KR200467999Y1 - 열에 의한 액체의 부피변화 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열에 의한 액체의 부피변화 실험장치에 관한 것으로서, 교육용으로 학생들이 다양한 액체가 열에 의하여 부피가 변하는 정도를 용이하게 비교하고 육안으로 확인할 수 있도록 하기 위하여 개발된 것으로, 판 형상을 가지고 수평으로 위치하는 베이스 판넬과; 상기 베이스 판넬의 상면에 알콜램프를 하부에 위치할 수 있도록 하고 상부에는 저면이 평면인 물체를 올릴 수 있도록 형성되는 삼발이와; 상면이 개방되고 투명한 유리로 이루어져 물이 채워지고 상기 삼발이의 상면에 장착되는 중탕용 용기와; 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가지고 내부에는 색소를 함유한 실험용 액체가 채워지며 상부로는 내부를 밀봉하는 마개를 구비하고 상기 중탕용 용기에 삽입되어지는 액체 저장용기와; 하부는 상기 마개를 관통하여 액체 저장용기의 내측 하부로 연장되고, 상부는 밸브가 형성되고 상단은 연질의 고무관이 장착되는 주입관과; 하단은 상기 마개를 관통하여 액체 저장용기의 내측 상단에 위치하고, 그 상부로는 수직 상부로 연장된 후 상하로 두 회 이상 절곡되는 경로를 거쳐 최종 끝단은 상 방향으로 연장되며, 상 방향으로 연장되는 최종 끝단은 길이 방향으로 눈금이 형성된 표시부가 형성되는 투명한 관찰관과; 상기 베이스 판넬에 수직으로 입설되어 상기 액체 저장용기의 상부에 맞물려 고정되어 상기 액체 저장용기의 하단이 상기 중탕용 용기의 바닥면과 이격되도록 고정하는 제1 고정 클램프와, 상기 관찰관을 고정하는 하나 이상의 제2 고정 클램프가 장착되는 스탠드로 구성됨을 특징으로 하는 열에 의한 액체의 부피변화 실험장치에 관한 것이다.

Description

열에 의한 액체의 부피변화 실험장치{The liquid's volume testing equipment by temperature}

본 고안은 열에 의한 액체의 부피변화 실험장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 교육용으로 학생들이 다양한 액체가 열에 의하여 부피가 변하는 정도를 용이하게 비교하고 육안으로 확인할 수 있도록 하기 위하여 개발된 열에 의한 고체의 부피변화 실험장치에 관한 것이다.

고체와 액체 그리고 기체는 열의 변화에 따라 부피가 변화하는 성질을 가지고 있으며 특수한 경우를 제외하고 가열되면 부피가 팽창하고 냉각되면 부피가 수축하는 것이 일반적이다.

이러한 물리적 성질은 보통 초등학교 교육과정에서 가르치고 있으며 비교적 어린 나이의 학생들에게 다양한 일 예를 토대로 이해가 쉽도록 교육하고 있다.

고체의 경우 철로나 다리의 이음 부분의 틈이 계절에 따라 변화하는 것이나 젓본대의 전선줄이 여름에는 늘어지고 겨울에는 팽팽해지는 것 등의 일상에서 볼 수 있는 것을 예로 설명하는 것이 일반적이며 기체의 경우에는 풍선과 같은 것으로 쉽게 설명할 수 있는 편이다.

하지만 액체의 경우 학생들에게는 눈으로 확인하여 이해를 높일 수 있도록 할 수 있는 교육용 부재가 없으며 온도에 따른 변화를 보이는 것이 아니라 단순 개념만을 제시하는 것이라는 것에 문제점이 있었다.

