3D有趣實驗：越熱燈越亮

3D有趣實驗：越熱燈越亮
國立臺北教育大學自然科學教育系 碩士班湯筑翔

前言

當含有電解質的水溶液中知陰離子與陽離子的濃度越高，溶液的導電度隨之提升。本實驗利用硝酸鉀溶解度隨溫度提升之特性，並搭配電解質的性質，使燈泡的亮度隨溫度提升而增加。

實驗影片

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3D偏光影像：需要有3D螢幕與搭配的3D眼鏡，能觀看此部影片的3D效果。

http://youtu.be/Y9rUr4D5I5A (1920×1080 半寬)

http://youtu.be/DefzIGLeVUo (1920×1080 全寬)

3D紅藍影像：一般螢幕搭配戴紅藍眼鏡，能觀看此部影片的3D效果。http://youtu.be/39rshPc5G8A

2D影像：一般螢幕直接觀看。http://youtu.be/G5V6DNRJxus

藥品與器材

1. 電池組 6V-12V （或電源供應器）
2. 鱷魚夾電線三條
3. 燈泡一個
4. 電極兩個（銅片、鐵絲、碳棒均可）
5. 燒杯兩個
6. 酒精燈一個
7. 鐵架一座
8. 陶瓷纖維網一張
9. 溫度計一支
10. 硝酸鉀

實驗步驟

1. 將裝置如圖一配置（此階段不需加入硝酸鉀）。
    圖一
   
2. 將燒杯加入純水後放入電極，並打開電源觀察燈泡是否發亮。
3. 在裝有純水的燒杯中加入硝酸鉀，直至飽和。
4. 在裝有飽和硝酸鉀水溶液的燒杯中放入電極，並打開電源，觀察燈泡是否發亮。
5. 在裝有飽和硝酸鉀水溶液的燒杯加入過量硝酸鉀，放入電極，置於鐵架上，裝置如圖二所示。
    圖二
6. 打開電源後點燃酒精燈開始加熱燒杯。
7. 觀察水溶液溫度與燈泡亮度。
   
8. 等待鋁箔冷卻後打開鋁箔，取出乾餾後的產物。

原理和概念

電解質是指可以產生自由離子而導電的化合物。通常指在溶液中導電的物質，一般常見的電解質分為酸類、鹼類以及鹽類，本實驗所使用之硝酸鉀屬於鹽類。當電解質溶於水匙即發生解離現象，產生帶有正電的陽離子以及帶有負電的陰離子；當接上電源時會產生電位差，使離子移動產生電流。當溶解質的濃度越高，離子濃度隨之提升，導電性亦隨之增加。

本實驗中，未進行加熱時，燒杯底部尚有未溶解硝酸鉀，此現象為溶液飽和所致；開始加熱後溫度提升了硝酸鉀對水的溶解度，使得硝酸鉀的濃度增加，溶液導電性也隨之上升，燈泡就變得更亮了。

教學提示

1. 所需電壓約為6V，但因各實驗用品之導電性以及電阻皆有不同，應該實驗進行前，先行測試當電極置於飽和硝酸鉀水溶液時，使燈泡發亮所需電壓為何。
2. 使學生觀察燒杯裝入水時，飽和硝酸鉀時，以及加熱時之燈泡亮度。
3. 由於硝酸鉀加熱後對水的溶解度極高，因此燒杯中水量不宜過多，以免導致溶液滿溢之現象。
4. 使用酒精燈加熱時，須於通風地點。
5. 本實驗為觀察溫度對水溶解度提升，以及電解質導電性之現象，所使用藥品應避免在加熱以及溶液通電後產生有毒氣體。如食鹽水 (NaCl) 經通電電解後產生氯氣。

安全

1. 進行本實驗必須戴上手套和安全眼鏡與實驗衣，並在通風良好的環境下進行。
2. 電解質應選擇無有害廢棄物之電解質。
3. 進行本實驗時需要有教師在旁指導，切勿自行實驗。

廢棄物處理

實驗後之硝酸鉀水溶液屬於無機廢液，應倒入廢液桶收集。

參考資料

邱美虹、林世洲、湯偉君、周金城、張榮耀、王靖璇(2005)。科學創意實驗書。台北市：洪葉文化事業有限公司。