專利名稱：一種聲致冷演示儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種聲致冷演示儀器，屬于物理學(xué)教學(xué)和物理學(xué)科研實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聲致冷現(xiàn)象是近代聲學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。在一定條件下，處于流體聲場中的固體材料上，局部可以產(chǎn)生降溫現(xiàn)象，這是聲致冷效應(yīng)。利用聲致冷效應(yīng)可以制造聲制冷機(jī)，目前許多國家都在積極研究聲制冷機(jī)。S.L Garrett等人于1992年在北京召開的第14屆國際聲學(xué)會(huì)議上公布了一種用于美國的宇航船上的聲制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)，參見“S.L Garrett，TJ Hofler，DLGardner.Thermoacoustic Refrigeration Research at Nps.14TH ICA，A4-1，Beijing，1992.”。聲制冷機(jī)有許多特點(diǎn)，如不用氟利昂、噪聲低和無移動(dòng)部件等，因此，聲制冷機(jī)具有保護(hù)環(huán)境、使用壽命長和振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。聲制冷具有重要的應(yīng)用前景，但是實(shí)用的聲制冷機(jī)無法直觀地演示聲致冷的效果以及進(jìn)一步研究聲制冷現(xiàn)象。
近年來，聲致冷已經(jīng)作為聲學(xué)的前沿內(nèi)容在本科生和研究生的專業(yè)課中講授，如何在教學(xué)和科研中使學(xué)生和科研人員進(jìn)一步的理解和直觀的觀察到聲制冷現(xiàn)象，同時(shí)進(jìn)一步研究聲強(qiáng)對熱聲效應(yīng)的影響，研究聲熱轉(zhuǎn)換器在駐波聲場中的位置對聲致冷效應(yīng)的影響以及研究不同氣體對聲致冷效應(yīng)的影響等，是教學(xué)和科研工作中亟待解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的和任務(wù)是為教學(xué)和科研人員提供一種聲致冷演示儀器，該儀器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且可以直觀的觀察到聲制冷效果，并為進(jìn)一步研究聲制冷現(xiàn)象提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種聲致冷演示儀器，其特征在于該演示儀器主要包括電信號源，由音箱和揚(yáng)聲器組成的聲源，聲熱轉(zhuǎn)換器，駐波管及設(shè)置在駐波管后面的共振腔，所述的音箱、駐波管和共振腔三個(gè)部件連成一體形成一個(gè)密封的駐波系統(tǒng)空間；所述的駐波管采用透明材料制成；所述聲熱轉(zhuǎn)換器設(shè)置在駐波管內(nèi)，距揚(yáng)聲器的距離為波長的14％～16％，其長度為波長的6％～8％，在聲熱轉(zhuǎn)換器兩端粘有液晶溫度顯示條。
本實(shí)用新型中所述的聲熱轉(zhuǎn)換器采用多孔陶瓷做成，孔的形狀是矩形。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性進(jìn)步本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以直觀地聽到聲音并且看到在聲波的作用下聲熱轉(zhuǎn)換器的兩端溫度發(fā)生的變化；使學(xué)生和科研人員對聲致冷現(xiàn)象有直接的感性認(rèn)識；而且還可以對以下幾方面的問題進(jìn)行研究①研究聲強(qiáng)對熱聲效應(yīng)的影響；改變輸入電壓可以改變揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波的聲強(qiáng)，利用聲致冷演示儀可以看到不同聲強(qiáng)條件下聲熱轉(zhuǎn)換器上產(chǎn)生的溫差不同。②研究聲熱轉(zhuǎn)換器在駐波聲場中位置對聲致冷效應(yīng)的影響。③在音箱、駐波管和共振腔密封的條件下，可以研究不同氣體對聲致冷效應(yīng)的影響。


圖1為本實(shí)用新型提供的聲致冷演示儀器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中1-電信號源；2-音箱；3-揚(yáng)聲器；4-導(dǎo)線；5-駐波管；6-共振腔；7-聲熱轉(zhuǎn)換器；8-液晶顯示紙條；9-消聲墊。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、工作過程及最佳實(shí)施方式。
