PL211089B1 - Przyrząd do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211089 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 385922 ^{(51) Int.Cl.}

G09B 23/00 (2006.01) G09B 23/06 (2006.01) G09B 23/10 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 20.08.2008 (54)

Przyrząd do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	UNIWERSYTET ŁÓDZKI, Łódź, PL
01.03.2010 BUP 05/10	(72) Twórca(y) wynalazku:
	STANISŁAW BEDNAREK, Łódź, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.04.2012 WUP 04/12	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Wojciech Zajączkowski

PL 211 089 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych, mający zastosowanie w pracowniach fizycznych, zwłaszcza studenckich i szkolnych do doświadczeń z nauki o cieple.

Przyrządy do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych znane są z książki Tadeusza Dryńskiego pt. „Doświadczenia pokazowe z fizyki”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w roku 1964. Pierwszy ze znanych przyrzą dów nazywany jest pierś cieniem Gravesanda i składa się z metalowej kuli podwieszonej do uchwytu oraz płytki z otworem o średnicy takiej, jak kula również przymocowanej do uchwytu i wykonanej z takiego samego metalu, co kula. Działanie przyrządu polega na tym. że gdy płytka i kula są zimne, to kula przechodzi przez otwór w płytce. Po ogrzaniu samej kuli jej średnica wzrasta i nie przechodzi ona przez otwór w płytce. Natomiast, po ogrzaniu płytki i kuli do tej samej temperatury kula przechodzi przez otwór w ogrzanej płytce.

Drugi ze znanych przyrządów nazywany dylatometrem składa się z poziomego, metalowego pręta, którego jeden koniec opiera się o nieruchomy ogranicznik, a w pobliżu drugiego, swobodnego końca znajduje się cienka oś sztywno połączona ze wskazówką i mogąca obracać się w wyniku zmiany długości pręta. Działanie przyrządu polega na tym, że po ogrzaniu pręta powoduje on obrót osi i przemieszczenie wskazówki na tle skali proporcjonalne do przyrostu długości pręta.

Trzeci ze znanych przyrządów służy do badania anomalnej rozszerzalności żelaza w zakresie temperatur 750-780°C i składa się z żelaznego drutu rozwieszonego w kształcie rozwartej litery V. Końce tego drutu przymocowane są do nieruchomych słupków, a środek drutu połączony jest z pionową sprężynką i obrotową wskazówką. Drut ogrzewa się do wysokiej temperatury przepuszczając przez niego prąd elektryczny o dużym natężeniu. Rozszerzający lub kurczący się drut powoduje obrót wskazówki w prawo lub w lewo proporcjonalny do zmiany długości drutu.

Z książki Tadeusza Dryń skiego znany jest jeszcze przyrzą d do badania rozszerzalnoś ci ciał stałych zwany bimetalem i składający się z dwóch znitowanych ze sobą pasków wykonanych z metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej. Po ogrzaniu pasków, np. za pomocą płomienia palnika, wyginają się one w kształcie łuku, przy czym pasek wykonany z materiału o większym współczynniku rozszerzalności cieplnej znajduje się po zewnętrznej stronie łuku.

Również z książki Keitha Gibsa pt. „The Resourceful Physics Teacher, 600 Ideas for Creative Teaching”, wydanej przez Institute of Physics Publishing w Bristolu i Filadelfii w 1999 r. znane są przyrządy do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych. Jednym z tych przyrządów jest pierścień Gravesanda znany z książki Tadeusza Dryńskiego. Drugim ze znanych z tej książki przyrządów jest bimetal, złożony z paska mosiężnego i żelaznego, działający podobnie do bimetalu opisanego w książce Tadeusza Dryńskiego.

Także, z opisu sporządzonego przez Thomasa Greenslade i zamieszczonego w czasopiśmie „American Journal of Physics”, tom 76. nr 4 i 5 z 2008 r., znany jest przyrząd do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych, wynaleziony przez Pietera Van Musschenbroecka, nazywany pirometrem lub dylatometrem. Przyrząd ten składa się z poziomego pręta, którego jeden koniec oparty jest na wsporniku i pozostaje nieruchomy. Drugi koniec pręta napiera na krótsze ramię pionowo usytuowanej dźwigni dwustronnej. Dźwignia ta połączona jest z następną dźwignią jednostronną stanowiącą wskazówkę. Po ogrzaniu pręta wywiera on nacisk na dźwignie, powodując przesunięcie wskazówki na tle skali, proporcjonalne do temperatury ogrzania pręta.

