Паровая машина

Заголовок карточки
Паровая машина
Аннотация : Демонстрация модели паровой машины Ньюкомена в действии.
Физика
  • Тепловые машины
Образовательный уровень
  • курс по выбору
Оборудование
Насос воздушный ручной (можно велосипедный); круглодонная огнеурпорная колба емкостью 1 л с пробкой; резиновый шланг с толстыми стенками (можно вакуумный); стеклянная трубка; кран стеклянный двухходовой; плитка газовая (с рассекателем) или электрическая; гиря 1 кг; ведро с водой и ковшик; прихватка; штатив с муфтами и лапками.
Описание опыта :

Из ручного воздушного насоса можно сделать паровой двигатель. Для этого необходим паровой котел. В нашем опыте роль парового котла выполняет колба с кипящей водой. Когда при кипении пар вытеснит из колбы весь воздух, закроем колбу. Начинаем охлаждать пар, поливая колбу водой. Пар конденсируется, и в колбе образуется разрежение (низкое давление). Соединив колбу с насосом, мы создаем разрежение и внутри цилиндра, под поршнем. Поршень втягивается в цилиндр, так как снаружи на него действует атмосферное давление. Разность давлений такова, что поршень может поднять килограммовую гирю. По такой схеме работал один из первых паровых двигателей – паровая машина Ньюкомена, откачивавшая воду из шахт.

Постановка опыта :

Для создания установки нужно рассверлить один из ниппелей (отсасывающий) ручного воздушного насоса для беспрепятственного движения воздуха под поршень. Второй ниппель лучше перекрыть коротким куском шланга с зажимом на конце. Можно использовать велосипедный насос с большим диаметром поршня для создания большего подъемного усилия. Необходимо развернуть в противоположную сторону кожаную манжету на поршне, поскольку насос будет работать на всасывание. Насос закрепляется на штативе в вертикальном положении, шток поршня должен быть направлении вниз. На рукоятку насоса вешаем гирю. К вентилю насоса присоединяем резиновую трубку, на конце которой устанавливаем двухходовой кран. Другой выход крана соединяем с колбой такой же трубкой. В пробку колбы нужно вставить стеклянную трубку, а к ней уже подсоединять шланг. Третий выход крана должен открываться в атмосферу. При отсутствии крана можно подсоединять шланг от колбы напрямую к насосу, однако в этом случае потребуется зажим с винтом для перекрывания шланга на первой стадии опыта. Выходы крана нужно организовать так, чтобы на первой стадии опыта колба была соединена с атмосферой (вытеснение паром воздуха из колбы), а на стадии охлаждения – полностью закупорена. На окончательной стадии кран должен соединить колбу и насос.

Наливаем в колбу горячую воду (чтобы сократить процесс нагревания) и ставим ее на плитку (если используется электроплитка, придется взять круглую колбу с плоским донышком для обеспечения надежного теплового контакта, однако такая колба менее прочная). Доведя воду до кипения, даем ей минуту интенсивно покипеть, чтобы пар вытеснил воздух над водой, и перекрываем кран. Выключаем нагреватель и осторожно переносим колбу к установке. Начинаем охлаждать колбу над ведром или над тазом. Поливая колбу водой, вызываем конденсацию пара, в пространстве колбы возникает разрежение. Заметим, что вода при охлаждении продолжает кипеть. Поворотом крана соединим колбу с насосом – разрежение в колбе создаст под поршнем насоса низкое давление, в результате чего поршень втягивается и поднимает гирю.
Техника безопасности : Следует соблюдать штатные меры безопасности при работе с газом. Дети должны находиться на расстоянии от установки, поскольку при неосторожном обращении с плиткой и кипящей водой можно получить ожег. При переключении крана следует надевать на руки рукавицы-прихватки. При охлаждении колбы есть опасность разрушения колбы атмосферным давлением (менее прочны плоскодонные колбы), поэтому лучше держать колбу рукавицами.
NE2857C1B340E4C5A8D8627D86595D56F