在线客服

咨询热线

绽放巴黎国际发明展的原创之花

作者:未知

  2018年5月中旬,来自常德芷兰实验学校的李贻曦同学,通过近两年的努力发明的“简易太阳能定量浇水器”,在2018年法国巴黎国际发明展上一举获得金奖。今天,我就将李贻曦同学这株“绽放巴黎国际发明展的原创之花”——简易太阳能定量浇水器的发明经历,写出来与大家分享。
  2016年暑假,爸爸妈妈带着李贻曦同学去外地旅游,半个月后回来发现家里盆栽的花草都枯萎了,主要是因为那半个月天气炎热,家里没人给花草浇水导致的。李贻曦同学想:可不可以发明一种自动浇水装置,这样在没有人看管的情况下可以实现自动浇水,花草就不会因干旱而死呢?随后通过调查,李贻曦同学发现这种情况许多家庭都曾遇到过。这更加激发了他要尽快发明盆栽花卉自动浇水装置的欲望。
  通过科学课程的学习,李贻曦同学知道植物在一天之中,对水的需求依据阳光的强弱而不同,早晚少,中午多,夜间、阴雨天则基本不需要水。李贻曦于是想:能不能利用太阳能的强弱与植物生长需水量变化规律相近这一现象,通过巧妙的结构设计,实现给花卉智能浇水呢?
  通过上网搜集相关资料,李贻曦同学发现很多智能浇水设备设计得都比较复杂,需要通过电力的辅助来完成自动浇水,这不太适合家用,而利用太阳能是最环保且最安全的,也是最经济的。通过请教学校科技辅导员张才友老师,并走访当地花卉培育专家,又经过近三个月的周密思考后,李贻曦同学认为可以将太阳能的热学原理与液体的力学原理结合起来,利用空气的热胀冷缩来提供动力,达到给花卉自动浇水的目的。白天,将太阳能集热器正对阳光,集热器吸收太阳热量,容器内空气受热膨胀,气压高于大气压,在单向阀的作用下(与滴管相连的单向阀只能出不能进,与贮水桶相连的单向阀只能进不能出),水滴于花盆中,调节太阳能调节器,可控制水滴速度;夜间,集热器温度下降,容器内空气收缩,气压低于大气压,在单向阀的作用下,贮水桶中的水被吸入集热器中,为下一轮自动浇水做准备。
  接着,李贻曦同学开始了他的方案设计、模型制作、实验验证等一系列发明过程。
  【方案一】 将太阳能集热器注入约三分之二的水后,正对阳光插入花盆中;集热器吸收太阳热量,容器内空气受热膨胀,气压高于大气压,水滴于花盆中。调节太阳能调节器,可控制水滴速度。
  【方案二】 将下部的贮水容器注满水,放在花盆旁;将太阳能集热器正对阳光,集热器吸收太阳热量,容器内空气受热膨胀,气压高于大气压,水被压出。调节太阳能调节器,可控制水滴速度。
  【方案三】 将水注入贮水桶中,直到水位指示器满水刻度线为止,并往太阳能集热器中注入约三分之二的水,再将花卉种植在花盆中。白天,将太阳能集热器正对阳光,集热器吸收太阳热量,容器内空气受热膨胀,气压高于大气压,在单向阀的作用下(与滴管相连的单向阀只能出不能进,与贮水桶相连的单向阀只能进不能出),水滴于花盆中,若旋转太阳能集热器,改变太阳能集热器面向太阳的黑白比例,可控制水滴速度;夜间,太阳能集热器温度下降,容器内空气收缩,气压低于大气压,在单向阀的作用下,贮水桶中被吸入太阳能集热器中,为下一轮自动浇水做准备。
  【实验一】
  1. 实验目的:验证方案一能否实现自动浇水。
  2. 实验器材:太阳能集热器(依据黑色吸热原理全部漆成黑色),太阳能调节器(依据白色反射原理全部漆成白色),带锥形插杆的滴管,塑料杯,电子秤,计时器,照度计。
  3. 实验记录:(时间单位为分钟,重量单位为克,光照度单位为lx)
  4. 数据分析:按方案一设计进行实验能实现自动浇水功能。滴管出水速度与光照度有关,光照越强,水滴速度越快;显然,通过太阳能调节器控制光照度完全可以调节水滴速度。在2小时35分钟的时间内,出水总重量为290.3克。但一个500克容量的太阳能集热器,只能满足4个小时左右的滴灌需求,即使通过太阳能调节器调节水滴速度,也只能满足两天左右的滴灌需求。
  【实验二】
  1. 实验目的:验证方案二能否实现自动浇水。
