2013年1月12日

科學遊戲-熱學-不用麻煩了?


熱的傳播途徑有三,分別是傳導、對流與輻射,而這類能量傳遞的現象則是在生活中隨時在發生。例如在酷熱的夏天中,打開裝置於牆上高處的冷氣機,冷氣機所產生的冷空氣藉著循環對流的方式向下散佈在房間的各個角落,若是搭配電風扇加速循環,室內溫度才會降得快些。
學校研習後,總是會剩一些茶包,放到過期之後還是沒人理
這時就會通知我進行回收,因為在其他科目的老師的眼中,茶包只是茶包
但在自然科的老師眼中,任何東西都應該是教具

但不止冷空氣會流動,熱空氣也會,而且流動得更快,流動的快慢其實是跟空氣分子能量有關。記得以前的教具是一個黑色木箱,裡面要放置冰塊,藉以形成冷空氣區,只要將煙霧導入木箱中,就能發現煙霧向下飄移,待空氣遠離冰塊,就會從另一端有燭火的開口向上飄出。現在,不用麻煩地準備這個頗有份量的教具了,在教室我們就可以做做看。

這是一個流傳已久的實驗,作者已不可考,最早是在陳偉民老師祈明輝老師合著的書中看到。材料很簡單,先準備好茶包一個、剪刀以及火柴。然後在桌上平舖一張紙或板子,目的是保護桌面。最好在玻璃桌上做,較不用擔心,也比較好善後。
先將固定茶包兩端的小訂書針小心翼翼的取下,要小心不要將茶包也撕破了
訂書針取下之後,棉線和標籤就會和茶包分開

將茶包攤開,包裝袋是一個長方形筒狀的容器
將裡面的茶葉倒出之後,壓平並整理好

剩下的茶葉細末集中並回收,可以拿來做其他實驗,千萬不要浪費
我有好幾種想法,都可以將它物盡其用,以後再分享

最後將茶包容器撐開使其立於桌面,因為重量輕,所以隔絕附近較大的氣流
最好是關閉窗戶,避免外界空氣對流的干擾,不然的話,會容易被吹倒

以火柴點燃紙圓筒上端,觀察所發生的現象
只是要點燃之前,教師要先問再做,學生要先預測再觀察

如果沒有茶包,吸油面紙也是一個不錯的選擇,便宜又大碗,全班一起同樂,吸了油更棒。所以我才會把標題下為「不用麻煩了」=「不用trouble了」=「不用茶包了」,OhMy god!好冷哦~
圓筒一開始兩端點火的時間不一樣,不過燒到後來會越來越接近
雖然到最後階段倒下去了,但只要油脂不會黏住圓筒,仍然可以順利升空

將吸油面紙捲成圓筒狀,使其直立在紙或板子上。捲紙筒的時候,每一圈的間隔不要太過緊密,為的是使每一圈之間留有足夠助燃的氧氣,不然可能會形成外圈燒得飛快,內圈燒得慢的情況哦!

點火時,最好使圓筒四周均勻燃燒,避免有一邊燒得較快,另外一邊燒得較慢,使得質量分佈不均,增大傾倒的機會,因此建議用火柴。此外,做這個實驗時,最好是在無風的狀態下,才能達到最佳的實驗效果。不過,還是要問問第一次做這個實驗的人,要從哪邊點火呢?上面還是下面?
如果圓筒倒在桌上燒完,而且油脂黏住筒紙
那就只能眼睜睜地看它燒完或是滅火,千萬不要用手去扶起來

當圓筒燃燒至接近底端時,未燃燒完的部分會連同灰燼被一起帶上空中。這是因為燃燒的圓筒上方的空氣被加熱,熱空氣上升而形成熱對流。此外,茶包和吸油面紙的材質極輕,且燃燒過後的質量比原來更小,使得燒到圓筒下半部時,灰燼會連同熱空氣一起升上空中。
進行延伸活動時,可以請學生改變操作模式,例如:不同的圓筒口徑大小對於上升情況的影響,圓筒摺疊時的形狀和緊密程度是否會影響燃燒和上升狀況,或者是圓筒的長短對於上升高度及滯空時間的影響等等,都是不錯的討論題材。

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