關鍵概念
吸收
紙
水
分子
介紹
我們都知道,整天洗手可以幫助預防感冒和流感。因此,每天幾次,我們都會打肥皂、擦洗、沖洗,然後使用紙巾——然後再用一張,甚至可能三四張來擦乾。因為誰想要溼手呢?
但是,有沒有辦法透過讓紙巾發揮更大作用來節省一些紙張,讓您只需一張紙巾即可擦乾雙手?這項活動可能有助於您找到答案。
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背景知識
為了理解紙巾如何吸水,我們需要了解一些關於它們是如何製成的知識。
紙巾由磨碎的植物材料製成。如果您透過顯微鏡觀察撕碎的紙片(或在網際網路上查詢一些影像),您會看到一個微小植物纖維網。進一步放大您的紙張將顯示,這些纖維由稱為纖維素的連線糖分子的長鏈組成。水被纖維素吸引,喜歡被吸收並粘附在紙張中的纖維素上。
當您透過顯微鏡觀察時,您是否也看到了纖維之間的空間?這些空隙空間會影響紙張的吸收性:水喜歡聚集在一起並填充這些空間,因為它跟隨被纖維素吸引的水。更多的空間允許吸收更多的水。但是,如果在紙巾之間新增一個微小的空間會發生什麼?紙張之間的空隙空間是否有助於容納更多的水?
材料
五張或更多相同的紙巾——最好是公共洗手間中常見的那種型別(如果您想測試不同型別的紙巾,請選擇每種型別至少五張相同的紙巾。不用擔心浪費幾張紙巾——這項活動可能有助於從長遠來看節省紙張!)
水
可以懸掛紙巾滴水的地方
廚房秤,精度為一克或更高
紙和筆或鉛筆(用於記錄重量)
可以稍微弄溼的工作區
剪刀,用於將紙巾剪小以便小手使用(可選)
準備工作
在您的工作區組裝所有材料。
步驟
展開第一張紙巾(如果您使用的是預摺疊型別)。將其徹底弄溼並懸掛起來,以便所有多餘的水滴出。
當紙巾不再滴水時,用廚房秤稱重。您可以將紙巾堆放在秤上,而不是整齊地摺疊它。將質量記錄在一張紙上。
將相同的紙巾摺疊成三份(如果它不是預摺疊的),然後再摺疊一次,使六層紙巾疊在一起。將其徹底弄溼並懸掛起來——仍然是摺疊的——以便所有多餘的水滴出。您認為這張摺疊的紙巾比未摺疊的紙巾能容納更多、更少還是同樣多的水?
當摺疊的紙巾停止滴水時,用廚房秤稱重。不要展開它;將其放在秤上,然後讀取並記錄其質量。它的重量比溼的未摺疊紙巾更重、更輕還是完全相同?如果存在差異,您認為質量不同的原因是什麼?
既然您已經測量了摺疊和未摺疊的紙巾可以容納多少水,並且可能發現了差異,您認為哪種紙巾更能擦乾您的手?
在您工作區的乾燥處放置一張新的未摺疊紙巾和一張相同的新鮮紙巾,將其摺疊成三份。
弄溼您的雙手,甩動三次以去除大部分水分,然後用未摺疊的紙巾擦乾。您的手感覺完全乾燥、有點乾燥還是仍然很溼?
重複弄溼和甩動您的雙手。嘗試以與第一次相同的方式甩動您的雙手,然後用摺疊的紙巾擦乾。您現在感覺手怎麼樣?與使用未摺疊的紙巾時相比,它們感覺更乾燥、更溼還是同樣乾燥?
如果您用摺疊和未摺疊的紙巾都感覺手很乾燥,請再次嘗試使用半張紙巾,方法如下:將一張紙巾切成兩半,然後分別用未摺疊的半張紙巾和摺疊的半張紙巾擦乾您的手。您現在感覺有區別嗎?
您的發現如何幫助您在完成相同工作的情況下使用更少的紙巾?
附加內容:如果您有更多相同型別的紙巾,請重複測試;完全按照相同的方式執行每個步驟,並注意結果的差異。測得的質量差異變化很大還是隻是一點點?總是摺疊的紙巾還是總是未摺疊的紙巾更重?當使用摺疊的紙巾或未摺疊的紙巾時,您的手總是感覺更乾燥嗎?科學家重複測試以驗證結果。科學家也喜歡讓不同的研究人員使用不同的儀器(如秤)重複他們的研究。如果獨立測試顯示相同的結果,則該測試稱為可重複的。其他實驗者進行的此類重複測試具有更高的科學價值。您能找到一位朋友來幫助您使您的測試具有可重複性嗎?
附加內容:如果您有不同型別的紙巾可用,請使用它們重複測試。您期望得到類似的結果嗎?在全部測試完之後,您發現了什麼?
附加內容:測試其他用於吸收液體的紙製品,例如廚房紙巾、衛生紙、餐巾紙或紙巾。這些紙製品在摺疊時比單層使用時吸收更多的水嗎?哪種型別的紙製品透過摺疊獲益最多?您能解釋原因嗎?
觀察和結果
您是否測量到摺疊的溼紙巾的質量更高,並且當您使用它時您的手感覺更乾燥?這是預期的,因為紙巾層之間的微小空間有助於容納更多的水。
紙張由纖維素製成,水分子喜歡附著在纖維素上。因此,紙張很容易吸水。紙巾特別吸水,因為它們的纖維素纖維之間有空隙空間——微小的氣泡。水分子喜歡聚集在一起,當它們被纖維素吸收並填充空隙空間時,它們會相互跟隨。分層紙巾會產生更多的空間來填充水,這解釋了為什麼您的分層紙巾可以容納更多的水,並且在擦乾您的手時更有效率。
下次您拿起紙巾時,請記住摺疊!您可能會因為知道自己節省了一張額外的紙巾而被使用而感到高興。
清理
讓您的溼紙巾乾燥,然後儘可能回收利用。
這項活動的靈感來自 Joe Smith 的 TEDx 演講“如何使用一張紙巾”。
更多探索內容 紙巾如何吸水? 來自印第安納公共媒體“科學一刻”
如何使用一張紙巾,來自 Joe Smith,TEDxConcordiaUPortland
紙色譜法,來自 Flashbang Science
色譜法:做個色彩偵探,來自《大眾科學》
本活動由科學夥伴合作推出
