一种逾渗实验教学演示仪

1.本实用新型属于物理实验仪器领域，特别是一种逾渗实验教学演示仪。


背景技术：

2.逾渗理论是指当系统中某物理量占有量变化到某一定值时，系统宏观性质就会发生本质变化，这种突然转变称为逾渗转变，逾渗转变处对应的物理量浓度值就称为逾渗阈值。逾渗(渗流)理论具有定义临界阈值参数的能力，被认为是处理无序系统及随机几何最好的方法之一。
3.逾渗(渗流)理论于上世纪50年代提出后，理论本身及其在相关领域中的应用都得到了飞速的发展。在应用方面，逾渗理论广泛应用于说明众多物理、化学、生物及社会现象。逾渗理论自身的发展侧重理论分析与数值计算，对理论的阐释缺少一定的直观性。
4.目前用于教学的逾渗演示实验较少，且实验仪器操作不方便、材料只能一次性使用，大多不能重复使用。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种结构设计科学合理，仪器操作简便，实验现象清晰、直观，仪器可长期重复使用、易于实现的逾渗实验教学演示仪。
6.本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
7.一种逾渗实验教学演示仪，其特征在于：包括底板、外电路部分及演示部分，在所述的底板上分别设置有外电路部分及演示部分；所述的演示部分包括平板、支撑结构、金属导线、发光二极管、金属小球及压板，在所述底板的上端面上通过支撑结构支撑安装有水平设置的平板，在平板上设置有若干个正六边形的电阻网格，在各正六边形电阻网格上两边的交点处设有圆柱形小孔，孔与孔之间通过金属导线串联有发光二极管，所述的圆柱形小孔用于承托金属小球，所述的压板覆盖住各电阻网格并压接在金属小球上，金属导线由演示部分的两侧引出形成接线柱，所述的外电路部分通过导线与接线柱连接。
8.而且，所述的平板为有机玻璃平板，厚度为10mm。
9.而且，所述孔与孔之间串联的发光二极管为2个，2个发光二极管的内侧端通过引线焊接，2个发光二极管的外侧端均通过引线穿过圆柱形小孔后固定于平板上。
10.而且，所述发光二极管采用红色直插式333-2surd/s530-a3型。
11.而且，所述的支撑结构包括支撑板及支撑柱，在所述平板的底部外圈设置有一圈纵向设置的支撑板，在所述平板的底部靠近中心的平面处设置有支撑柱。
12.而且，所述的演示部分还包括围挡，在所述的平板上电阻网格的外围设置有一圈围挡，该围挡的面积大于压板的面积。
13.而且，所述的外电路部分包括相串联的开关、低压直流电源、毫安表及可调变阻器，毫安表及可调变阻器的一端分别与电阻网格两端的接线柱连接。
14.而且，所述的压板由透明板体、支撑角及取放结构构成，在透明板体的顶部四角处
均设置有支撑角。
15.而且，所述的取放结构为在透明板体两端中间位置设置的半圆形缺口。
16.而且，所述的取放结构为在透明板体顶部两端设置的拿取把手。
17.本实用新型的优点和有益效果为：
18.1、本逾渗实验教学演示仪，通过将演示部分的电阻网格设计为正六边形结构，圆孔处一个导电金属小球只需要与三根金属导线连接，即可实现电路的导通，结构稳定，操作方便；通过在孔与孔之间用2个发光二极管串联连接，当随机网格导通时，二极管发光形成导通电路图形，能显示出一幅生动的分形图形，实验现象清晰、直观，方便教学。
19.2、本逾渗实验教学演示仪，通过围挡的设计，起到防止金属小球滚出平板的作用；通过支撑结构的设计，可以将平板抬起，预留出安装二级管的空间，同时，将发光二级管安装在底部，也起到对其保护的作用。
20.3、本逾渗实验教学演示仪，通过压板的设置，有利于将所有滚落的金属小球压入孔中，避免了不良接触影响实验效果，使实验更加省时省力；通过其上取放结构的设置，方便了压板的拿取；压板四角处支撑角的设置，方便了压板取下后的放置与拿取，同时也避免了压板的磨损。
21.4、本实用新型结构设计科学合理，具有仪器操作简便，实验现象清晰、直观，仪器可长期重复使用、易于实现的优点，是一种具有较高创新性的逾渗实验教学演示仪。
附图说明
22.图1为本实用新型的结构示意图(省略压板)；
23.图2为本实用新型演示部分的结构示意图；
24.图3为本实用新型演示部分的俯视图；
