科学模型小制作 特简蒸汽机的做法图解
近代比较像样的蒸汽机,可以从17世纪晚期汤姆士、塞维利(ThomasSavery)设计的蒸汽机谈起。起初的这具蒸汽机,利用封闭容器中的水蒸汽,将煤矿中的积水排出,接着冷却该封闭容器,在容器中形成低压状态,以便再度使矿坑中的积水进入该容器中,重复这样的过程就能发挥抽水的功能。
1712年汤姆士、纽科门(ThomasNewcomen)改进了塞维利的设计,利用压力较大的蒸汽推动汽缸中的活塞,接着冷却汽缸,形成低压的状态而推回活塞,这活塞再经过连杆拉动抽水装置,可以抽出更深的矿井积水。
纽科门蒸汽机可以说得上是瓦特蒸汽机的前身。1763年瓦特在格拉斯古大学(GlasgowUniversity)修理纽科门蒸汽机,发现了纽科门蒸汽机有许多缺点。瓦特首先将冷却蒸汽的过程改放在另外的冷凝器中进行,大大提高了使用热能的效率,并在往后三十年间持续改良蒸汽机,发展出有曲柄、飞轮的往复式蒸汽机。
往复式蒸汽机构造精巧,运转时各部零件一起连动,力与美的结合相当引人入胜。在课堂上演示一具主要活动零件(包括活塞、气阀等)均可透视的透明蒸汽机
(1)内直6cm,长12cm的玻璃管一支。
(2)厚约2mm的压克力板一片。
(3)硅胶管(软的管子即可)。
(4)轴承(培林)两个,内径4mm。
(5)木板二块,木条若干支。
(6)直径4mm、2mm的木杆若干支。
(7)厚纸一片。
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将厚纸剪成直径恰略小于玻璃管内径的圆片,此圆片即作为活塞。可想而知,此圆片不可能完全密封玻璃管,但只要大致能与玻璃管内径一致,且可于玻璃管中轻易滑动即可。圆片中心钻一个直径4mm的小孔。在另一小片木板上钻一直径4mm的小孔,藉由此小片木板,将圆厚纸活塞与直径4mm木杆制成的连杆
再用两片木板制作此玻璃管汽缸的支架,其中之一钻一个直径4.5mm的小孔,并在旁边钻一个直径13mm的小孔;另一片则钻一个直径13mm的小孔即可,先将纸活塞和木连杆放在玻璃汽缸中,让木连杆从木板支架上4mm直径的孔伸出,再用AB胶,将玻璃管与木材支架密接,于是把纸活塞密封在玻璃管汽缸中。将木板支架用AB胶黏在木板底座上,直径4mm的连杆从木支架上的孔穿出后,要再立一个直立于底座的小支架,此小支架上端有一个直径约4.5mm的孔,可容纳连杆的另一端
分流盒的构造如
参见
丙、音叉状连杆:
紧接着,须制作两音叉状连杆,如图8所示。为减轻重量此两支音叉状连杆上可多钻些孔。这两支音叉状连杆,借着如图9所示的木质简易轴承和直径2mm的木质插鞘,分别连接活塞的连杆和口字形木框的连杆。
见
操作时。只要打开吸尘器,用吸尘器的吸管“吸”分流盒的下半部三个孔的中间孔(出口),空气立即由分流盒的另一侧上半部单孔(进口)进入蒸汽机(参见
相较于普通物理学中其他分支,热学的实验较少,这具蒸汽机除了散发出怀旧的古老味之外,也有助于在工业革命的反思中,演示热学的核心主题。要放大这具蒸汽机的尺寸、增加它的透明度均非难事,把玩制作之间乐趣无穷。
特简蒸汽机全貌
特简蒸汽机局部一
特简蒸汽机局部二
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