3D有趣的實驗：大氣壓力的力量

3D有趣的實驗：大氣壓力的力量
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

一莫耳的水18克，體積約18毫升，100℃的水加熱變成100℃的水蒸氣，體積可達30586毫升，體積膨脹1700倍。當我們在奶粉罐裡加入少許的水加熱使其沸騰，此時將鐵罐密封起來，水在沸騰後變成水蒸氣時體積膨脹最高可達1700倍。相反的，當水蒸氣變成水時，體積縮小1700倍。於充滿水蒸氣的鐵罐外澆冷水讓奶粉罐降溫，裡面的水蒸氣因為降溫凝結成水，體積也縮小1700倍，體積瞬間縮小，導致奶粉罐外的大氣壓力的擠壓，使瓶內往內收縮而變形。

實驗影片

3D 有趣實驗:神奇的大氣壓力，上傳Youtube網站，

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藥品與器材

1. 附鐵蓋的奶粉鐵罐8公斤或2.4公斤一罐。
2. 酒精燈一個。
3. 三腳架一個。
4. 鑽洞的鑽子一支。
5. 打火機一個。
6. 手套一組。
7. 水桶一個。
8. 大水盆一個。
9. 抹布一條。
10. 燒杯一個。
11. 螺絲釘一個。
12. 螺絲起子一隻。

實驗步驟

1. 準備一個附鐵蓋的奶粉罐，在鐵蓋上先鑽一個洞。
   
2. 在奶罐裡加入約10c.c.的水。
   
3. 將鐵罐蓋子蓋起來，用熱溶膠將奶粉罐封起來。
   
4. 將奶粉罐放在酒精燈上加熱，若水量不多，罐中的水很快就會沸騰。
   
5. 當奶粉蓋上的孔洞冒出水蒸氣，表示奶粉罐裡的水已經沸騰，水蒸氣冒出一會後，迅速用螺絲將奶粉蓋上的洞封起來（記得要戴上手套操作此步驟）。
   
6. 將酒精燈熄滅，戴上手套將奶粉罐移到大水盆內，準備一大桶水，將水倒在奶粉罐上。
   
7. 當溫度下降時，奶粉罐裡的水蒸氣因為降溫凝結成水，體積迅速縮小。因為體積瞬間縮小，導致奶粉罐外受大氣壓力往瓶內壓縮而變形。
   
   

教學提示

1. 奶粉罐加熱的過程中要注意觀察奶粉蓋孔洞冒出的水蒸氣，當冒出大量的水蒸氣表示奶粉罐中的水已經沸騰，此時可以將孔洞封起來。水蒸氣是看不見的，看到的冒出的白煙代表您水蒸氣遇冷凝結的小水滴，冬天實驗觀察會比夏天明顯。
2. 因為本實驗已知是內收縮，因此若找不到合適螺絲將奶粉蓋上的洞封住，也可以使用黏土等耐熱材質將洞口封住。

安全

1. 千萬不可以將尚未戳洞的密封鐵罐直接加熱，會產生爆炸的危險。
2. 奶粉罐加熱後要注意溫度，記得戴著手套操作實驗步驟。
3. 將奶粉罐放入大水盆前，要在水盆裡先放條濕抹布，以免奶粉罐底部溫度過高，將塑膠水盆熔化。
4. 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

無特別廢棄物，實驗後的奶粉罐與螺絲釘要資源回收處理。

參考資料

1. 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。