核心概念
物理學
液體
氣體
壓力
簡介
你有沒有好奇過，你冰冷的蘇打水罐或水瓶外面那些小水珠是從哪裡來的？那就是冷凝！寒冷的表面會導致空氣中的水蒸氣冷卻下來，凝結並形成微小的液滴。這些微小水滴中的分子比它們處於氣態時聚集得更緊密，併產生更小的壓力——這個事實有一些非常酷的物理含義。
也許你見過經典的科學演示，用一根火柴將一個煮熟的雞蛋“吸”入瓶子中。效果絕對很酷，但是理解它的工作原理很困難。空氣分子的間距不同，並且根據其溫度的高低，產生不同程度的壓力。這是一個有趣的實驗，其中物理現象更容易觀察到，效果更明顯，並且完全不需要煙火。
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背景
分子構成我們周圍的一切，包括空氣，它們處於不斷運動的狀態。水分子越熱，它們移動得越快，從水（它們的液態）變成蒸汽（它們的氣態）。當液態水變成氣體時，不僅分子移動得更快，而且間距也更大。它們會散佈開來，透過互相推擠和推擠它們接觸到的所有其他東西來產生壓力。當我們從蒸汽中移走熱源時會發生什麼？分子再次形成液態水。這稱為冷凝。
我們大氣中的空氣也是一種氣體，它會產生相當大的壓力。本實驗將說明當冷凝蒸汽的壓力變化與相對恆定的空氣壓力對抗時會發生什麼。
材料
• 一個寬頸的大號厚塑膠瓶（一個空的 64 盎司果汁瓶或一個三加侖的飲水機壺很好）。使用較薄的塑膠容器時要小心——熱水會導致它們融化；並避免使用玻璃——沸水會導致玻璃破裂。
• 小而空的充水氣球（多準備幾個，以防破裂。）
• 水
• 爐灶
• 烤箱手套
• 用於燒水的鍋或水壺（處理熱水時請小心並尋求成年人的幫助。）
步驟
• 在爐子上燒一壺水或一鍋水。
• 在等待水沸騰時，用龍頭或軟管將氣球注滿水。不要過度充氣氣球！它應該太大而無法僅透過重力滑過瓶頸，但又不要太大而無法被推入時會爆裂。
• 一旦水迅速沸騰，非常小心地將其倒入瓶中，大約裝滿四分之一。
• 將裝滿水的氣球放在瓶頸中。
• 退後一步，觀看氣球被吸入瓶中。瞭解我們現在對水和蒸汽壓力的瞭解，您認為為什麼會發生這種情況？
• 額外：嘗試繪製一個圖表，其中包括實驗每個階段中空氣和水分子的樣子。請閱讀下面的“觀察和結果”以獲取一些提示。
• 額外：吸力是一個具有誤導性的概念。冷凝蒸汽本身沒有吸引力，就像磁鐵一樣。它實際上並沒有將氣球拉入或吸入瓶中。當蒸汽分子停止從瓶子中向外推，並停止推壓氣球時，瓶子外面的其他東西變得足夠強大，可以將氣球推入瓶中——而這並不是重力。那會是什麼？
• 額外：如果氣球太大怎麼辦？為什麼？觀察和結果
當水被加熱時，其分子開始快速移動，將其中的一部分轉化為氣態：蒸汽。處於氣態時，水分子之間的間距更大，並且佔據更多空間。瓶內外壓力達到平衡狀態，意味著它們是相同的。為什麼？由於瓶頸沒有阻塞，膨脹的蒸汽可以從瓶內移動到周圍的空氣中。
這是所有事情發生變化的時候：當瓶中的蒸汽開始冷卻，並且我們將氣球放在瓶頸中時。在沒有熱量的情況下，瓶內的水分子開始冷凝——也就是說，它們開始從蒸汽變回液態水。當物質從氣態變回液態時，分子佔據的空間要小得多，產生的壓力也小得多。實際上，冷凝蒸汽會在瓶內形成區域性真空——一個比周圍大氣壓力低得多的區域。請記住，與冷凝蒸汽不同，瓶子外部的空氣不會改變，仍然會產生自身的壓力。我們稱這兩個區域之間產生的差異為壓力梯度。壓力不容易平衡，因為氣球會阻止氣體從一個區域流入另一個區域。那麼會發生什麼呢？外部的氣體（空氣）比內部的氣體（冷凝蒸汽）推得更用力，因此氣球被推入並拉入瓶中。
描述發生情況的另一種方法是使用“吸力”一詞，因為水球被吸入瓶頸並進入瓶中。但是吸力可能是一個具有誤導性的概念！當我們談論“吸力”時，我們真正談論的是在沒有相等反作用力的情況下，液體或氣體作用於物體上的力。您只需吸走空水瓶中的空氣就可以將其壓碎。外部氣壓是導致瓶子塌陷的原因，因為您已經移走了內部向後推的空氣！
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