[发明专利]扩展水中线性梯度温度场尺度的实验装置

说明书

一种扩展水中线性梯度温度场尺度的实验装置，底座上设置有温度检测仪和长方体透明水槽，长方体透明水槽内一侧壁上设有半导体制冷片支架，半导体制冷片支架上设置有1个半导体制冷片，半导体制冷片支架由热导流架和冷导流架构成，热导流架为透明水槽的侧壁上沿竖直方向设置有长度相等且相互平行的第一支杆和第二支杆，第一支杆和第二支杆的端部设置有热导流板，冷导流支架为位于热导流支架的正下方透明水槽的侧壁上沿竖直方向设置有长度相等且相互平行的第三支杆和第四支杆，第三支杆和第四支杆的端部设置有冷导流板，第二支杆与第三支杆之间设置有半导体制冷片。

技术领域

本发明属于物理实验教学仪器技术领域，具体涉及一种扩展水中线性梯度温度场尺度的实验装置。

背景技术

非均匀介质中光的弯曲传输特性，既揭示了“海市蜃楼”等自然现象的物理本质，又在大气光学、激光通信、光纤通信、激光遥感等长光程传输领域的研究和梯度折射率光学元器件的设计与制造等现代科技中获得了非常广泛的应用。然而人们对光线在非均匀介质中的弯曲传输现象，始终存在一定程度的神秘感。这一方面是由于人们自小形成的光直线传播概念的“根深蒂固”，另一方面是在日常生活中目视可见的范围内，难以位于光线的侧面观察光线的弯曲传输现象。这都给学生深刻理解非均匀介质中光的传输特性及其应用带来了很大的困难。显然，如果能利用实验手段实现非均匀介质中光的传输径迹以及与介质折射率梯度大小、方向之间的关系的演示，在深化学生对非均匀介质中光传输特性的理解，强化学生对非均匀介质中光传输特性的应用与设计能力，特别是面向中小学生和公众普及非均匀介质中光线弯曲传输知识，了解其在现代科技中的应用方面，都具有非常重要的意义。

中国发明专利“在水中建立梯度温度场的实验装置(专利号L201510358994.9)公开了一种采用浸入在水中的半导体制冷片在水中建立梯度温度场的装置，其特征是“透明水槽内的前侧壁和后侧壁上至少设置有1个半导体制冷片支架，每个半导体制冷片支架上设置有1个半导体制冷片，半导体制冷片支架和半导体制冷片浸入水中”。这一结构特征虽然在水中能快速建立梯度温度场，使水槽中的水成为梯度折射率介质，实现光在非均匀介质中传输特性的实验演示。但这种结构在水中建立的梯度温度场在垂直方向的线性梯度范围很小(如图2，线性梯度温度范围只有3－4cm)，光线在水槽内水平传输的过程中会很快进入非线性梯度温度区域(非线性梯度折射率区域)，使得定量化研究光在水槽内的梯度折射率介质中的传输特性非常困难。因此，设计一种扩展水槽中线性梯度温度场的尺度的实验装置，对于定量研究光在非均匀介质中的传输特性是非常必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有在水中建立梯度温度场的实验装置的缺点，提供一种设计合理、结构简单、方便定量研究光在非均匀介质中的传输特性的扩展水中线性梯度温度场尺度的实验装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：底座上设置有温度检测仪和长方体透明水槽，长方体透明水槽内一侧壁上设有半导体制冷片支架，半导体制冷片支架上设置有1个半导体制冷片，半导体制冷片支架由热导流架和冷导流架构成，热导流架为透明水槽的侧壁上沿竖直方向设置的与该侧壁垂直且长度相等的第一支杆和第二支杆，第一支杆和第二支杆的端部设置有热导流板，冷导流架为位于热导流架的正下方透明水槽的侧壁上沿竖直方向设置的与该侧壁垂直且长度相等的第三支杆和第四支杆，第三支杆和第四支杆的端部设置有冷导流板，第三支杆的长度大于第一支杆的长度，第二支杆与第三支杆之间设置有半导体制冷片，半导体制冷片内侧面为热面。

作为一种优选的技术方案，所述的热导流板与第一支杆垂直；所述的冷导流板与第三支杆垂直。

作为一种优选的技术方案，所述的半导体制冷片即垂直第二支杆，又垂直第三支杆，半导体制冷片的上端与热导流板下端紧密贴合。

作为一种优选的技术方案，所述的第三支杆的长度是第一支杆的长度1.2～1.5倍。

作为一种优选的技术方案，热导流板与冷导流板为结构相同的矩形有机玻璃板。