一种逾渗相变实验仪器

1.本实用新型属于教学实验仪器技术领域，具体涉及一种逾渗相变实验仪器。


背景技术：

2.逾渗理论是处理强无序和具有随机几何结构系统常用的理论方法之一。这一理论研究的中心内容是：当系统的成分或某种意义上的密度变化达到一定值(称为逾渗阈值)时，在逾渗阈值处系统的一些物理性质会发生尖锐的变化，即在逾渗阈值处，系统的一些物理现象的连续性会消失(而从另一方面看，则是突然出现)。
3.逾渗转变，指的是在庞大无序系统中随着联结程度，或某种密度、占据数、浓度的增加(或减少)到一定程度，系统内突然出现(或消失)某种长程联结性，性质发生突变，我们称发生了逾渗转变，或者说发生了尖锐的相变。正是这种逾渗转变，使之成为描述多种不同现象的一个自然模型，用于阐明相变和临界现象的一些最重要的物理概念。
4.假设已知存在一个正方形网格，有n行n列等间隔的排开，在彼此交叉的交点处彼此接通相连，即：一个大正方形内包含了若干大小相同的小正方形。在该正方形网格的其中一组对边外加适量的直流电压，那么该正方形网格在该组对边之间会有电流流过，若用剪刀随机剪断小正方形的边，在开始时剪断的边数较少，整个网格仍有电流流过，随着剪断的数量增加，电流逐渐变小，直到达到某一剪断数量时，整个网络的电流突然急剧减小或者消失，则称此时发生了逾渗相变，该过程是最为简单的相变，因此上述正方形网格模型属于研究相变和临界现象的典型模型。该模型属于键逾渗，随着键(边)连通概率p的取值由1逐渐变小，网格将在p＝0.5时出现逾渗相变，因此又称p＝0.5为逾渗阈值pc。
5.逾渗理论已被运用于各领域的分析研究中，是一种有效的理论工具，因此具有十分重要的意义。但目前尚未有基于该理论的实验仪器，本专利就是基于上述模型进行设计，该仪器便于操作，通过实际动手实验、记录数据及后续的数据处理等过程，能让操作者认识到该理论的实际意义，并且加深对相关理论知识的理解。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种逾渗相变实验仪器。
7.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
8.一种逾渗相变实验仪器，包括母板，在母板上布置有圆孔阵列，每个圆孔中嵌装有一个光敏电阻，光敏电阻间通过导线相连构成光敏电阻网格，光敏电阻网格其中一对相对应的两条边各自引出一条导线，连接外部电源回路；在电源回路中设置有直流电源和电流骤变检测电路。
9.在上述技术方案中，母板为正方形板，母板的正面为光滑的平面，实验时，能够使小球在母板上自由滚动。
10.在上述技术方案中，所述圆孔阵列结构是，在n行n列的正方形网格的每个小正方形的每条边的中间位置都开设一个圆孔。
11.在上述技术方案中，所述光敏电阻网格为n行n列的正方形网格，在该正方形网格中的每个小正方形的每条边的中间位置都串接一个光敏电阻。
12.在上述技术方案中，在电源回路中设置有电源开关，用于控制电源回路的通断。
13.在上述技术方案中，在电源回路中设置有电流表，用于检测电源回路的电流。
14.在上述技术方案中，电源回路中设置有采样电阻，所述电流骤变检测电路并联在采样电阻两端，在电流骤变检测电路中设置有比较器，用于采样电阻两端电压值与比较器同相输入端参考电压值进行比较。
15.在上述技术方案中，在电流骤变检测电路中设置有发光二极管，用于对电流变化情况进行状态提示。
16.在上述技术方案中，电流骤变检测电路包括比较器、电阻r1、电阻r2、电阻r3和发光二极管，采样电阻的一端连接比较器的反相输入端，采样电阻的另一端连接比较器的gnd端，电阻r1和电阻r2串联在比较器的vcc端和gnd端之间，且电阻r1和电阻r2之间的连接点与比较器的同相输入端连接，电阻r3和发光二极管串联在比较器的vcc端和输出端之间。
17.在上述技术方案中，光敏电阻网格的连接导线通过有机硅胶粘在母板底面。
18.在上述技术方案中，光敏电阻网格背面还设置有底板，用来保护光敏电阻网格，将光敏电阻网格稳定的固定在母板上，即：母板和底板将光敏电阻网格夹在中间。
19.本实用新型的优点和有益效果为：
