關鍵概念
物理學
溫度
熱膨脹
金屬
引言
你喜歡為別人包裝禮物嗎？也許你甚至用剪刀捲過絲帶（或者看過別人這樣做）。你有沒有想過，當你用剪刀刀片沿著絲帶的一側劃過時，絲帶為什麼會捲曲？答案是，當你用剪刀的刀片對絲帶施加壓力時，絲帶的外層會拉伸和膨脹。這使得絲帶的外層比壓在刀片上的內層更長。因此，絲帶會捲曲，以彌補其各層長度的不同。在這個活動中，你也將使材料捲曲。然而，對於這些材料，你不需要剪刀：你將使用熱量代替！
背景
你可能知道或見過，材料在加熱或冷卻時能夠改變其形狀或體積。固體、液體和氣體都是如此，它們都由原子和分子組成。一旦暴露在熱量中，這些分子就開始振動並更快地移動。這使得分子擴散開來並佔據更多空間。因此，材料在受熱時會稍微膨脹。另一方面，當材料冷時，分子移動較少，這使得它們佔據的空間較小。因此，材料在受冷時會收縮。雖然所有材料在受熱時都會膨脹，但它們膨脹的程度並不相同。材料在受熱時膨脹多少由其熱膨脹係數描述。例如，如果將鋁的溫度升高 1 攝氏度，鋁每米會膨脹 21 到 24 微米。
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當物體由多種材料製成時會發生什麼？當加熱時，它們都會以不同的方式膨脹！事實上，有一些特殊的材料稱為雙金屬，它們利用了不同的熱膨脹特性。雙金屬是由兩層不同的金屬夾在一起組成的物體。當雙金屬被加熱時，其中一種金屬會比另一種金屬膨脹得更多。這會導致雙金屬在一個方向上彎曲（或捲曲）——就像禮品包裝的絲帶一樣。由於這種效應，雙金屬通常用於指示溫度變化，例如在指標式溫度計（例如烤箱或冰箱中使用的溫度計）中。在這些溫度計內部，雙金屬線圈連線到指標。當溫度變化時，指標會根據雙金屬線圈的變形量移動。
在這個活動中，你將親眼看到不同的熱膨脹特性如何使物體捲曲。準備好迎接熱力了嗎？
材料
鋁箔
列印紙
剪刀
膠水
帶有堅固底座的蠟燭
打火機或火柴
成人助手
一大罐水或滅火器
其他材料片（塑膠、銅等，可選）
準備工作
剪下四條 0.5 英寸乘 9 英寸的鋁箔條
剪下四條 0.5 英寸乘 9 英寸的列印紙條。
將兩條鋁條粘在一起，使其形成兩層鋁箔。
將兩條紙條粘在一起，使其形成兩層紙張。
將一條紙條粘在一條鋁條的頂部。
用剩餘的鋁條和紙條重複上一步。
在開始活動之前，確保膠水已凝固。
步驟
在成人的幫助下，點燃蠟燭。確保附近有一大罐水或滅火器——以防萬一。
拿起由兩層鋁製成的條帶。在成人的幫助下，小心地將條帶的一端放在蠟燭火焰上方約 1.5 到 2 英寸處。在那裡保持約三秒鐘。鋁條會發生什麼變化？
將鋁條從蠟燭上方移開。小心地觸控條帶上在火焰上方的部分。與條帶的其餘部分相比，感覺如何？
拿起由兩層紙製成的條帶。將條帶的一端放在蠟燭火焰上方約 1.5 到 2 英寸處。在那裡保持三秒鐘，注意不要意外燒壞紙條。這次你注意到什麼？
將紙條從蠟燭上方移開，輕輕觸控條帶上在火焰上方的部分。感覺如何？
接下來拿起一條由鋁和紙製成的條帶。像對待其他條帶一樣，將條帶的一端放在蠟燭火焰上方。使鋁層朝向蠟燭，紙層朝向天花板。將條帶保持在蠟燭上方 1.5 到 2 英寸處三秒鐘。你觀察到什麼？你的結果與之前不同嗎？
將條帶從蠟燭上方移開後，小心地觸控條帶在火焰上方的兩側。兩側感覺相同嗎？
拿起最後一條由鋁和紙製成的條帶。這次將條帶放在火焰上方，紙層朝向蠟燭火焰，鋁層朝上。這次會發生什麼？你能解釋你的結果嗎？
將條帶從蠟燭上方移開，小心地觸控條帶在火焰上方的兩側。你注意到什麼？
附加內容： 當你將鋁條粘到其他材料上時，例如塑膠片或銅片，會發生什麼？你的結果會改變嗎？
觀察和結果
你有沒有看到其中一條條帶在蠟燭火焰上方捲曲？你應該看到了！當你在火焰上方拿著全鋁條帶和全紙條帶時，它們應該沒有變化。這是因為條帶的兩層由相同的材料製成。如果條帶變熱（當你觸控它時應該已經注意到），則兩層膨脹量相同。然而，如果條帶由兩種不同的材料組成，例如你用紙和鋁製成的條帶，則會發生不同的情況。
當將紙/鋁條帶放在火焰上方時，你可能觀察到它立即開始向一個方向彎曲或捲曲。當鋁層朝向蠟燭時，它向上捲曲，當鋁層朝向天花板時，它向下捲曲。這是因為鋁層和紙層在火焰上方時會升溫。由於鋁的熱膨脹係數較高，因此鋁的膨脹量大於紙。由於紙和鋁粘在一起，鋁會從紙條上捲曲開來，以彌補其各層長度的不同——就像捲曲的禮品包裝絲帶一樣！你會在其他由兩種不同材料組成的、具有不同熱膨脹係數的條帶上看到類似的結果。
清理
確保吹滅蠟燭。你可以回收任何未使用的紙張或鋁。
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