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1、水溶液自然冷卻的探討,組別：物理組 組員：余文中 歐政寰 許善策 指導老師：林勁曄,研 究 動 機,從去年學測題目談起： 小明使用鋁箔包裹食物放在架上加熱，已知鋁箔的一面光滑明亮，另一面則為粗糙的霧面，則關於上述加熱方式之敘述何者最適當？(A)熱源對鋁箔加熱，鋁箔再將熱量傳給食物，這過程稱為熱對流(B)以相同方式加熱時，鋁箔的亮面應比霧面更容易吸收熱輻射(C)鋁箔容易導熱，故使用鋁箔包裹食物，可使食物受熱較均勻(D)鋁箔難以導熱，可以避免食物被燃燒旺盛的熱源烤焦。,研 究 目 的,探討固定時間間隔，高溫水自然冷卻至室溫的溫度變化情形。 探討鋁箔紙亮面、霧面對於自然冷卻的影響。 探討不同顏色的水
2、溶液，自然冷卻的情形。 利用太白粉溶液，探討黏稠溶液對於自然冷卻的影響。,實 驗 器 材,1.40ml試管 2.電子溫度計 3.碼錶 4.電子天平 5.250ml燒杯 6.量筒 7.食用色素(紅、綠、藍) 8.墨汁 9.鋁箔紙 10.太白粉 11.玻棒 12.恆溫槽,清水 自然冷卻 的探討,取250ml的清水一杯 置入恆溫槽中加熱至80度 分別倒入40ml的試管冷卻,並開始以碼錶計時 1分鐘後,開始測量數據(每2分鐘一循環) 到達室溫(35度)即停止測量,上,中,下,40 ml,15 cm,清水 自然冷卻的情形,清水 自然冷卻,上層溶液與中間溶液冷卻速率相似，但 底端冷卻速率比上層及中層快。
3、冷卻並非規律性，也就是單位時間冷卻的溫度並不相同，溫度越高冷卻速度越快。 冷卻階段約分成兩段斜率，40 之前冷卻速率快， 40 之後冷卻速率慢。,內插法 計算溫度,t1,t,t2,T2,T1,40 ,假設冷卻到40 的時間為 t,t2 t1,t t1,T1 T2,T1 40,=,清水 冷卻至40 ,鋁箔紙 隔熱冷卻 的探討,取250ml的清水一杯 置入恆溫槽中加熱至80度 分別倒入4瓶各40ml,外包鋁箔紙(亮面或霧面)的試管內,並開始以碼錶計時 1分鐘後,開始測量數據(兩分鐘一循環) 到達室溫(35度)即停止測量,鋁箔紙亮面朝內冷卻情形,鋁箔紙霧面朝內冷卻情形,鋁箔紙 隔熱冷卻 冷卻至40
4、,染色水溶液 自然冷卻 的探討,取250ml的清水一杯,加入各色食用色素 置入恆溫槽中加熱至80度倒入40ml的試管內 一分鐘後,開始測量數據(每兩分鐘一循環) 到達室溫(35度)即停止測量,加入紅色色素5滴自然冷卻的情形,加入紅色色素10滴自然冷卻的情形,加入綠色色素5滴自然冷卻的情形,加入綠色色素10滴自然冷卻的情形,加入藍色色素5滴自然冷卻的情形,加入藍色色素10滴自然冷卻的情形,各色水溶液 冷卻至40 ,各色水溶液 冷卻至40 ,如同清水，上層溶液與中間溶液冷卻速率相似，但底端冷卻速率比上層及中層快。 紅色及淺綠色冷卻至40與清水相似，深色系列冷卻速率比水快。 同一種顏色深色的冷卻速率
5、幾乎都比淺色快。,加入墨汁5滴自然冷卻的情形,加入墨汁10滴自然冷卻的情形,墨水 冷卻至40 ,純水加入太白粉自然冷卻的探討,1.配置每100ml+3公克及5公克太白粉溶液 2.置入恆溫槽加熱至80度C 3.倒入40毫升試管內,並碼錶計時 4.在1分鐘後,測量1次溫度,並紀錄 5.每隔4分鐘,測1次溫度,並紀錄 6.測至室溫(35度C),並停止測量,實驗遇到的問題,問題: 1.溫度計感應太慢. 2.時間差比較沒辦法控制. 解決方法: 1.將時間差調久一點,以讓溫度計感應. 2.用碼錶計時,減少時間的誤差.,溶液底端溫度明顯下降速率比較快，太白粉水溶液尤其明顯。 單位時間冷卻的溫度並不相同，約4
6、0之前冷卻較快，40之後冷卻速率慢 外包鋁箔紙具有保溫的效果，冷卻速率比不包的時候慢，外包鋁箔紙具有減少熱由輻射散失的效果。,結 論,淺色系列(紅色)，溶液冷卻速率與清水相似，若加入深色染料(藍色 黑色)，冷卻速率會加快，這是深色的輻射冷卻的速率加快的原因。 太白粉溶液上、下分層明顯，是溶液對流現象不明顯所造成。,結 論,參 考 資 料,1.中華民國44屆中小學科學展覽會(國小組 奇妙的顏色) 2.自然與生活科技2上 第4章 溫度與熱(民95）臺北縣：康軒文教事業 3.中華民國44屆中小學科學展覽會(國中組 尋找自然冷卻的規律性) 4.張玲霞(民91) 熱力超感應 台北縣新店市:泛亞國際文化,感 謝,感謝指導老師-林勁曄老師 感謝獨立研究努力的同學 余文中,許善策,歐政寰 最後 謝謝各位評審及同學,