20.本实用新型的逾渗相变实验仪器，结构简单，设计合理，便于操作，通过实际动手实验、记录数据及后续的数据处理等过程，能让操作者认识到逾渗理论的实际意义，并且加深对相关理论知识的理解。
附图说明
21.图1是本实用新型的逾渗相变实验仪器的结构示意图。
22.图2是本实用新型中的电流骤变检测电路的电路图。
23.对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
25.实施例一
26.参见附图，逾渗相变实验仪器如下：
27.(1)制作一块正方形母板，该母板需保证正面表面平滑，且不透光，在该母板上等间隔的用笔画出12行12列的网格线，会得到一个大正方形内包含了若干大小相同的小正方形，然后在每小正方形的每条边的中间位置打设圆孔。
28.(2)用若干光敏电阻及导线制作12行12列的正方形网格，保证小正方形的每条边的中间位置都串接一个光敏电阻。
29.(3)将(2)中光敏电阻网格镶嵌到母板上，使每一个光敏电阻受光面都镶嵌到母板上的对应圆孔内，然后用有机硅胶将网格导线部分粘在母板底面。
30.(4)制作一个底板，用来保护光敏电阻网格，将光敏电阻网格稳稳地固定在母板上，即：母板和底板将光敏电阻网格夹在中间。
31.(5)将光敏电阻网格其中一对相对应的两条边各自引出一条导线，用来连接外部电源回路。
32.(6)制作外部电源回路：包括直流电源、电源开关、电流表、采样电阻以及电流骤变检测电路；其中，直流电源、电源开关、电流表和采样电阻串联在电源回路中；参见附图2，所述电流骤变检测电路并联在采样电阻两端，具体的讲，电流骤变检测电路包括比较器(型号为lm339)、电阻r1、电阻r2、电阻r3和发光二极管d1，采样电阻的一端a连接比较器lm339的反相输入端，采样电阻的另一端b连接比较器的gnd端，电阻r1和电阻r2串联在比较器的vcc端和gnd端之间，且电阻r1和电阻r2之间的连接点与比较器lm339的同相输入端连接，电阻r3和发光二极管d1串联在比较器的vcc端和输出端之间。工作时，电阻r1和电阻r2通过分压获得参考电压，该电压输入给比较器lm339的同相输入端；而电源回路中的采样电阻两端的电压值则输入给比较器lm339的反相输入端，当电源回路电流较大时，采样电阻两端的电压值较大，此时比较器反相输入端的电位高于同相输入端的电位，因此比较器输出低电平，发光二极管发光；若当电源回路中的采样电阻两端的电压值小于参考电压值时，比较器输出高电平，发光二极管熄灭。
33.(7)准备若干数量的小球，小球直径略大于母板上的圆孔的直径。
34.(8)将(5)中的两条引出条线，连接至(6)中的外部电源回路，使母板正面向上。
35.(9)将制作好的网格主体(母板、光敏电阻网格及底板结合成的整体)安装在一个箱体内，该箱体为长方体，其宽度略大于网格主体的边长，该箱体其它空间用于安装放置外围电路部分，其中外围电路部分整体做好绝缘处理。
36.实施例二
37.利用上述逾渗相变实验仪器进行实验的方法如下：
38.使用时，母板正面向上水平放置，将小球分成若干份，每一份小球数量按所占母板圆孔数量的百分比来划分，比如10％、20％、30％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、80％、90％和100％等(可根据实验需要来划分)。接通电源，刚接通电源时光敏电阻都处于低阻值导通状态，此时流经整个网格的电流是最大值，然后用相应百分比(一般从低百分比开始)的小球随机占据母板上的圆孔，被占据的圆孔中的光敏电阻从导通变成高阻值状态，一开始由于占据概率较低，因此整个网络仍会有较大电流流过，随着占据概率的增加电流值逐渐减少，直到占据概率增加到某一数值时，整个网络电流骤然下降，由于电流的急剧变小触发了电流骤变检测电路中的比较器发生变化，发光二极管由原来的导通发光状态变成截止熄灭状态。
39.在该实验过程中，当改变占据概率时，通过电流表记录下不同占据概率时流经整个网格的电流值大小，计算出相对电导，通过作图法找出逾渗阈值pc。
40.以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。