Z kolei, w książce Gustawa Gbury i Romualda Subiety pt. „Metodyka eksperymentu fizycznego w szkołach podstawowych”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1975 r. zamieszczone są znane przyrządy do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych. Przyrządy te to pierścień Gravesanda, dylatometr i bimetal. Budowa tych przyrządów i ich działanie są takie samo, jak przyrządów wcześniej opisanych przez Tadeusza Dryńskiego.

Natomiast w książce Stanisława Glucksmana pt. „Technika demonstracji z fizyki”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Krakowie w 1956 r. ujawnione są dwa znane przyrządy do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych. Przyrządami tymi są pierścień Gravesanda i dylatometr prętowy, taki sam, jak opisany przez Thomasa Greenslade w „American Journal of Physics”.

Działanie tych przyrządów jest takie samo, jak wcześniej opisanych.

Ponadto, w książce Juliusza Domańskiego i Bolesława Mazura pt. „Fizyka wokół nas. Doświadczenia pokazowe”, wydanej przez wydawnictwo edukacyjne Respolona w Łodzi w 2001 r., opisany jest drut w kształcie rozwartej litery V, rozpięty na słupach Holtza i połączony pośrodku ze sprężynką

PL 211 089 B1 i wskazówką. Zasada działania tego przyrzą du jest taka sama, jak trzeciego z przyrządów opisanych w książce Tadeusza Dryńskiego. W książce Juliusza Domańskiego i Bolesława Mazura opisany jest jeszcze pierścień Gravesanda i bimetale, z których jeden jest prosty a drugi ma kształt spiralny. Ich działanie jest takie samo, jak wcześniej opisane.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych stanowi wirnik, złożony z piasty osadzonej na poziomej osi. do której przymocowane są radialnie, symetrycznie ustawione bimetale, korzystnie w liczbie ośmiu, złożone ze znitowanych ze sobą pasków blachy wykonanej z metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej, korzystnie stali i miedzi, przy czym oś może obracać się w otworach wsporników, połączonych z podstawą .

Działanie przyrządu do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych według wynalazku polega na tym, że bimetale znajdujące się po jednej stronie piasty ogrzewa się, korzystnie płomieniem palnika gazowego, skutkiem tego ulegają one wygięciu i środki masy bimetali po stronie ogrzanej znajdują się bliżej osi, niż środki masy bimetali po stronie nieogrzanej. W wyniku tego następuje zachwianie równowagi wirnika, który wykonuje obrót w stronę ogrzaną, przez to część ogrzanych bimetali wychodzi z płomienia, a wchodzą do niego bimetale nieogrzane i ulegają następnie ogrzaniu. Proces ten zachodzi w sposób ciągły i jego skutkiem jest obrót wirnika w stronę ogrzaną.

Zaletą przyrządu do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych według wynalazku jest możliwość pokazania dynamicznego skutku rozszerzalności cieplnej, którym jest ruch. Dodatkową zaletą jest prosta konstrukcja i niezawodność działania.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, z których fig. 1 przedstawia widok przyrządu z boku w stanie nieogrzanym, a fig. 2 widok przyrządu z boku w stanie ogrzanym z lewej strony.

Przyrząd do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych według wynalazku stanowi wirnik, złożony z piasty 1 osadzonej na poziomej osi 2, do której przymocowane są radialnie, symetrycznie ustawione bimetale, korzystnie w liczbie ośmiu, złożone ze znitowanych ze sobą pasków blachy wykonanej z metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej, korzystnie ze stali 3 i miedzi 4, przy czym oś może obracać się w otworach wsporników 5 połączonych z podstawą 6.

Działanie przyrządu do badania rozszerzalności ciał stałych według wynalazku polega na tym, że bimetale znajdujące się po jednej stronie piasty ogrzewa się, korzystnie płomieniem palnika gazowego, skutkiem tego ulegają one wygięciu i środki masy bimetali po stronie ogrzanej znajdują się bliżej piasty, niż środki masy bimetali po stronie nieogrzanej. W wyniku tego następuje zachwianie równowagi wirnika, który wykonuje obrót w stronę ogrzaną, przez to część ogrzanych bimetali wychodzi z płomienia, a wchodzą do niego bimetale nieogrzane i ulegają następnie ogrzaniu. Proces ten zachodzi w sposób ciągły i jego skutkiem jest obrót wirnika w stronę ogrzaną.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Przyrząd do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych, znamienny tym, że stanowi wirnik, złożony z piasty (1), osadzonej na poziomej osi (2), do której przymocowane są radialnie, symetrycznie ustawione bimetale, korzystnie w liczbie ośmiu, złożone ze znitowanych ze sobą pasków blachy wykonanej z metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej, korzystnie ze stali (3) i miedzi (4), przy czym oś może obracać się w otworach wsporników (5), połączonych z podstawą (6).