(특허 문헌 1) 대한민국특허등록 제10-0766103-0000호 (2007년10월04일) (특허 문헌 2) 대한민국실용신안등록 제20-0453496-0000호 (2011년04월28일)

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 어린 학생들에게 온도에 따라 각각의 액체가 어떻게 평창 또는 수축하는지 육안으로 용이하게 확인하고 이해할 수 있도록 하는 열에 의한 액체의 부피변화 실험장치를 개발하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 판 형상을 가지고 수평으로 위치하는 베이스 판넬과; 상기 베이스 판넬의 상면에 알콜램프를 하부에 위치할 수 있도록 하고 상부에는 저면이 평면인 물체를 올릴 수 있도록 형성되는 삼발이와; 상면이 개방되고 투명한 유리로 이루어져 물이 채워지고 상기 삼발이의 상면에 장착되는 중탕용 용기와; 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가지고 내부에는 색소를 함유한 실험용 액체가 채워지며 상부로는 내부를 밀봉하는 마개를 구비하고 상기 중탕용 용기에 삽입되어지는 액체 저장용기와; 하부는 상기 마개를 관통하여 액체 저장용기의 내측 하부로 연장되고, 상부는 밸브가 형성되고 상단은 연질의 고무관이 장착되는 주입관과; 하단은 상기 마개를 관통하여 액체 저장용기의 내측 상단에 위치하고, 그 상부로는 수직 상부로 연장된 후 상하로 두 회 이상 절곡되는 경로를 거쳐 최종 끝단은 상 방향으로 연장되며, 상 방향으로 연장되는 최종 끝단은 길이 방향으로 눈금이 형성된 표시부가 형성되는 투명한 관찰관과; 상기 베이스 판넬에 수직으로 입설되어 상기 액체 저장용기의 상부에 맞물려 고정되어 상기 액체 저장용기의 하단이 상기 중탕용 용기의 바닥면과 이격되도록 고정하는 제1 고정 클램프와, 상기 관찰관을 고정하는 하나 이상의 제2 고정 클램프가 장착되는 스탠드로 구성됨을 특징으로 한다.

아울러, 상기 중탕용 용기에는 2개의 액체 저장용기 및 주입관과 관찰관이 하나 이상의 스탠드에 의하여 좌우방향으로 대칭되게 장착되고, 상기 액체 저장용기는 각각 다른 종류의 액체가 채워짐을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 고안은 액체를 용이하게 충전 용기에 충전하고 내부의 잔여 공기를 제거한 후 순수한 실험하고자 하는 액체만이 충전된 상태에서 열에 의하여 부피가 변화하는 것을 연결된 투명관에서의 수위 변화에 따라 육안으로 보다 확연하게 구분할 수 있어 열에 따른 액체의 물리적 변화를 용이하게 확인하고 액체의 종류에 따른 열팽창계수의 차이에 대한 이해를 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시 예에 따른 개념도
도 2는 본 고안의 일 실시 예에 따른 액체 주입과정을 나타낸 개념도
도 3은 본 고안의 일 실시 예에 따른 가열과정을 나타낸 사용상태도
도 4는 본 고안의 일 실시 예에 따른 냉각과정을 나타낸 사용상태도
도 5는 본 고안의 다른 실시 예에 따른 개념도

이에 본 고안의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 일 실시 예에 따른 개념도이고, 도 2는 본 고안의 일 실시 예에 따른 액체 주입과정을 나타낸 개념도이며, 도 3은 본 고안의 일 실시 예에 따른 가열과정을 나타낸 사용상태도이고, 도 4는 본 고안의 일 실시 예에 따른 냉각과정을 나타낸 사용상태도로서, 판 형상을 가지고 수평으로 위치하는 베이스 판넬(1)과;

상기 베이스 판넬(1)의 상면에 알콜램프(21)를 하부에 위치할 수 있도록 하고 상부에는 저면이 평면인 물체를 올릴 수 있도록 형성되는 삼발이(2)와;

상면이 개방되고 투명한 유리로 이루어져 물이 채워지고 상기 삼발이(2)의 상면에 장착되는 중탕용 용기(3)를 구비하여 상기 중탕용 용기(3)를 가열할 수 있도록 하였으며, 상황에 따라 상기 중탕용 용기(3)에 얼음을 넣으면 냉각의 효과도 얻을 수 있게 된다.

