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多功能离心机的制作

 离心机示例
如图1、图2所示,本教具主要由A、两块用膨胀螺丝连接的木板B、转动电机C、风扇叶及隔热片D、石英管加热器E、钻孔的易拉罐F、电机三相插头及加热管插头G、一些螺丝、螺母、防震垫片、耐高温导线组成。
 
(一)离心机的支架
两块32cm×25cm木板,四个角分别钻一个孔,孔大小以膨胀螺丝大小为准。上方木板中间挖成镂空圆形,大小以风扇大小为准,以便电机和风扇穿过。用膨胀螺丝连接两块木板,组成离心机的外部支架。另外,下方木板底部膨胀螺丝的头部用哥俩好使其与防震垫片粘连。
 
(二)转动装置
采用单相罩极异步电机,具有小巧美观,结构紧凑,维护简单,起动转矩较小,噪音低,振动小的优势。在转动电机上安装风扇叶以及隔热片,防止石英管加热时电机过热,同时当离心机应用为“棉花糖机”时,可以将糖丝向上吹。
(三)加热装置
制作棉花糖机时,采用石英加热管,将其用绝缘胶带粘在上方木板上,便于拆卸。石英加热管的温度能达到1200℃。必须采用绝热导线与三相插头进行连接。
(四)顶部装置
装置①:将易拉罐侧面靠下方钻两或三排小孔,在下方距底部5em处用电锯割开成两半,取易拉罐的下半部分。在上方每隔2em剪开深约2em豁口,向内翻折,防止转动时罐内部物质从顶部飞出。在易拉罐底部中心位置打孔,将螺丝插入。完成后图3所示。
装置②:同样在易拉罐下方距底部5em处用电锯割开成两半,取下半部分,易拉罐底部两侧对称钻开两个孔,大小以试管大小为准,实验时方便试管的插入。易拉罐底部中心位置打孔,将螺丝插入。完成后如图4所示。
离心机结构示例
(五)装置优势
1.小巧美观,便携带
2.易于操作,元器件可视化,原理直观,符合课程设定,方便拆卸讲解
3.噪音小,稳定,可观赏性强
4.可拓展应用,开拓学生思路
三、实验演示及原理
(一)脱水机的演示
顶部采用装置①,把易拉罐底部螺丝与转动电机连接,无须加热装置,还需要一个底部掏空的塑料盆,用小磁钢使盆与木板连接,组成一个罩,防止水花飞溅。将一块湿布放在易拉罐中,开启转动电机,水从小罐侧面小孑L飞出,可听到水打到盆的“哗哗”声。关闭电机后取出布,布相较之前的状态变干,装置达到脱水机的效果。这是由于布上的水在高速旋转的小罐中产生离心现象,与布脱离,通过罐上的孔向外飞出,盆中会有很多被甩出的水。
(二)棉花糖机的演示
顶部采用装置①,把易拉罐底部螺丝与转动电机连接,需要加热装置,同样需要放置底部掏空塑料盆。先在罐内加入白砂糖,打开加热管预热两分钟预热,使砂糖融化成糖浆。然后关闭加热管,打开转动电机,可看到棉花糖丝飞出,用木棒或塑料棒将棉花糖卷出。由于糖浆被加热时香味四溢,学生跃跃欲试,开启转动电机后,糖浆在高速旋转的小罐中做离心运动,贴到小罐外壁,通过小罐外壁的细孔飞出,由于孔的直径很小,糖浆飞出瞬问遇到冷空气凝结成丝状物体,此时,使木棒在盆内环绕,便可得到一串松软的棉花糖。本
制作在研究文献和其它制作棉花糖机方法的基础上,进一步改进了以下问题:
1.改进了偏心问题,防止产生剧烈摇晃;
2.改进了出糖罐与中心轴不易连接的问题。可以保证出糖罐与转机同时转动
3.采用石英加热管,温度稳定,改善由于使用酒精灯导致的加热问题
4.防止由于使用酒精灯产生的危险性问题
(三)离心分离机的演示
离心机结构示例
顶部采用装置②,把易拉罐底部螺丝与转动电机连接,无须加热装置。在两孔内对称插入两个装有浑浊液的试管,如图5所示,在图中黑点部分用热熔胶将试管与易拉罐进行固定。开启转动电机,2分钟左右后关闭,取出试管,可以观察到试管内的溶液和沉淀明显分层。这是由于离心现象,使溶液和沉淀能够快速分离。
 
四、实验注意事项
1.易拉罐钻孔采用lmm钻头,孔过大会使糖浆直接飞出,而不能凝固成丝状。
2.石英加热管所能加热温度为1200~C左右,故导线采用耐高温导线连接,否则图5导线将被烧断,将石英加热管外侧金属壳接地,防止漏电。
3.风扇扇叶非必须添加。如若添加需在扇叶轴处加一层隔热垫片,添加风扇叶有利于棉花糖丝向上飞,但由于演示实验时间较短,不添加影响较小。
4.经多次测验,转动电机速度为600—800rad/s,适宜棉花糖出丝并且装置抖动较小。
5.偏心问题。偏心会导致易拉罐转动不稳定,易拉罐底部需提前测量中心,画出圆圈,尽量保证在圆心正中部位,避免偏心。