25.图4为本实用新型演示部分发光二极管在两孔之间装配的结构示意图；
26.图5为本实用新型压板的结构示意图；
27.图6为图5的侧视图。
28.附图标记说明：
29.1-外电路部分、2-底板、3-演示部分、4-平板、5-围挡、6-发光二极管、7-支撑柱、8-接线柱、9-电阻网格区域、10-圆柱形小孔、11-支撑板、12-金属小球、13-金属导线、14-支撑角、15-半圆形缺口、16-透明板体。
具体实施方式
30.下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
31.一种逾渗实验教学演示仪，其创新之处在于：包括底板2、外电路部分1及演示部分3，在所述的底板上左右两端分别设置有外电路部分及演示部分；所述的演示部分包括平板4、支撑结构、金属导线13、发光二极管6、金属小球12及压板，在所述底板的上端面上通过支撑结构支撑安装有水平设置的平板，在平板上设置有若干个正六边形的电阻网格，在各正六边形电阻网格上两边的交点处设有圆柱形小孔10，孔与孔之间通过金属导线串联有发光二极管，所述的圆柱形小孔用于承托金属小球，所述的压板覆盖住电阻网格并压接在金属
小球上，金属导线由演示部分的两侧引出形成接线柱，所述的外电路部分通过导线与接线柱8连接。金属小球直径比圆柱形小孔的直径略小，能够使其放入其中而不掉落，起到开关作用。图3中所示的虚线为电阻网格区域9。
32.所述的底板、平板均由有机玻璃制成，厚度为10mm。底板的面积大于平板的面积，平板的面积大于压板的面积，压板的面积大于电阻网格区域的面积。
33.所述孔与孔之间串联的发光二极管为2个，2个发光二极管的内侧端通过引线焊接，2个发光二极管的外侧端均通过引线穿过圆柱形小孔后固定于平板上，所述发光二极管采用红色直插式333-2surd/s530-a3型。
34.所述的支撑结构包括支撑板11及支撑柱7，在所述平板的底部外圈设置有一圈纵向设置的支撑板，在所述平板的底部靠近中心的平面处设置有支撑柱。
35.所述的演示部分还包括围挡5，在所述的平板上电阻网格的外围设置有一圈围挡，该围挡的面积大于压板的面积。防止金属小球散落后滚出本仪器，提高演示效率，防止金属小球的丢失。
36.所述的外电路部分包括相串联的开关、低压直流电源、毫安表及可调变阻器，毫安表及可调变阻器的一端分别与电阻网格两端的接线柱连接。
37.所述的压板由透明板体16、支撑角14及取放结构构成，在透明板体的顶部四角处均设置有支撑角。压板可以为有机透明玻璃板。所述的取放结构为在透明板体两端中间位置设置的半圆形缺口15。
38.工作原理：
39.当未放金属小球时，正六边形电阻网格的各边均断开。当小孔按一定概率被金属小球随机占据时，该小孔体系就转化为一个随机电阻网络。设总的小孔数量为n0，则当这n0个小孔中有n个被小球占据时，该网格上的点占据概率为p＝n/n0，根据逾渗理论，在网格上，存在一个特殊占据概率pc,当占据概率p《pc时，没有电流通过该随机电阻网格，即i＝0；而当p》pc后，电流i≠0。我们称这样的性能突变为逾渗相变，pc称为临界概率。在实验中，随着金属小球占据概率逐渐增加，电流会从无到有。通过测量该变化情况，就可以估算出网格上逾渗的临界占据概率值。
40.本教学演示仪器可以测量随着金属小球占据概率逐渐增加，电流的变化，估算出逾渗的临界概率值。同时，当随机网格导通时，发光二极管发光形成导通电路图形，能显示出一幅生动的分形图形。
41.使用方法：
42.首先，将本教学演示仪器水平放置，连接配套的外部电路部分，如图1。设总的小孔数量为n0，将n1个金属球随机放入电阻网格；压板平面的一侧朝下，用压板覆盖电阻网格，轻轻按压，使金属球进入电阻网格的孔中并与金属导线接触；接通电路，观察发光二极管发光形成的导通电路图形；然后测量电流i1，并得到此占据概率p1＝n1/n0；重复以上步骤，对ni个金属球得到占据概率pi，电流ii，通过分析电流ii随占据概率pi变化情况，就可以估算出网格上逾渗的临界占据概率值pc。操作完毕，将压板有支撑角的一面朝下，置于平板上。
43.尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。