自制蒸汽机(精品).doc

自制简易蒸汽机 ——极客迷()　　许多人都认为詹姆士、瓦特(James Watt)发明了蒸汽机，但这不是事实蒸汽机不是瓦特发明的，然而瓦特在改良蒸汽机的过程中，确曾作出最重要的贡献　　近代比较像样的蒸汽机，可以从17世纪晚期汤姆士、塞维利(Thomas Savery)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(Thomas Newcomen)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(Glasgow University)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(见图1)，一定可以调动学生学习的兴趣这具蒸汽机的汽缸是玻璃制的，活塞则用厚纸板制成，分流盒的部分构造则以透明压克力包覆，务求内部构造一目了然(见图2)，凸显和协律动之美为了安全和维修方便起见，这具蒸汽机不用蒸汽推动，而改用空气推动在这具透明蒸汽机的蒸汽出口处接上吸尘器，则大气从进口灌入蒸汽机中，就像水蒸汽灌入蒸汽机一样，也能驱动这具用不同材料拼凑起来的蒸汽机快速运转如果实验室中有吹气机，例如：气垫轨要用的吹气机，在这具透明蒸汽机的蒸汽进口处直接接上吹气机，也能驱动这具蒸汽机运转)　　所需的材料如下：　　(1)内直6 cm，长12 cm的玻璃管一支　　(2)厚约2 mm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4 mm　　(5)木板二块，木条若干支　　(6)直径4 mm、2 mm的木杆若干支　　(7)厚纸一片　　制作过程：　　甲、汽缸的部份：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4 mm的小孔在另一小片木板上钻一直径4 mm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(见图3 ) 结合在一起，而且使圆厚纸片垂直木质连杆　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4.5 mm的小孔，并在旁边钻一个直径13 mm的小孔;另一片则钻一个直径13 mm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4 mm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4.5 mm的孔，可容纳连杆的另一端(见图4 ) 　　乙、分流盒的部分：　　分流盒的构造如图5所示的透视图，其主要的功能是:利用口形木框的往复移动，改变空气的通道，使空气改变流动的路径，而能往复推动玻璃汽缸中的纸活塞一共动用五片木板制作分流阀盒子下方一片，两侧木板之一的上半部钻一个直径13 mm的孔，另一侧木板的下半部则钻三个直径13 mm的孔(此三孔中之左右分别经硅胶管连通玻璃汽缸支架上直径13 mm的小孔)。

再用两木板作黏在前后，其中一片木板上钻一个直径4.5 mm的小孔图5分流盒的构造两侧木板之一的上半部钻一个直径13 mm的孔，另一侧木板的下半部则钻三个直径13 mm的孔前后木板之一钻一个直径4.5 mm的小孔此盒中要恰好容纳一个口字型的木框在其中滑动口字型的木框在左方时，气流从右侧孔，经右侧硅胶管，推动活塞，再将空气经左侧硅胶管，经左侧孔，导入分流盒中的口字型的木框，再从中间孔中排出;口字型的木框在右方时，过程即相反　　参见图6，此盒中要恰好容纳一个口字型的木框在其中滑动，此口字型木框与另一个直径4mm的连杆连结，此直径4 mm的连杆从盒子前方木板的直径4.5 mm的小孔穿出，穿出之后也由另一根上方钻有直径4.5 mm小孔的直立支架容纳其另一端(参见图7)此口字型的木框即为分流气阀，口字型的木框在左方时，即可引导气流，从三个直径13 mm的孔之右侧孔，经右侧硅胶管，推动活塞，再将空气经左侧硅胶管，经左侧孔，导入分流盒中的口字型的木框，再从中间孔中排出;口字型的木框在右方时，过程即相反最后此木盒上方用压克力闭封，使人能看到口字形木框作动的情形　　 　　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　　丁、飞轮的部份：　　见图10，用厚纸即可制作飞轮，飞轮两侧分别用一小块木片将飞轮固定在直径4mm的木质转轴上，此木质转轴藉两个滚珠轴承安装在支架上，转轴两侧黏牢两个曲柄和曲轴，此两曲柄互相夹90°角将两叉状连杆再连接此两曲柄上的曲轴，这具蒸汽机及大功告成　　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(参见图5)推动活塞，此蒸汽机即快速转动起来，所有活动零件运动的情形均可见　　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。