核心概念
物理學
氣體
壓力
溫度
體積
氣體定律
引言
如果您有露營或在家制作烤棉花糖甜點後剩下的棉花糖，您可以將它們用於科學探索！您是否意識到這種粘性美味的零食主要是空氣，被困在一種有彈性的物質中？您是否嘗試過在不弄髒手的情況下膨脹棉花糖？您是如何做到的？它變得有多大？在此活動中，您將“吹脹”一些棉花糖——用空氣。您可能“看不到”像空氣這樣的氣體，但它能幫助棉花糖膨脹嗎？準備好享受樂趣並感到驚訝吧！
背景
在日常生活中，我們觀察到物質以固態、液態或氣態存在。在固體和液體中，構成物質的粒子密集堆積。當它們被推到一起時，它們無法靠得更近，這使得固體或液體的體積或多或少是固定的。
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另一方面，構成氣體的粒子會擴散並佔據它們所擁有的所有空間。通常有很多機會將這些粒子擠壓在一起並將它們包含在較小的體積中——或者給它們更多的空間並允許它們佔據更大的體積。當被限制在較小的體積中時，這些粒子會更頻繁地撞擊牆壁，從而對牆壁產生更大的壓力（稱為波義耳定律）。當您保持相同的限制但增加溫度時，這些粒子開始移動得更快，更劇烈地撞擊牆壁，再次增加牆壁上的壓力（蓋-呂薩克定律）。當您設法保持壓力恆定時，溫度升高（或更劇烈的碰撞）將導致牆壁向外移動，體積膨脹（查爾斯定律）。
現在，這與棉花糖有什麼關係呢？這種粘性的零食中有空氣——這是一種氣體——被困在一種有彈性的物質中。這種彈性允許氣泡隨著氣泡內壓力的變化而膨脹和收縮。氣體定律會幫助我們創造一個巨大的棉花糖嗎？試試這個活動來找出答案！
材料
棉花糖（常規尺寸的效果最佳。如果您使用窄口瓶，您還需要一袋迷你棉花糖。）
真空泵。（廚房真空泵或葡萄酒保鮮泵都可以。）
帶蓋的玻璃罐（可切割的）（或者，一個帶有適合葡萄酒保鮮泵瓶頸的玻璃瓶）
剪刀（可能還有釘子），供成人用來在罐蓋上切一個孔
可微波加熱的盤子
刀
微波爐
準備工作
當使用帶蓋的玻璃罐和葡萄酒泵時，請一位成人在罐蓋上打一個孔，以便真空泵緊密貼合。這將允許您使用葡萄酒保鮮泵從罐中抽出空氣。（我們發現，先用釘子打一個小孔，然後將剪刀的刀片擰入小孔中，將孔擴大，效果很好。）
將棉花糖放入玻璃罐或瓶中，直到罐或瓶子大約半滿。如果常規尺寸的棉花糖可以透過罐頸，請使用常規尺寸的棉花糖；如果需要，可以使用迷你尺寸的棉花糖。
將蓋子放回玻璃罐上。
如果您稍後將使用葡萄酒保鮮泵，請將隨附的瓶塞插入蓋子上的孔中，或者如果您使用的是窄口瓶，則插入瓶頸中。將其放在一邊。
步驟
將一個棉花糖放在盤子上，將其切成兩半。這種物質看起來像什麼？您是否看到棉花糖是一種泡沫，或者是一種氣體（在這種情況下是空氣）被困在固體中？
空氣是一種氣體，空氣存在於罐子或瓶子中的棉花糖周圍，正如我們剛剛發現的那樣，也存在於棉花糖內部。空氣（或任何氣體）是給定空間內四處飛舞的微小粒子的集合。當它們移動時，它們會撞擊它們的限制牆壁，將其向外推。您認為如果從棉花糖周圍帶走一些空氣（或飛速移動的粒子）會發生什麼？撞擊棉花糖的空氣粒子會減少嗎？結果，棉花糖可能會發生什麼？測試一下看看！
