2013年3月10日

科學遊戲-熱學-寶特瓶塑身


有天我回家發現儲存鐵粉的罐子發生體積變化時,我著實訝異了一下,以為自己發現了什麼新的現象,可以寫成一篇論文出來炫耀,內容約略是「密閉系統內的鐵粉氧化之後,使得瓶中氣體減少,內部氣壓隨之降低,因此保特瓶被外界的大氣壓力壓扁」、「從這個現象可以推估評中所含氧氣進行氧化現象的比例」云云之類的推論。
被隱形力量壓扁的瓶子,而形狀改變正是受到力量作用的效應之一
這次瓶身外觀的變化其實與內容物的性質無關

可是習慣把想法放在心裡沉澱的我卻開始有了科教人的警覺,是不是再等一陣子在觀察比對看看呢?果不其然,原本被隱形的力量壓扁的瓶子後來又恢復原狀了,如果按照原本的推論,大概就會產生「氧化的鐵粉會過一段時間把與之結合的氧元素再吐出來,所以瓶子即可恢復原狀」的鬼結論,幸好沒有看到影子就開槍。
瓶子形狀產生變化,是因為一種隱形的力量-大氣壓力
內外的壓力差的起因並非化學變化,而是物理變化

仔細推敲之後,發現原來當時的氣溫變化才是造成保特瓶變形的主要因素。當氣溫驟降時,連帶的使得室內物體跟環境內的空氣達到熱平衡之前把熱量向外傳遞,既然是把能量向外送出去,那就會使得物體本身的溫度下降(如果沒有相變化的話)。

溫度下降代表了分子動能減少,運動速率降低,固體所呈現出來的就是冰冷,而原本自由的氣體分子若動得緩慢,除了溫度下降以外,也會影響密閉系統的壓力。因此當天氣冷的時候,保特瓶內氣體壓力隨之下降,當然抵受不住外界的大氣壓力,所以才能看到瓶身產生變化,而這個現象正是溫度影響壓力的展現,也是氣體展現給人們看到的力量。

當然實驗要獲得正確的結論就要有對照組當作對比,所以我後來準備了一個相同的瓶子,裡面卻是裝保麗龍小球,也同樣產生相同的「扁瓶」效果,而保麗龍小球並不會跟氣體發生反應,如此一來就能知道瓶中壓力減小並不是因為氣體與固體的化學結合,而是再簡單不過的溫度影響壓力,且理想氣體方程式中也揭示著體積變化(ΔV)正比於凱式溫標的差異(ΔT)。

沒有留言:

張貼留言