  2. 实验器材:太阳能集热器(依据黑色吸热原理全部漆成黑色),太阳能调节器(依据白色反射原理全部漆成白色),贮水容器,滴管,塑料杯,空气导管,电子秤,计时器,照度计。
  3. 实验记录:(时间单位为分钟,重量单位为克,光照度单位为lx)
  4. 数据分析:按方案二设计进行实验不能实现自动浇水功能。在4小时30分钟的时间内,无论光照度怎样变化,均不能使贮水桶的水滴出。其原因在于太阳能量有限,空气受热膨胀产生的力,不足以让水克服重力及管道的阻力从出水口滴出。经进一步实验研究,发现只有太阳能集热器高于出水口时,在太阳能的作用下,才有水从滴管处滴出。
  【实验三】
  1. 实验目的:验证方案三能否实现自动浇水。
  2. 实验器材:太阳能集热器(依据黑色吸热与白色反射原理一半漆成黑色,一半漆成白色),带单向阀的滴管,带单向阀的进水管,水位指示器,溢水管,贮水桶及套在贮水桶内的花盆,塑料杯,电子秤,计时器,照度计。
  3. 实验记录:(时间单位为分钟,重量单位为克,光照度单位为lx)
  4. 数据分析:按方案三设计进行实验能实现自动浇水功能。滴管出水速度与光照度有关,光照越强,滴水速度越快。显然,通过旋转太阳能集热器黑白比例控制光照度完全可以调节滴水速度。在3小时内,出水总重量为258.6克,当集热器中预装的300克水滴完后,出水口不再滴水,可实现定量浇水。
  1. 实验目的:验证方案三能否实现自动吸水。
  2. 实验器材:太阳能集热器(依据黑色吸热与白色反射原理一半漆成黑色,一半漆成白色),带单向阀的滴管,带单向阀的进水管,水位指示器,溢水管,贮水桶及套在贮水桶内的花盆,塑料杯,电子秤,计时器,照度计。
  3. 实验记录:(时间单位为分钟,重量单位为克,温度单位为摄氏度)
  4. 数据分析:按方案三设计进行实验能实现自动吸水功能。吸水多少与环境温度有关,温度越低,吸水越多。在4小时30分钟內,吸水总重量为103.4克,一晚按9小时计算,能吸水206.8克,可基本满足第二天的浇水需求。
  李贻曦同学通过实验发现,方案一虽然成功,但由于其存水量太少,只能完成一次浇花的任务,无法满足家中长期无人时的自动浇水需求。方案二改进了方案一存水量不足的缺点,增加了贮水装置,可以保证多次浇水,但由于空气膨胀压力不足,无法将贮水自动压上来,因此失败。方案三在方案二的基础上进行了改进:A.采用方案一的设计,将太阳能集热器置于滴管出水口的上方,提高水压;B.增加了两个单向阀,解决了吸水问题;C.将贮水装置与花盆相结合,对花盆中多余的水进行回收并循环利用,解决了存水不足的问题,基本达到了预定的研究目标。
  随后,李贻曦同学在张才友老师的指导下,做了进一步完善。原因是方案三虽然完成了预定的研究目标,但其太阳能集热器的安装位置影响到植物的生长,在外观美感上也有所欠缺。他在完善后设计出了一种环形太阳能集热器,安装在花盆口沿的上方,一边黑,一边白。这样,即不影响植物的生长,又增加了花盆的美感。
  2018年4月底,通过层层遴选,李贻曦同学这款富有原创性的发明作品,随着中国发明协会代表团走上了法国巴黎国际发明展的大舞台。作品一经展出,就受到绿色、环保意识极强的巴黎市民追捧,纷纷掏钱想要购买!
  国际评委一致认为:李贻曦同学发明的简易太阳能定量浇水器,颠覆了传统自动浇花的概念,它利用太阳能的强弱与植物生长需水量变化相近这一规律,利用不同颜色对太阳能吸收能力的差别,依靠空气热胀冷缩形成的动力,实现按需浇水功能;巧妙应用单向阀原理,并将贮水桶与花盆合二为一,实现余水收集、夜间吸水、白天浇水的功能,为花卉护理提供了一项原创性的新作品。
  这真是:发明真谛是简单,原创之花称豪强。勇夺巴黎金牌奖,中国少年帅儿郎!
  (编辑 白 鸟)
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14828011.htm