關鍵概念
熱量
溫度
物理學
動物
介紹
你有沒有在寒冷的、結霜的早晨醒來，只想更深地依偎在被窩裡？其他哺乳動物，如小狗和小豬，也不喜歡寒冷，但它們沒有手或毯子來包裹自己。因此，當這些動物感到寒冷時，它們會改變自己的行為，並做一些事情，比如擠在一起——緊緊地蜷縮在其他動物身邊。在這個科學活動中，你將看到擠在一起究竟能在多大程度上幫助減少熱量損失。
背景
是什麼讓小狗想要睡成一堆可愛的樣子？依偎，也稱為擠在一起，不僅僅創造了可愛的小狗堆。小狗和其他動物一樣，擠在一起是為了保暖。熱量不斷地流入和流出你周圍的一切事物。就像球滾下山一樣，熱量也會滾走，從較熱的物體流向較冷的物體。例如，如果你把一杯熱巧克力放在室溫的房間裡，熱量將從熱巧克力流向房間、杯子和桌子。這些周圍環境實際上會因熱巧克力的熱量而升溫（非常輕微）。當熱巧克力的溫度冷卻到足以達到周圍溫度時，熱量流動就會停止。
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熱量以幾種不同的方式從較熱的物體流向較冷的物體。例如，當小狗擠在一起取暖時，它們正在減少身體（特別是表面積）暴露在較冷空氣中的程度，從而透過兩種方式減少熱量損失：輻射和對流。如果與它依偎在一起的小狗碰巧更溫暖，那麼小狗也會透過另一種方式——傳導——獲得熱量。
材料
• 四個大小和形狀相同的玻璃罐或瓶子，帶有可以丟棄的蓋子（蓋子將在此活動中被刺穿。使用蓋子不比罐子玻璃側面突出的罐子。如果使用罐頭罐，您將需要蓋子的環。）
• 量程上限至少為 200 華氏度的杆式溫度計，例如糖果溫度計
• 大湯鍋
• 釘子
• 錘子
• 量杯
• 水
• 烤箱手套
• 毛巾
• 定時器或秒錶
• 紙和筆或鉛筆
準備工作
• 使用錘子和釘子，小心地在每個罐子蓋子的中心打一個孔，孔的大小足以讓溫度計的杆穿過。如果需要，稍微調整每個孔的形狀（使用釘子），使溫度計的杆筆直——垂直——向下插入罐子。你認為為什麼要測量罐子的核心溫度？
• 將罐子裝滿約四分之三等量的水（每個罐子的水溫相同）。每個罐子將是小狗的模型。
• 將大湯鍋裝滿足夠的水，以便當三個罐子放入鍋中時，罐子內的水位等於罐子外的水位（在鍋中）。
• 使用熱水時要小心。使用爐灶時需要成人監督。
步驟
• 將定時器設定為 10 分鐘或準備好秒錶。
• 將大湯鍋放在爐子上，並將一個罐子放入其中。將溫度計放入罐子中（穿過蓋子的孔），使溫度計在罐子內的水中保持直立。開啟爐子。
• 當罐子內部的水溫達到 190 華氏度時，關閉爐子，立即戴上烤箱手套將罐子從水浴中取出，並用毛巾快速擦乾罐子外部。
• 立即啟動定時器或秒錶。當你這樣做時，寫下罐子內的水溫。然後繼續每兩分鐘測量一次水溫，至少持續 10 分鐘。溫度如何隨時間變化？
• 重複這些步驟，但這次將三個罐子放入鍋中（而不是一個）。將溫度計放入三個罐子中的一個。當罐子達到 190 華氏度時，取出所有罐子，快速擦乾它們並將它們排列成每個罐子的兩側都接觸到另外兩個罐子，形成一個三角形。寫下罐子的初始溫度，然後再次每兩分鐘測量一次溫度，至少持續 10 分鐘。與單獨放置的一個罐子相比，與其他兩個罐子擠在一起的罐子的溫度如何隨時間變化？它們溫度差異最大的時間是什麼時候？
• 總的來說，你的結果告訴你關於小狗和其他溫血動物如何以及為什麼擠在一起取暖的什麼資訊？
• 額外內容：嘗試重複此活動，但比較三個罐子接觸與兩個罐子接觸或與三個罐子間隔一英寸的情況。這些不同配置以及單獨罐子之間的熱量損失如何比較？
• 額外內容：想想你如何在這個活動中為你的小狗模型新增“毛皮”或“脂肪”，然後嘗試一下。這些新增物如何影響熱量損失？
• 額外內容：你可以透過用風扇吹罐子來研究對流造成的更多熱量損失。這如何影響隨時間推移的熱量損失量？ 觀察和結果
與單獨的一個罐子相比，三個擠在一起的罐子是否隨時間推移損失的熱量更少？它們的溫度差異是否在 10 分鐘結束時最大？
隨著時間的推移，你應該已經看到罐子中的水——無論是單獨的還是擠在一起的三組——都損失了熱量，但單個罐子比三個擠在一起的罐子損失熱量更快。罐子中水的溫度應該從大約 190 華氏度開始，因為這是它們從鍋中取出時的瞬時溫度。僅舉一個例子，單獨罐子中的水溫可能在 10 分鐘後降至約 172 華氏度，而一組三個擠在一起的罐子中的水溫可能僅降至約 176 華氏度。（罐子的確切大小和形狀會影響它們散熱的速度，因為與較小量的相同溫度的水相比，較大量的熱水需要更長的時間才能冷卻；罐子的形狀會影響它們的總表面積。）當罐子靠得很近時，就像小狗依偎在一起一樣，它們主要透過傳導來幫助彼此保暖。
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此活動由 科學夥伴合作推出