에 따른 줄열 실험장치의 용기를 예시한 단면도,

도 3은 본 고안에 따른 줄열 실험장치를 예시한 요부회로도,

도 4는 본 고안에 따른 줄열 실험장치의 부력스위치를 예시한 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 용기 11 : 플랜지부

12 : 지지부재 13 : 눈금

20 : 뚜껑부재 30 : 온도계

40 : 교반기부 41 : 회전축부재

42 : 손잡이 43 : 스크류

50 : 카트리지 히터 60 : 부력스위치부

61 : 수직안내관 62 : 리드스위치(lead switch)

63 : 부구부재 64 : 영구자석

65 : 스톱퍼 70 : 기본단자

80 : 저항단자 81 : 저항소자

90 : 전원

본 고안은 줄열 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 줄열 실험장치의 용기내의 내부보온력을 극대화하고, 수중용 카트리지 히터를 사용하여 물속에서의 정확하고 안정적인 발열로 실험결과의 정확도를 높일 수 있으며, 물이 용기에 없을 때 상기 카트리지 히터의 과열에 의한 화재의 위험을 예방할 수 있는 줄열 실험장치에 관한 것이다.

일반적으로 열의 일당량을 구하는 줄열 실험장치의 구조는 외기와 온도가 차단되는 용기가 구비되고, 상기 용기내에는 일정량의 물이 채워진다.

또한, 소정 전력을 공급받아 발열하는 니크롬선이 상기 용기내의 물속에 잠기어 있다.

상기 니크롬선에 전력을 공급하는 전원으로는 DC건전지가 구비된다.

또한, 상기 용기내에 저장된 물의 온도를 측정하기 위한 온도계가 구비되어 있으며, 가열되는 물을 교반하여 가열되는 전체 물의 온도를 평형하게 하는 교반기가 구비되어 있다.

이와 같이 구성된 일반적인 줄열 실험장치는 실험자가 초기 물의 온도를 측정한 후, 특정 저항수치를 가진 니크롬선에 DC건전지에 의해 전력을 일정시간 동안 공급하게 된다.

일정시간 동안 전력을 공급받은 상기 니크롬선은 발열하여 상기 용기내에 저장된 물을 가열하게 되고, 가열된 물은 온도가 상승하게 된다.

이와 같이, 실험자는 일정시간 동안 물의 온도차를 측정하여 열의 일당량을 구하게 되는 것이다.

그러나, 일반적인 줄열 실험장치는 니크롬선이 물속에 잠겨 물을 가열하기 때문에 부식으로 인한 상기 니크롬선과 상기 니크롬선에 전력을 공급하기 위해 결합되는 연결단자등과의 접촉불량과, 물과의 접촉으로 물속에 전류가 흐르게 됨으로써 저항 및 전력의 값이 변하게 되어 정확한 실험을 할 수가 없는 문제점이 있었다.

이에, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 줄열 실험장치의 목적은 물을 수중용 카트리지 히터에 의해 가열함으로써 장시간의 사용이 가능하며 물에 전류가 흐르는 것을 방지하여 기본 데이터(저항, 전력등)의 불확실성을 해소하고, 용기내의 내부보온력을 극대화시켜 실험의 정확도를 향상시 키도록 하는 데에 있다.

또한, 실험자의 부주의로 인한 용기 내에 물이 없는 경우에 줄열 실험장치가 동작되는 것을 방지하여 상기 카트리지 히터의 과열로 인한 화제의 위험을 방지할 수 있도록 하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 구성은 일정 부피의 내부공간을 가지며 상부가 개구된 용기와, 상기 용기의 개구된 상부를 밀폐하는 뚜껑부재와, 상기 뚜껑부재에 구비되어 상기 용기 내에 채워지는 물의 온도를 측정하는 온도계와, 상기 뚜껑부재에 구비되어 상기 용기 내에 채워지는 물을 교반하는 교반기부와, 상기 용기의 내부 저면에 구비되어 소정 전력을 공급받아 발열하여 상기 용기내에 채워지는 물을 가열하는 카트리지 히터와, 상기 용기의 내부 일측에 구비되어 상기 용기내의 물의 유무에 따라 상기 카트리지 히터에 공급되는 전력을 온/오프시키는 부력스위치부와, 상기 부력스위치부에 연결되는 기본단자와, 상기 카트리지 히터에 연결되는 저항단자와, 상기 기본단자와 저항단자에 연결되어 상기 카트리지 히터에 전력을 공급하는 전원으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 용기(10) 및 뚜껑부재(20)는 2중벽 구조를 취하고 상기 2중벽의 사이에는 진공상태로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용기(10)는 투명한 재질을 사용하고 외면에 눈금(13)을 형성하여 저장되는 유체의 량을 확인할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 교반기부는, 상기 뚜껑부재를 관통하여 회전가능하게 구비되는 회전축부재와, 상기 회전축부재의 일단에 구비되어 상기 용기 외부로 노출되는 손잡이와, 상기 회전축부재의 타단에 구비되어 상기 용기 내부에 위치하는 스크류로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 부력스위치부는, 상기 용기의 내부 저면에 일단이 고정되어 수직하게 구비되는 수직안내관과, 상기 수직안내관의 내부의 소정 위치에 구비되는 리드스위치와, 상기 수직안내관상에 끼워져 부력에 의해 승강되는 부구부재와, 상기 부구부재내에 구비되어 상기 리드스위치를 온/오프시키는 영구자석과, 상기 수직안내관상에 구비되어 상기 부구부재의 상승을 제한하는 스톱퍼로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 저항단자는, 서로 다른 저항치를 갖는 저항소자를 각각 연결하여 다수 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 고안의 일실시 예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 줄열 실험장치를 예시한 사시도이고, 도 2는 본 고안에 따른 줄열 실험장치의 용기를 예시한 단면도이며, 도 3은 본 고안에 따른 줄열 실험장치를 예시한 요부회로도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 본 고안은 일정 부피의 내부공간을 가지며 상부는 개구된 용기(10)를 구비하고, 상기 용기(10)의 개구된 상부를 밀폐하도록 뚜 껑부재(20)를 구비한다.

