2018年12月24日

科學玩具-熱學-自製走馬燈

在國中階段的教學中,應該將概念與生活建立連結,並且融入探索活動,而不僅止於知識建立。因為唯有從無到有的過程中,才能發現問題所在,進而思考理解、搜尋嘗試、進而有效解決問題。

以製作走馬燈為例,初階的問題就是在自己做的過程中出現。看人家做是一回事,自己做又是另外一回事,在腦海中的模擬訓練是必須的,但是實際上卻有可能面為接踵而至的狀況,真實世界並非理想化環境。
第一次做,可以先用自己的想法做,不要按圖索驥(先在杯底割出8片扇葉)
發現轉動效果有限,隨即思考、找出癥結點

一開始,在杯底割出扇葉就會面臨問題,考驗的是規劃與執行的能力。有些人會直接出手,不在意扇葉間隔與大小,有些人會規劃好間距與角度再動刀,但畢竟腦與手協調性因人而異,實際上割出來的模樣和理想中會有落差。想割出幾片扇葉,就是其中一項變因;扇葉摺起的角度,又是另一項變因。

另外一個影響的因素則是工具,合適的工具讓狀況迎刃而解,隨便拿的工具只會讓人心情不美麗。初期下手畢竟不比電腦執行精確、到位,也就是實力和運氣兼具,但執行的次數越多,熟練度越增,能將人為的誤差影響降至最低。
側邊再等距割出4片扇葉,杯外印有縱橫交錯的線條,切割起來方便許多
轉動效率大幅提升,有效解決空氣對流的問題

由於選用的紙杯杯緣大小與白熾燈泡圓周長相近,燈泡未被紙杯覆蓋的部分也同時對周圍氣體加熱,熱空氣雖然還是上升,但從杯緣進入補充的冷空氣有限,便發現紙杯要轉不轉的。也就是必須另闢途徑,讓冷空氣得以順利進入杯中補充,因此在側邊另開四片扇葉,看看效果如何。
 
支撐紙杯的支柱與杯底間的摩擦,當然也是影響因素之一
若是使用從乾電池拆下來正極金屬片搭配注射針頭,可大幅降低轉動摩擦

當然在扇葉的順時針或逆時針的安排上,可以花點巧思,每個人可以設計不同的扇葉開口排序與對比,全部開同一邊當然會轉得比較順暢些,總是要證明看看得好,不需要每次都做「想像實驗」,有些扇葉開不同邊也是另一種方式,杯底和側邊開口的方向不同也不錯,總是不要書上說什麼就是完全相信,做做看之後就是自己獨到的經驗。
 
雖然白熾燈泡的價格相對便宜,但是後續使用的耗電所費不貲
在節能省電的各式
LED照明設備夾攻下,白熾燈泡已經是快絕跡的時代產物

白熾燈泡的能源轉換效率不高,大約只有10 lm/W,也就是一顆100瓦特的白熾燈泡才能達到1000流明的照明效果,大部分的電能都變成了熱能,用久了可是燙得很,即使關燈了仍要小心,徒手換燈泡就像是拿到燙手山芋般,畢竟玻璃不是電與熱的良導體,還是隔著手套或抹布拿著比較安全。

 LED燈泡難道不會燙嗎?哪有這回事?電流通過封在燈泡內部的元件,燈體溫度一樣會上升,照樣熱死自己,所以不建議將LED燈泡放在密閉環境中(例如崁燈+燈罩),無法散熱的環境只會讓晶片縮短壽命,被自己排出的廢熱悶掛了。咦?下場怎麼有點像釀造酒裡的酵母菌被發酵後的酒精灌醉一樣。

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