主要概念
物理
氣體
壓力
體積
波義耳定律
簡介
你可能以前開啟過蘇打水，液體會立刻從瓶子裡噴出來，弄得一團糟。為什麼會這樣？這與為了使液體產生氣泡而新增到液體中的二氧化碳氣體有關。開啟瓶子會釋放內部積聚的壓力，導致氣液混合物衝出瓶子。在這個活動中，你將藉助充氣和充水的氣球來演示氣體如何根據其壓力改變體積。
背景
固體、液體和氣體之間的區別在於粒子（分子或原子）的行為方式。固體中的粒子通常以規則的模式緊密排列。儘管液體中的粒子也很接近，但它們能夠自由移動。然而，氣體粒子分佈廣泛，佔據大量空間。它們會繼續擴散到任何可用的空間。這意味著與液體和固體相反，氣體的體積不是固定的。17世紀的化學家和物理學家羅伯特·波義耳發現，氣體的體積（即它所佔據的空間大小）與其壓力相關，反之亦然。他發現，如果你給氣體加壓，它的體積會收縮。如果你降低它的壓力，它的體積會增加。
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當您給腳踏車輪胎充氣時，您可以觀察到波義耳定律的實際應用。當你把空氣泵入輪胎時，輪胎內的氣體分子會被壓縮並緊密地擠在一起。這增加了氣體的壓力，它開始推壓輪胎壁。你可以感覺到輪胎如何加壓和變得更緊。另一個例子是汽水瓶。為了將二氧化碳氣體壓入液體中，通常用氣體對整個瓶子加壓。只要瓶子是封閉的，就很難擠壓，因為氣體被限制在一個小空間內，並推壓瓶子的壁。但是，當你取下瓶蓋時，可用的體積會增加，一些氣體逸出。同時，它的壓力降低。
波義耳定律的一個重要演示是我們自己的呼吸。吸氣和呼氣基本上意味著增加和減少我們胸腔的體積。這會在我們的肺部產生低壓和高壓，導致空氣被吸入我們的肺部並離開我們的肺部。在這個活動中，你將建立你自己的波義耳定律演示。
材料
至少兩個小氣球，如水氣球
大型塑膠注射器（約60毫升效果良好），例如兒童口服藥用注射器（在大多數藥店有售）。確保它是氣密的並且沒有針頭。
剪刀
水
準備
使用注射器向一個氣球中注入少量空氣，使其仍然可以放入注射器內部。將氣球紮緊，並修剪掉結以外多餘的氣球材料。
用注射器裝滿水。
使用注射器向另一個氣球中注入一些水，使其與充氣氣球的大小相同。用結紮緊開口，並修剪掉結後剩餘的材料。
從注射器中取出活塞，使其大端開口。
步驟
將充氣氣球放入注射器背面的大開口內。將活塞插入注射器，嘗試將氣球推入注射器的尖端。將活塞推入有多困難？注射器內的空氣會發生什麼變化？
再次拉回活塞，將氣球移動到注射器的中間。然後用一根手指關閉注射器的前端開口（尖端），再次將活塞推入注射器。你注意到了什麼？當你將活塞推入時，氣球看起來或改變了什麼？
從注射器的尖端鬆開你的手指。將氣球放入注射器的尖端，並將活塞推入注射器，直到它接觸到氣球。然後用你的手指關閉注射器的尖端，並將活塞全部拉回。氣球的形狀會改變嗎？如果是，如何改變？你能解釋為什麼嗎？
用充水氣球替換注射器內的充氣氣球。然後將活塞放入注射器。用你的手指關閉注射器的尖端，並將活塞儘可能地推入注射器。這次氣球發生了什麼變化？
從注射器的尖端鬆開你的手指，並將活塞一直推入注射器，直到它接觸到注射器尖端的氣球。然後再次用你的手指關閉注射器的尖端，並嘗試將活塞儘可能地拉回。充水氣球會發生什麼？它的行為與充氣氣球不同嗎？如果是，如何不同以及為什麼？
額外：使用相同的設定，但這次除了充氣氣球和充水氣球外，還在注射器中加水。然後關閉注射器的尖端，並嘗試將活塞壓入注射器並再次拉出。這次發生了什麼？注射器內的水有什麼不同？
觀察和結果
你看到充氣氣球內的空氣收縮和膨脹了嗎？在沒有用手指關閉注射器尖端的情況下，你可以輕鬆地推動活塞。空氣可以透過注射器尖端的開口逸出。但是當你用手指關閉注射器時，空氣就不能再逸出了。如果你按下活塞，你就會增加空氣的壓力，因此氣球內的空氣會收縮或減少其體積。你應該看到充氣氣球收縮並變小了。當你關閉注射器的開口並將活塞拉回時，會發生相反的情況。這次你降低了注射器內部空氣的壓力，它的體積增加了。結果，充氣氣球膨脹並變大：這是波義耳定律的完美演示！
充水氣球的結果看起來不同。儘管你在按下活塞時壓縮了注射器內的空氣，但氣球內的水不會被壓縮。氣球保持相同的大小。當在關閉注射器尖端的同時拉出活塞時，水氣球也保持其形狀。與氣體相反，液體是不可壓縮的，因為它們的粒子已經非常接近。波義耳定律僅適用於氣體。
如果你也向注射器中注滿了水，那麼你應該仍然看到在將活塞推入注射器時，充氣氣球會收縮。當在注射器尖端關閉的情況下將活塞拉出時，充氣氣球也應該膨脹。但是，你可能已經注意到，你無法像使用充氣注射器那樣將活塞推入和拉出那麼遠。這再次是因為液體不能像氣體一樣被壓縮的事實。當嘗試在帶有充水氣球的充水注射器中推入或拉回活塞時，你也應該觀察到這一點。可能無法移動活塞！
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