核心概念
物理學
氣壓
密度
熱容
溫度
簡介
炎熱的夏天是去海灘並在涼爽的海水中降溫的絕佳時機。但不僅僅是海水在海灘上具有降溫作用。你有沒有注意到，似乎總有一股涼爽的微風從海洋吹向海岸？風是從哪裡來的？在這個活動中，你將構建一個海洋和海灘的模型來找出答案——這樣你就會知道為什麼會吹海風了！
背景知識
如果讓你描述風，你可能會說它是空氣從一個地方到另一個地方的移動。但是你有沒有想過是什麼使空氣移動的？這一切都始於太陽加熱地球表面。並非每個表面的加熱方式都相同：有些表面需要更長時間才能變暖，而另一些表面則會立即變熱。這是因為不同的材料具有不同的熱容。熱容低的表面會快速加熱和冷卻，而熱容高的表面則需要更長的時間才能做到這一點。水的比熱容較高，這意味著需要大量的熱量才能提高其溫度。另一方面，海灘沙子的比熱容較低，在陽光下會很快變熱，當你在沙灘上赤腳行走時，你可能已經注意到了這一點。但是，水和沙子的溫度與風有什麼關係呢？
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海灘上方的空氣由於熱沙而變暖。隨著空氣變熱，它的密度會降低並上升。膨脹的空氣導致氣壓下降（空氣在特定位置對地球表面施加的壓力）。暖空氣上升，導致低氣壓，而冷而密集的空氣導致高氣壓。在海洋上方，由於海水溫度較低，空氣會冷卻下來。這導致空氣變得更密集，形成區域性高氣壓區。
海灘和海洋上方的氣壓差異是導致我們感知為風的空氣運動的原因。為了平衡這兩個區域的壓力，來自高壓區（海洋）的空氣會衝向低壓區（海灘），並取代上升的空氣。這種氣流的結果是從海洋吹向海灘的涼爽微風。海風的強度取決於陸地和海洋之間的溫度差異。溫度梯度越高，風就越強。在晚上，這種海風會變成陸風，因為日落後，由於其較低的熱容，沙子會比水冷卻得快得多。一旦沙子變得比海洋冷，氣流模式就會反轉。想親眼看看嗎？在這個活動中建立你自己的海風——不需要真正的海洋或海灘！
材料
兩個大小相同的烤盤，最好是玻璃的
沙子（足夠填滿一個烤盤）
無風的工作空間
鍋
爐子
香
打火機
成年人助手
冰水
熱水
冰箱
大型紙板箱（可選，如果需要遮擋任何微風）
溫度計（可選）
準備工作
將沙子放入鍋中，並在成年人的幫助下在爐子上加熱，直到摸起來很熱（大約70至80攝氏度）。
步驟
將熱沙放入其中一個烤盤中。小心地用手指感覺沙子。沙子有多熱？
將另一個烤盤裝滿冰水。用手指感覺水的溫度。水有多冷？
將烤盤彼此相鄰放置在沒有外界風的地方。你可以使用紙板箱來遮擋烤盤免受任何氣流的影響。
確保烤盤上方沒有空氣流動。然後，在成年人的幫助下，點燃香。一旦它產生大量煙霧，將其放在沙子和冰水烤盤之間。觀察烤盤上方煙霧的運動約一分鐘。煙霧會往哪裡去？它是吹向沙盤還是冰水盤？你能解釋為什麼嗎？
倒空兩個烤盤，讓沙子冷卻至室溫。然後，在一個烤盤中裝滿室溫的沙子，在另一個烤盤中裝滿室溫的水。用手指感覺沙子和水的溫度。兩者的溫度差別很大嗎？
將兩個烤盤再次彼此相鄰放置在你的防風區域。使用同一根香，並將其放在兩個烤盤之間。這次煙霧會往哪裡去？
接下來，將裝有沙子的烤盤放入冰箱中約10至15分鐘。在沙子冷卻時，在爐子上將水加熱至約70至80攝氏度。在第二個烤盤中用熱水替換室溫的水。
一旦沙子冷卻，水被加熱，將烤盤再次彼此相鄰放置在你的防風區域。
再次將香放在烤盤之間，並觀察煙霧朝哪個方向移動。它是朝沙子移動還是朝水移動？你能解釋為什麼嗎？
額外：使用水和沙子之間的其他溫度差異重複此活動。需要多大的溫差才能觀察到海風或陸風？
額外：你在礫石海灘上的觀察結果會有所不同嗎？用鵝卵石代替沙子，然後重複該活動以找出答案！
額外：你的結果會受到外界風的影響嗎？移除你的防風罩或在有風的區域重複該活動，看看你的氣流是如何受到影響的。
清理
確保完全熄滅香。如果你獲得許可，請將沙子扔到外面，或將其扔到垃圾桶中。用溫水和肥皂清潔你的烤盤。
觀察和結果
你能看到你如何建立了一個小海灘模型嗎？裝有沙子的烤盤代表海灘，裝有水的烤盤代表海洋。你像太陽在海灘上加熱沙子一樣在爐子上加熱了沙子。當沙子比水熱得多時，你應該看到香的煙霧穩定地從水流向沙盤。這種氣流是由沙子和水之間的溫度差異引起的。熱沙上方的空氣會加熱並開始上升，因為它的密度降低，從而形成區域性低氣壓區。在冷水盤上方，空氣會冷卻並變得更密集，從而形成區域性高氣壓區。為了平衡氣壓差異，空氣從高氣壓區（水盤）移動到低氣壓區（沙盤），煙霧也隨之被帶走。
如果你消除溫度差異，就像你在第二次測試中所做的那樣，就不會產生氣流。沙子和水上方的空氣具有相同的氣壓，這就是為什麼除非有外界氣流，否則你不會看到煙霧朝著特定方向移動。在最後一次測試中，你建立了從沙子到水的陸風，這發生在晚上，當空氣從海灘流向海洋時。在這種情況下，沙子比水冷，這會由於海灘和海洋上方的氣壓變化而反轉氣流。
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