2012年12月27日

科學遊戲-熱學-導熱滾珠杯

教師在說明近代最新科技時,往往受限於材料與經費,無法讓學生深刻瞭解並學習操作。本活動使用的每一種材料皆可重複使用,既環保又節能,且讓要丟棄的垃圾重新賦予價值,並讓科技與生活更接近。

準備器材:蠟燭、紙杯、滴管及水

操作演示
1、將一個空紙杯放在燭火上,向學生展示,並發現空紙杯會燃燒。
2、然後再拿另一個紙杯倒入一些水,再度放在燭火上,比較兩次不同做法的結果
  差異。
3、等到加熱一段時間之後,讓杯底附著上焦黑的碳粒。
4、使用滴管吸水,慢慢低下水滴,觀察滴在杯底的水滴和一般的水滴有什麼差異
  。
產生結果
第一次做的時候,因為蠟燭燃燒所產生的熱傳導到紙杯,當溫度達到紙的燃點時,即產生燃燒現象。而第二次用同樣的材料做的時候,因為加了一些水到紙杯中,當蠟燭燃燒時,熱量經由紙杯傳導到水中,溫度便達不到燃點,紙杯因此燒不起來。
用滴管滴水到燻黑的杯底,只看到圓滾滾的水珠,無法附著在燻黑的部分,而是向沒有被燻到的地方快速溜走。
原理說明
物質燃燒有三要素:可燃物、助燃物和達到燃點。在本活動中可燃物為紙杯和蠟燭,助燃物為空氣中的氧氣,而燭火持續的燃燒則有助於達到燃點。

因為蠟燭為二十二烷(固態),含有比較多的碳元素,所以在燃燒時,常常因燃燒不完全,而使得未燃燒的碳元素釋出到空氣中,形成所謂的黑煙。這些黑煙實際上是固態的碳粒,後來便附著在較冷的杯底,形成一層具有疏水性的薄膜。

這層薄膜由於比水分子小,所以不會讓水滲透進去。加上水的表面張力,便在碳膜上形成一顆顆渾圓的小水珠,無法附著在固定的地方,形成一種有趣的防水現象。
進階應用
蓮葉之所以防水,就是水的分子無法滲進蓮葉上比水小的隙縫中,這稱之為「蓮花效應」。生活上的應用有防水塗料及烤漆技術、不沾水的衣料材質及編織方法、自動抗菌清除灰塵的陶瓷衛浴用品等等。

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