상기 용기(10) 및 뚜껑부재(20)는 2중벽 구조를 취하고 그 사이에 진공상태를 두어 내부보온력을 극대화할 수 있도록 하였으며, 상기 용기(10)는 투명한 재질(유리, 수지등)의 사용으로 내부가 실험자에게 비춰지도록 하여 실험의 흥미를 유발시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기 용기(10)의 외면에는 눈금(13)을 새겨 유입되는 물의 양을 정확히 확인할 수 있도록 한다.

상기 용기(10)의 하부외측에는 수평한 플랜지부(11)가 형성되고, 상기 플랜지부(11)의 하부에는 상기 용기(10)를 지지하는 지지부재(12)가 형성되어 있다.

한편, 상기 뚜껑부재(20)에는 용기(10)내의 물의 온도를 측정하는 온도계(30)가 구비되는데, 상기 온도계(30)는 디지털온도계를 사용하여 보다 세밀한 온도측정이 가능하도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 뚜껑부재(20)에는 용기(10)내에 물을 교반하여 물의 대류현상을 돕는 교반기부(40)를 구비하는데, 상기 교반기부(40)는 상기 뚜껑부재(20)를 관통하여 구비되는 회전축부재(41)가 회전가능하게 구비되고, 상기 회전축부재(41)의 양단에는 각각 손잡이(42) 및 스크류(43)를 구비하여 형성된다.

한편, 상기 용기(10)의 내부 저면에는 카트리지 히터(50)가 구비되어지며, 상기 용기(10)의 내부 일측에는 부력스위치부(60)가 구비된다.

상기 부력스위치부(60)의 구조를 간략하게 설명하면,

도 4는 본 고안에 따른 줄열 실험장치의 부력스위치를 예시한 단면도로서, 상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 용기(10)의 내부 저면에 일단이 고정되어 수직하게 구비되는 수직안내관(61)과, 상기 용기(10)의 내부 저면으로부터 소정 높이의 상기 수직안내관(61)의 내부에는 리드스위치(lead switch)(62)가 구비된다.

또한, 상기 수직안내관(61)상에 끼워져 용기(10)내의 물의 수위에 따라 부력에 의해 승강되는 부구부재(63)가 구비되며, 상기 부구부재(63)내에는 상기 리드스위치(62)를 온/오프시키는 영구자석(64)이 내장되어 있으며, 상기 수직안내관(61)상에는 상기 부구부재(63)의 상승운동을 제한하는 스톱퍼(65)가 형성되는데, 상기 스톱퍼(65)는 상기 부구부재(63)의 영구자석(64)의 자력에 의해 상기 리드스위치(62)를 온(ON)시키는 위치에 상기 부구부재(63)가 정지될 수 있도록 설치되는 구조로 이루어져 있다.

한편, 상기 용기(10)의 하부 외측에 구비된 플랜지부(11)에는 다수의 단자들이 구비되어 있는데, 상기 리드스위치(62)와 연결되는 기본단자(70)와, 상기 카트리지 히터(50)와 연결되는 다수의 저항단자(80)가 구비된다.

상기 저항단자(80)는 카트리지 히터(50)의 자체저항이외에, 별도의 저항소자(81)를 첨가시켜 각기 다른 저항치를 가진 단자로서, 다양한 조건의 실험으로 정확도를 향상시키도록 한 것이다.

즉, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 카트리지 히터(50)가 5Ω의 저항치를 가질 경우, 상기 저항단자(80)와 연결시 별도의 5Ω의 저항소자(81)를 직렬로 연결 하게 되면 총 10Ω의 조건을 가지고 실험을 할 수가 있으며, 상기 5Ω의 저항소자(81)가 첨가되지 않은 저항단자(80)에 전원을 연결하게 되면 카트리지 히터(50)의 자체저항인 총 5Ω의 조건을 가지고 실험을 할 수가 있게 되어 실험의 정확도를 향상시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기 기본단자(70)와 저항단자(80)에 연결되어 상기 카트리지 히터(50)에 전력을 공급시키는 전원(90)으로 DC건전지가 구비된다.