請一位成人使用真空泵從罐子或瓶子中抽出空氣。您認為為什麼泵只從棉花糖周圍的空氣中抽取空氣粒子，而不是從棉花糖內部的氣體中抽取空氣粒子？您能看到棉花糖發生變化嗎？如果能，如何變化？
現在，讓一些空氣流回罐中。您現在觀察到了什麼？您能解釋為什麼會發生這些變化嗎？
在接下來的步驟中，您將研究一些不同的內容：如果您在微波爐中加熱棉花糖會發生什麼。您的預測是什麼，您認為為什麼會發生這種情況？
將一個常規尺寸的棉花糖放在一個可微波加熱的盤子上。請一位成人將微波爐調至高火併加熱棉花糖 20 到 30 秒。在棉花糖加熱時，透過微波爐的窗戶觀察。您能看到棉花糖發生變化嗎？如果能，如何變化？這與您預期的相同嗎？
開啟微波爐門，觀察棉花糖冷卻。（小心，不要觸控棉花糖——它會很燙！）棉花糖在冷卻時如何變化？您認為為什麼會這樣？
額外：您能在廚房裡找到其他可以替代此活動中棉花糖的泡沫物質嗎？也許是巧克力慕斯或酵母麵包的麵糰？您預計當您從周圍抽出空氣或加熱它們時，它們會如何變化？
額外：下次您烤棉花糖時，請仔細觀察並詳細檢查。它像在微波爐中那樣在所有地方膨脹，還是隻在側面膨脹？您認為為什麼會這樣？您能否找到烤棉花糖會使其呈現棕色，而在微波爐中加熱則會使其保持白色的原因？什麼會導致這種顏色變化？烤過的棉花糖冷卻後會變回白色嗎？還是冷卻後仍然是棕色的？如果您知道物理變化和化學變化之間的區別，您能否判斷這種褐變是物理變化還是化學變化？
額外：詢問一位成人是否可以給腳踏車輪胎放氣。您觀察到了什麼？閥門中冒出的是什麼？結果，輪胎會發生什麼？使用腳踏車打氣筒重新給輪胎充氣。現在會發生什麼？您能看到真空泵和腳踏車打氣筒非常不同但又相關嗎？
觀察和結果
您是否看到棉花糖膨脹和擴張？這正如氣體定律所預測的那樣，如下所述。
棉花糖是透過將糖和水的溶液發泡到明膠中而製成的，將氣泡困在基質中。明膠使棉花糖具有彈性。氣泡中的氣體會將黏稠的物質向外推，而棉花糖周圍的氣體（或空氣）則將物質向內推，在您從袋子中取出的棉花糖的精確尺寸下達到穩定。
透過將棉花糖放入罐子或瓶子中並使用真空泵，您可以去除棉花糖周圍的氣體。當棉花糖周圍可用的氣體越來越少時，氣泡中的氣體會不斷向外推。氣泡膨脹，棉花糖膨脹起來。當空氣流回罐子或瓶子中時，氣泡需要在棉花糖外壁上不斷增加的推力下屈服，因此它們會縮小回原來的大小。這說明了波義耳定律，該定律指出，當其他所有變數保持不變時，如果壓力降低，則氣體膨脹。
當在微波爐中加熱棉花糖時，棉花糖內部的一些水分會蒸發，從而向氣泡中新增氣體。此外，較熱的氣體會以更大的力向外推。新增氣體和加熱都會導致氣泡膨脹，從而導致棉花糖膨脹。這是意料之中的，瞭解以下兩個氣體定律（有關其他背景，請參見下面的“更多探索”）：道爾頓定律指出，當沒有其他變數改變時，當新增更多氣體時，氣體膨脹；查爾斯定律指出，當沒有其他變數改變時，當溫度升高時，氣體膨脹。
清理
如果您使用乾淨的裝置，如果願意，棉花糖可以安全食用。用肥皂水清洗所有裝置。
更多探索 兒童物質狀態，來自 Smart Learning for All
氣體定律，來自普渡大學
棉花糖：展示物理學原理的完美媒介，來自 Smithsonian.com
甜蜜科學：製作棉花糖，來自大眾科學
此活動由科學夥伴合作呈現
