冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法

摘要

一种冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法，由观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑的均匀性、观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法步骤组成。采用发散激光束透过透明水槽内混合中的冷水与热水，在光屏上投射形成的圆形光斑，数十倍地放大了激光束透过区域冷水与热水的热平衡过程图景，使冷水与热水混合热平衡过程可目视观察，微量、小温差的冷水与热水混合过程也能清晰显示。同时，通过增大光屏与水槽之间的距离，改变圆形光斑的大小，更适合于课堂演示实验。本发明采用对比实验方法，在学生没有相关背景知识的情况下，同样能快速理解冷水与热水混合热交换过程的科学性、准确性和实时性。

主权项

一种冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法，其特征在于它是由下述步骤组成：(1)观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑的均匀性1)在容积长×宽×高为10×1.5×10cm³的透明水槽(2)中加入100ml、90℃的蒸馏水，在透明水槽(2)的左侧壁外用发散角为10°～20°、中心线与透明水槽(2)左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽(2)内的蒸馏水，投射在透明水槽(2)右侧壁外侧的光屏(3)上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏(3)上形成圆形光斑的均匀性；2)按照步骤1)的方法，在透明水槽(2)中加入100ml、25℃的蒸馏水，在透明水槽(2)的左侧壁外用发散角为10°～20°、中心线与透明水槽(2)左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽(2)内的蒸馏水，投射在透明水槽(2)右侧壁外侧的光屏(3)上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏(3)上形成圆形光斑的均匀性；3)在装100ml、25℃的蒸馏水的透明水槽(2)中，一次加入30ml相同温度的蒸馏水，同步观察发散角为10°～20°的发散激光束，透过透明水槽(2)投射在光屏(3)上圆形光斑的均匀性是否改变；4)转动半导体激光器1，使出射发散角为10°～20°的发散激光束从不同方向、不同位置透过透明水槽(2)，在光屏(3)上观察圆形光斑的均匀性；5)根据步骤1)、2)、3)、4)，确立光屏(3)上圆形光斑的均匀性与透明水槽(2)内蒸馏水温度分布均匀程度的对应性；(2)观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法1)在透明水槽(2)内25℃、100ml的蒸馏水中，一次加入40ml、90℃的蒸馏水并开始计时，在自然混合情况下，观察发散角为10°～20°的发散激光束透过透明水槽(2)投射在光屏(3)上，圆形光斑中出现的网状亮线到网状亮线逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间；2)按照步骤1)的方法，在透明水槽(2)内40ml、90℃的蒸馏水中一次加入25℃、100ml的蒸馏水并开始计时，自然混合，观察光屏(3)上圆形光斑中网状亮线的出现到逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间；比较步骤1)、2)中透明水槽(2)内两种不同温度蒸馏水混合热平衡时间。