이와 같이 구성된 본 고안은 실험자가 상기 전원인 DC건전지의 양극을 각각 상기 기본단자와 원하는 저항단자를 선택하여 연결하게 된다.

이때, 부력스위치부에 의해 용기내에 물이 소정 높이만큼 채워져 있지 않게 될 경우에는 부구부재의 하강으로 리드 스위치가 오프(OFF)되어 있어 카트리지 히터에는 전원이 공급되지 않게 된다.

그러나, 용기내에 물이 소정 높이만큼 채워져 있을 경우에는 부력스위치부의 부구부재가 부력에 의해 상승하여 상기 리드 스위치를 온(ON)시키게 됨으로 카트리지 히터는 발열하게 된다.

상기 카트리지 히터의 발열로 물이 가열되면 스크류를 회전시켜 물의 대류현상을 도와 물이 전체적으로 온도평형상태를 이루도록 하여 보다 정확한 물의 온도를 측정할 수가 있게 된다.

한편, 실험자는 다양한 저항단자를 선택하여 다양한 저항조건으로 실험해봄으로써, 실험의 정확도를 보다 향상시킬 수가 있게 된다.

앞에서 설명된 본 고안의 일실시예는 본 고안의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 고안의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 고안의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 고안의 보호범위에 속하게 될 것이다.

상술한 바와 같이 본 고안은 줄열 실험장치의 물을 가열하는데 있어 수중용 카트리지 히터의 사용으로 정확하고 안정적인 발열로 물이 가열되고, 용기 내의 내부보온력을 극대화시켜 정확한 실험을 할 수가 있는 효과가 있다.

또한, 실험자의 부주의로 인한 작동으로 용기 내에 물이 없는 경우에 줄열 실험장치가 동작되는 것을 방지하여 상기 카트리지 히터의 과열로 인한 화제의 위험을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 일정 부피의 내부공간을 가지며 상부가 개구된 용기(10)와,

   상기 용기(10)의 개구된 상부를 밀폐하는 뚜껑부재(20)와,

   상기 뚜껑부재(20)에 구비되어 상기 용기(10) 내에 채워지는 물의 온도를 측정하는 온도계(30)와,

   상기 뚜껑부재(20)에 구비되어 상기 용기(10) 내에 채워지는 물을 교반하는 교반기부(40)와,

   상기 용기(10)의 내부 저면에 구비되어 소정 전력을 공급받아 발열하여 상기 용기(10)내에 채워지는 물을 가열하는 카트리지 히터(50)와,

   상기 용기(10)의 내부 일측에 구비되어 상기 용기(10)내의 물의 유무에 따라 상기 카트리지 히터(50)에 공급되는 전력을 온/오프시키는 부력스위치부(60)와,

   상기 부력스위치부(60)에 연결되는 기본단자(70)와,

   상기 카트리지 히터(50)에 연결되는 저항단자(80)와,

   상기 기본단자(70)와 저항단자(80)에 연결되어 상기 카트리지 히터(50)에 전력을 공급하는 전원(90)으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 줄열 실험장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 용기(10) 및 뚜껑부재(20)는 2중벽 구조를 취하고 상기 2중벽의 사이에는 진공상태로 형성하는 것을 특징으로 하는 줄열 실험장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 용기(10)는 투명한 재질을 사용하고 외면에 눈금(13)을 형성하여 저장되는 유체의 량을 확인할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 줄열 실험장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 교반기부(40)는,

   상기 뚜껑부재(20)를 관통하여 회전가능하게 구비되는 회전축부재(41)와,

   상기 회전축부재(41)의 일단에 구비되어 상기 용기(10) 외부로 노출되는 손잡이(42)와,

   상기 회전축부재(41)의 타단에 구비되어 상기 용기(10) 내부에 위치하는 스크류(43)로 구성되는 것을 특징으로 하는 줄열 실험장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 부력스위치부(60)는,

   상기 용기(10)의 내부 저면에 일단이 고정되어 수직하게 구비되는 수직안내관(61)과,

   상기 수직안내관(61)의 내부의 소정 위치에 구비되는 리드스위치(62)와,

   상기 수직안내관(61)상에 끼워져 부력에 의해 승강되는 부구부재(63)와,

   상기 부구부재(63)내에 구비되어 상기 리드스위치(62)를 온/오프시키는 영구자석(64)과,

   상기 수직안내관(61)상에 구비되어 상기 부구부재(63)의 상승을 제한하는 스톱퍼(65)로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 줄열 실험장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 저항단자(80)는,

   서로 다른 저항치를 갖는 저항소자(81)를 각각 연결하여 다수 구비되는 것을 특징으로 하는 줄열 실험장치.

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