이러한 중탕용 용기(3)에는 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가지고 내부에는 색소를 함유한 실험용 액체가 채워지며 상부로는 내부를 밀봉하는 마개(41)를 구비하고 상기 중탕용 용기(3)에 삽입되어지는 액체 저장용기(4)와;

하부는 상기 마개(41)를 관통하여 액체 저장용기(4)의 내측 하부로 연장되고, 상부는 밸브(51)가 형성되고 상단은 연질의 고무관(52)이 장착되는 주입관(5)과;

하단은 상기 마개(41)를 관통하여 액체 저장용기(4)의 내측 상단에 위치하고, 그 상부로는 수직 상부로 연장된 후 상하로 두 회 이상 절곡되는 경로를 거쳐 최종 끝단은 상 방향으로 연장되며, 상 방향으로 연장되는 최종 끝단은 길이 방향으로 눈금이 형성된 표시부(61)가 형성되는 투명한 관찰관(6)이;

상기 베이스 판넬(1)에 수직으로 입설되어 상기 액체 저장용기(4)의 상부에 맞물려 고정되어 상기 액체 저장용기(4)의 하단이 상기 중탕용 용기(3)의 바닥면과 이격되도록 고정하는 제1 고정 클램프(71)와, 상기 관찰관(6)을 고정하는 하나 이상의 제2 고정 클램프(72)가 장착되는 스탠드(7)에 의하여 고정 장착되게 된다.

먼저 액체 저장용기(4)에는 부피 변화를 실험할 액체가 충전되는 것이며 직접 가열하는 방식이 아닌 중탕용 용기(3)를 구비하는 것은 직접 가열에 따른 내부에서 기포가 발생하여 정확한 비교를 할 수 없을 경우를 방지하기 위한 것이며, 가열과 냉각에 따라 취성이 급격히 높아지는 유리의 특성에 따라 용기가 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.

실험자는 상기 액체 저장용기(4)에 실험하고자 하는 액체를 어느 정도 채운 후 주입관(5)과 관찰관(6)이 장착된 마개(41)를 막고 스탠드(7)에 고정 설치 한 후 스포이드나 주사기 등을 이용하여 끝단을 고무관(52)에 끼워 넣고 액체를 보충 충전하면서 액체가 관찰관(6)의 표시부(61) 일정 위치에 도달할 때까지 주입한 후 밸브(51)를 잠근다.

이후 중탕용 용기(3)를 알콜램프(21)를 이용하여 가열하게 되면 내부의 물은 다시 액체 저장용기(4)를 가열 내부의 피실험 액체가 가열되면서 온도 상승에 따라 부피가 팽창하게 되고 이에 따라 관찰관(6)의 가는 관로에서는 확연하게 수위가 높아지는 것을 확인할 수 있게 되며, 반대의 경우에는 중탕용 용기(3)에 얼음을 넣거나 냉수를 넣도록 하여 냉각되면서 수위가 내려가는 것을 용이하게 관찰할 수 있게 되는 것이다.

이러한 방법으로 주위에서 쉽게 얻을 수 있으며 비교적 안전한 물, 알콜, 기름 등의 열에 의한 부피변화를 관찰할 수 있게 되며 더욱이 중탕의 방법을 이용하도록 하여 발화점이 낮은 알콜과 같은 경우에도 화재의 위험을 줄이면서 용이하게 관찰할 수 있게 된다.

또한 사용자가 수위의 변화를 쉽게 인지할 수 있도록 하기 위하여 액체에 색소를 첨가하고, 상기 표시부(61) 및 그 주위의 배경을 흰색이 되도록 하여 관찰이 보다 용이하도록 함이 바람직하다.