本實(shí)用新型提供的聲致冷演示儀器主要包括電信號源1、聲源、駐波管5、共振腔6、聲熱轉(zhuǎn)換器7。聲源是由電動(dòng)揚(yáng)聲器3和音箱2組成，揚(yáng)聲器3通過導(dǎo)線4與電信號源1連接。電信號源1可以提供至少200瓦功率的單頻正弦電信號，頻率范圍從100赫茲到1000赫茲。駐波管5是用透明的材料做成(如有機(jī)玻璃或普通玻璃)，駐波管長度大約為四分之一波長。聲熱轉(zhuǎn)換器7是用多孔陶瓷做成，孔的形狀是矩形。音箱2、駐波管5和共振腔6這三個(gè)部件是連成一體形成一個(gè)密封的駐波系統(tǒng)空間。聲熱轉(zhuǎn)換器7設(shè)置在駐波管內(nèi)，長度為波長的6％～8％，其安裝位置為聲熱轉(zhuǎn)換器距揚(yáng)聲器的距離為波長的14％～16％處，聲熱轉(zhuǎn)換器與駐波管是緊密配合。聲熱轉(zhuǎn)換器兩端粘有液晶溫度顯示條8。
使用時(shí)，將電信號源的頻率調(diào)至駐波系統(tǒng)的共振頻率處，再將電壓逐漸升高。此時(shí)揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲波在駐波系統(tǒng)空間中形成一個(gè)駐波。在聲波的作用下，聲熱轉(zhuǎn)換器通過孔的表面與空氣發(fā)生熱交換；并且在孔表面處的熱量，通過空氣中的聲振蕩從遠(yuǎn)離揚(yáng)聲器一端傳送到另一端，因此可以從聲熱轉(zhuǎn)換器兩端的液晶溫度顯示條8上觀察到溫度的變化?？拷鼡P(yáng)聲器一端溫度逐漸升高，而另一端溫度逐漸降低。
用該聲致冷演示儀可以研究以下三個(gè)方面的內(nèi)容①研究聲強(qiáng)對熱聲效應(yīng)的影響；增加電信號源的電壓可以加強(qiáng)揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波的聲強(qiáng)，利用聲致冷演示儀可以看到當(dāng)只有電壓增加時(shí)，即聲強(qiáng)增加時(shí)，聲熱轉(zhuǎn)換器兩端的溫差加大。②研究聲熱轉(zhuǎn)換器在駐波聲場中位置對聲致冷效應(yīng)的影響；移動(dòng)聲熱轉(zhuǎn)換器7的位置，其他條件不變時(shí)，可以看到聲熱轉(zhuǎn)換器兩端的溫差不同。③在駐波系統(tǒng)空間(音箱、駐波管和共振腔)密封的條件下，可以研究不同氣體對聲致冷效應(yīng)的影響；在聲強(qiáng)和聲熱轉(zhuǎn)換器位置固定的條件下，充入不同的氣體，也可以看到聲熱轉(zhuǎn)換器兩端的溫差有所不同。
權(quán)利要求1.一種聲致冷演示儀器，其特征在于該演示儀器主要包括電信號源(1)，由音箱(2)和揚(yáng)聲器(3)組成的聲源，聲熱轉(zhuǎn)換器(7)，駐波管(5)及設(shè)置在駐波管后面的共振腔(6)，所述的音箱、駐波管和共振腔三個(gè)部件連成一體形成一個(gè)密封的駐波系統(tǒng)空間；所述的駐波管采用透明材料制成；所述聲熱轉(zhuǎn)換器設(shè)置在駐波管內(nèi)，距揚(yáng)聲器的距離為波長的14％～16％，其長度為波長的6％～8％，在聲熱轉(zhuǎn)換器兩端粘有液晶溫度顯示條(8)。
2.按照權(quán)利要求1所述的聲致冷演示儀器，其特征在于所述的聲熱轉(zhuǎn)換器采用多孔陶瓷做成，孔的形狀是矩形。
專利摘要一種聲致冷演示儀器，屬于物理學(xué)教學(xué)和物理學(xué)科研實(shí)驗(yàn)設(shè)備。該演示儀器主要包括電信號源、聲源、聲熱轉(zhuǎn)換器、駐波管及其后的共振腔；所述的駐波管采用透明材料制成；所述聲熱轉(zhuǎn)換器設(shè)置在駐波管內(nèi)，距揚(yáng)聲器的距離為波長的14％～16％，其長度為波長的6％～8％，并在聲熱轉(zhuǎn)換器兩端粘有液晶溫度顯示條。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以直觀地聽到聲音并且看到在聲波的作用下聲熱轉(zhuǎn)換器的兩端溫度發(fā)生的變化；使學(xué)生和科研人員對聲致冷現(xiàn)象有直接的感性認(rèn)識；并為進(jìn)一步研究聲致冷現(xiàn)象提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
文檔編號G09B23/06GK2627606SQ0326174
公開日2004年7月21日 申請日期2003年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月27日
發(fā)明者陳宇, 嚴(yán)蓬蓬 申請人:清華大學(xué)