科學模型小製作 特簡蒸汽機的做法圖解
近代比較像樣的蒸汽機,可以從17世紀晚期湯姆士、塞維利(ThomasSavery)設計的蒸汽機談起。起初的這具蒸汽機,利用封閉容器中的水蒸汽,將煤礦中的積水排出,接着冷卻該封閉容器,在容器中形成低壓狀態,以便再度使礦坑中的積水進入該容器中,重複這樣的過程就能發揮抽水的功能。
1712年湯姆士、紐科門(ThomasNewcomen)改進了塞維利的設計,利用壓力較大的蒸汽推動汽缸中的活塞,接着冷卻汽缸,形成低壓的狀態而推回活塞,這活塞再經過連桿拉動抽水裝置,可以抽出更深的礦井積水。
紐科門蒸汽機可以説得上是瓦特蒸汽機的前身。1763年瓦特在格拉斯古大學(GlasgowUniversity)修理紐科門蒸汽機,發現了紐科門蒸汽機有許多缺點。瓦特首先將冷卻蒸汽的過程改放在另外的冷凝器中進行,大大提高了使用熱能的效率,並在往後三十年間持續改良蒸汽機,發展出有曲柄、飛輪的往復式蒸汽機。
往復式蒸汽機構造精巧,運轉時各部零件一起連動,力與美的結合相當引人入勝。在課堂上演示一具主要活動零件(包括活塞、氣閥等)均可透視的透明蒸汽機
(1)內直6cm,長12cm的玻璃管一支。
(2)厚約2mm的壓克力板一片。
(3)硅膠管(軟的管子即可)。
(4)軸承(培林)兩個,內徑4mm。
(5)木板二塊,木條若干支。
(6)直徑4mm、2mm的木杆若干支。
(7)厚紙一片。
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將厚紙剪成直徑恰略小於玻璃管內徑的圓片,此圓片即作為活塞。可想而知,此圓片不可能完全密封玻璃管,但只要大致能與玻璃管內徑一致,且可於玻璃管中輕易滑動即可。圓片中心鑽一個直徑4mm的小孔。在另一小片木板上鑽一直徑4mm的小孔,藉由此小片木板,將圓厚紙活塞與直徑4mm木杆製成的連桿
再用兩片木板製作此玻璃管汽缸的支架,其中之一鑽一個直徑4.5mm的小孔,並在旁邊鑽一個直徑13mm的小孔;另一片則鑽一個直徑13mm的小孔即可,先將紙活塞和木連桿放在玻璃汽缸中,讓木連桿從木板支架上4mm直徑的孔伸出,再用AB膠,將玻璃管與木材支架密接,於是把紙活塞密封在玻璃管汽缸中。將木板支架用AB膠黏在木板底座上,直徑4mm的連桿從木支架上的孔穿出後,要再立一個直立於底座的小支架,此小支架上端有一個直徑約4.5mm的孔,可容納連桿的另一端
分流盒的構造如
參見
丙、音叉狀連桿:
緊接着,須製作兩音叉狀連桿,如圖8所示。為減輕重量此兩支音叉狀連桿上可多鑽些孔。這兩支音叉狀連桿,藉着如圖9所示的木質簡易軸承和直徑2mm的木質插鞘,分別連接活塞的連桿和口字形木框的連桿。
見
操作時。只要打開吸塵器,用吸塵器的吸管“吸”分流盒的下半部三個孔的中間孔(出口),空氣立即由分流盒的另一側上半部單孔(進口)進入蒸汽機(參見
相較於普通物理學中其他分支,熱學的實驗較少,這具蒸汽機除了散發出懷舊的古老味之外,也有助於在工業革命的反思中,演示熱學的核心主題。要放大這具蒸汽機的尺寸、增加它的透明度均非難事,把玩製作之間樂趣無窮。
特簡蒸汽機全貌
特簡蒸汽機局部一
特簡蒸汽機局部二
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