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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40ml15cm清水自然冷卻的情形010203040506070800510152025冷卻時間(分)溫度(。C)上中下 清水自然冷卻1.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。2.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。3.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t1tt2T2T140℃假設冷卻到40℃的時間為tt2–t1t–t1T1–T2T1–40=清水冷卻至40℃上層中層下層冷卻時間(分)14.3814.3010.87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01020304050607080051015202530冷卻時間(分)溫度(。C)上中下 鋁箔紙隔熱冷卻冷卻至40℃上層中層下層亮面朝內冷卻時間霧面朝內冷卻時間23.8523.7116.85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010203040506070800510152025冷卻時間(分)溫度(。C)上中下 加入紅色色素10滴自然冷卻的情形010203040506070800510152025冷卻時間(分)溫度(。C)上中下 加入綠色色素5滴自然冷卻的情形0102030405060700510152025冷卻時間(秒)溫度(。C)上中下 加入綠色色素10滴自然冷卻的情形0102030405060708005101520冷卻時間(秒)溫度(。C)上中下 加入藍色色素5滴自然冷卻的情形0102030405060708005101520冷卻時間(秒)溫度(。C)上中下 加入藍色色素10滴自然冷卻的情形01020304050607002468101214冷卻時間(秒)溫度(。C)上中下 各色水溶液冷卻至40℃上層中層下層淺紅14.7714.1910.57深紅15.5015.6011.86淺綠15.7015.2314.50深綠11.5911.539.27淺藍11.5711.628.00深藍8.358.116.36各色水溶液冷卻至40℃1.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。2.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。3.同一種顏色深色的冷卻速率幾乎都比淺色快。加入墨汁5滴自然冷卻的情形0102030405060708005101520冷卻時間(秒)溫度(。C)上中下 加入墨汁10滴自然冷卻的情形0102030405060708005101520冷卻時間(秒)溫度(。C)上中下 墨水冷卻至40℃上層中層下層5滴墨水12.6712.468.8210滴墨水12.2712.219.13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C3.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40℃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