用半导体致冷片做化学平衡演示仪

教材中关于2NO——N2O4的平衡实验，要求对比加热和冷却的现象，教材要求用热水浴和冰水浴完成本实验，现象明显，操作本来很简单，但却有诸多不便之处。

　　如果制作一个仪器，通电时既能给水加热，又能同时给另一个杯子的水降温，则平衡实验的降温、升温都容易观察到。

　　采用一块导热性能良好的铝块或者铜块（我们用的铜板），将半导体致冷片置于其上，使半导体致冷片冷面向下，热面向上。热面上边放置一杯水，利用致冷片工作时放的热加热水，可以进行NO2与N2O4平衡转化的温度升高实验。冷面的“冷气”通过底部的铜板传递给放在铜板另一端的一杯水中，通过水的温度降低进行NO2与N2O4平衡转化的温度降低实验。

　　按照实验室中平衡转化演示实验玻璃球大小，选择一块长15cm、厚度1.5cm、宽度略微超过5cm的铜板，便于放置致冷片、水杯。因为半导体致冷片必须有良好的散热，普通玻璃杯子放到上边会因为导热不好而使半导体致冷片工作不正常，必须用金属杯子，且底部必须非常平整，同时水杯子的底面必须能全部覆盖半导体致冷片。将水杯子底面、旁边的三个面用一定厚度的铜片，面对学生的一面用透明材料，便于学生观察。

　　实验时，透明材料不能用玻璃，否则受热时热膨胀问题，导致玻璃与铜片的粘结不牢。因半导体致冷片热端接触的杯子温度变化较大，透明材料用塑料片时，其底部仍然会开胶，最后改为底部用一小段铜片，中上时，其部用透明塑料，这样透明塑料与铜片的粘结处温度不会太高。

　　如果采用多片铜片焊接，缺点是很难裁剪整齐，焊接的地方比较多，焊接困难，且容易出现漏水现象。最后采用一块完整的铜片剪切处理，经过多次实验，效果很好。

　　图1是完整的铜片，虚线标出的是准备裁剪的和准备弯折的地方，图2的涂黑部分为需要剪去的地方，图3是裁剪以后的剩余部分。铜片的厚度太薄，则底面容易鼓，不能与半导体致冷片良好的接触；太厚难以弯折，实验证明厚度为1mm合适。虚线弯折部分用小钢锯磨掉薄薄一层，再弯折就比较容易。‘真正焊接时还发现，两边堆起的铜片难以保持始终不动，焊接仍然困难。

　　图4是最后的裁剪图，后板（下部分）左右虚线外边多出的约2mm宽度在弯折时是起到抄手的作用，与侧板有一定程度的重叠，焊接就比较容易。左右侧板上部虚线外边多出的约2mm宽度也是起到抄手的作用，透明塑料片与它接触有一定宽度，便于牢固粘结。

　　实验时，热端杯子与致冷片、致冷片与铜块、铜块与冷端杯子必须能进行良好的导热，故必须涂抹导热硅脂。同时，对“导冷”铜板用保温材料把不跟杯子接触的部分小心包裹，以防“散冷”。

　　设计制作好的仪器如图5所示，平衡实验演示玻璃球如图6。实验表明，要想达到良好的效果，需要的电源功率要大。我们采用学生使用的普通多挡电源，最高14V，标称电流最大3A，效果很不好。改用一台教师演示用的直流电源，标称电流最大20A，采用12V挡（购买的致冷片就是12V的），几乎在几秒钟内就有明显效果。