도 5는 본 고안의 다른 실시 예에 따른 개념도로서, 상기 중탕용 용기(3)에는 2개의 액체 저장용기(4) 및 주입관(5)과 관찰관(6)이 하나 이상의 스탠드(7)에 의하여 좌우방향으로 대칭되게 장착되고, 상기 액체 저장용기(4)는 각각 다른 종류의 액체가 채워짐을 특징으로 하는 실시 예를 제시하였다.

먼저 본원은 정확한 액체의 열팽창계수를 측정하기 위한 용도가 아니라 액체가 열에 의하여 부피가 팽창하는 것을 육안으로 확인하기 위한 것이므로 정밀한 온도의 측정과 변한 부피의 측정은 이루어지지 않는다.

하지만 서로 다른 액체를 비교하기 위해서는 동일한 조건에서 실험을 동시에 진행할 수 있는 조건이면 상대적인 비교가 용이하게 되며 본원은 동일한 중탕용 용기(3)에 의하여 가열되어 양측 액체 저장용기(4)의 온도 변화는 거의 동일하게 이루어지게 되며 동일한 시간에 두 개를 동시에 비교할 수 있게 된다.

따라서 학생들에게는 서로 다른 액체의 특성을 보다 용이하게 이해할 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

1 : 베이스 판넬
2 : 삼발이
21 : 알콜램프
3 : 중탕용 용기
4 : 액체 저장용기
41 : 마개
5 : 주입관
51 : 밸브 52 : 고무관
6 : 관찰관
61 : 표시부
7 : 스탠드
71 : 제1 고정 클램프 72 : 제2 고정 클램프

Claims (2)

1. 판 형상을 가지고 수평으로 위치하는 베이스 판넬(1)과;
   상기 베이스 판넬(1)의 상면에 알콜램프(21)를 하부에 위치할 수 있도록 하고 상부에는 저면이 평면인 물체를 올릴 수 있도록 형성되는 삼발이(2)와;
   상면이 개방되고 투명한 유리로 이루어져 물이 채워지고 상기 삼발이(2)의 상면에 장착되는 중탕용 용기(3)와;
   상부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가지고 내부에는 색소를 함유한 실험용 액체가 채워지며 상부로는 내부를 밀봉하는 마개(41)를 구비하고 상기 중탕용 용기(3)에 삽입되어지는 액체 저장용기(4)와;
   하부는 상기 마개(41)를 관통하여 액체 저장용기(4)의 내측 하부로 연장되고, 상부는 밸브(51)가 형성되고 상단은 연질의 고무관(52)이 장착되는 주입관(5)과;
   하단은 상기 마개(41)를 관통하여 액체 저장용기(4)의 내측 상단에 위치하고, 그 상부로는 수직 상부로 연장된 후 상하로 두 회 이상 절곡되는 경로를 거쳐 최종 끝단은 상 방향으로 연장되며, 상 방향으로 연장되는 최종 끝단은 길이 방향으로 눈금이 형성된 표시부(61)가 형성되는 투명한 관찰관(6)과;
   상기 베이스 판넬(1)에 수직으로 입설되어 상기 액체 저장용기(4)의 상부에 맞물려 고정되어 상기 액체 저장용기(4)의 하단이 상기 중탕용 용기(3)의 바닥면과 이격되도록 고정하는 제1 고정 클램프(71)와, 상기 관찰관(6)을 고정하는 하나 이상의 제2 고정 클램프(72)가 장착되는 스탠드(7)로 구성됨을 특징으로 하는 열에 의한 액체의 부피변화 실험장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 중탕용 용기(3)에는 2개의 액체 저장용기(4) 및 주입관(5)과 관찰관(6)이 하나 이상의 스탠드(7)에 의하여 좌우방향으로 대칭되게 장착되고, 상기 액체 저장용기(4)는 각각 다른 종류의 액체가 채워짐을 특징으로 하는 열에 의한 액체의 부피변화 실험장치.

Images