使用物理學保持你的糖果涼爽

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關鍵概念


溫度
水迴圈

介紹
你有沒有想過在炎熱的夏天,出汗是如何幫助你保持涼爽的? 汗液,主要成分是水,在蒸發時會讓我們感到涼爽。 當水蒸發時,它從液體變成氣體。 氣體帶走熱量,幫助從你的皮膚上散發熱量。

蒸發不僅可以冷卻你的身體,還可以冷卻其他東西,比如巧克力。 炎熱夏天的熱量會把你的固體糖果棒變成黏糊糊的融化物,但是蒸發在多大程度上可以防止你的巧克力融化呢?

背景
當水被加熱到足夠程度時,它會變成氣體。 當水沸騰時,你會看到這種情況。 水的氣態相稱為水蒸氣或蒸汽,它比液態水更熱。 因此,當水蒸發時,水蒸氣會帶走水的熱量。

材料
•    紙巾
•    剪刀
•    一小碗室溫水
•    巧克力糖果(兩個相同的種類,用塑膠或鋁箔包裝)
•    尺子
•    可調節高度的檯燈,配有 60 瓦 (W) 燈泡。 如果你沒有可調節高度的檯燈,可以使用普通檯燈和一堆書。
•    定時器

準備
•    將紙巾裁成約一英寸半寬的條狀。 你需要剪裁兩條紙條。
•    60 瓦的燈泡在開啟後可能會非常熱——即使在關閉一段時間後也是如此。 處理熱的東西時務必小心。

步驟
•    取一條紙巾,在碗裡沾溼。 小心擰乾。
•    將巧克力糖果保持在包裝紙內,用溼紙巾條包裹一塊糖果,用幹紙巾條包裹另一塊糖果。
•    將兩塊糖果並排放置在燈下。 注意不要弄溼幹紙巾條。 調整燈(如果燈不可調節,則將糖果放在書上),使燈泡距離糖果僅一到兩英寸,並且與兩塊糖果的距離相等。
•    打開臺燈,使其點亮 10 分鐘。
•    10 分鐘後,關掉檯燈,從糖果上取下紙巾條,小心地拆開包裝。
•    對於每塊糖果,如果可能,嘗試將包裝紙在糖果周圍展平,以便更輕鬆地檢查整個糖果和包裝紙。 用溼紙巾包裹的糖果與用幹紙巾包裹的糖果相比,看起來融化程度如何? 一塊糖果上的融化區域是否比另一塊更大? 一個包裝紙上的融化巧克力是否比另一個更多?
•    額外步驟: 你可以重複這個步驟,使用溫度計來確定每塊糖果在放在燈下之前的起始溫度,以及每塊糖果在燈下照射 10 分鐘後的最終溫度。
•    額外步驟: 當你在炎熱的夏天出汗時,一陣風或風扇會讓你感覺非常涼爽。 這對巧克力糖果也一樣嗎? 你可以重複這個步驟,看看迴圈空氣如何影響糖果,方法是在糖果在燈下照射 10 分鐘時,讓風扇對著它們吹——或者你自己用一塊厚實的紙扇它們。 風扇會影響糖果的融化程度嗎? 它會影響它們的最終溫度嗎? 觀察與結果
你是否能夠看到蒸發對巧克力糖果的影響? 用溼紙巾包裹的糖果是否比用幹紙巾包裹的糖果顯示出更少的融化跡象?

正如在炎熱的天氣裡出汗可以讓你涼爽一樣,當水從溼紙巾條上蒸發時,與用幹紙巾包裹的糖果相比,它可以使巧克力糖果保持涼爽。 當燈泡加熱溼紙巾條上的水時,液體蒸發並變成氣體,稱為水蒸氣。 這種水蒸氣帶走熱量,將其從糖果周圍的區域移除,並使糖果保持比沒有水蒸發時更涼爽。 這可能不會完全阻止糖果融化,但總的來說,用溼紙巾條包裹的糖果比用幹紙巾條包裹的糖果融化得更少,這一點應該顯而易見。

如果你嘗試在巧克力糖果在燈下時扇風,微風應該有助於提高蒸發率。 因為水蒸氣比干燥的空氣密度小,它傾向於停留在它蒸發出來的物體周圍,使周圍的空氣越來越潮溼,從而隨著時間的推移,額外的蒸發難以繼續進行,因為它無處可去。 風驅散了現有的水蒸氣,為產生更多的水蒸氣騰出空間,從而使更多的蒸發——從而冷卻——得以發生。 在你的皮膚或物體上加水也可以幫助提高蒸發率,這就是為什麼有些人在鍛鍊時會在脖子上戴溼頭巾。

清理
因為巧克力可能會染色,所以在丟棄巧克力和糖果包裝紙之前,小心不要讓融化的巧克力沾到你的衣服或傢俱上。

更多探索
Digit 的生日驚喜”,來自 Thirteen/WNET, 紐約教育廣播公司 的 CYBERCHASE
水迴圈:蒸發,來自 USGS
什麼是汗水?”,來自 KidsHealth
用蒸發的力量保持你的糖果涼爽!”,來自 Science Buddies

本活動由 Science BuddiesCyberchase 合作呈現

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