對流趣味實驗
2008-12-31 00:00:00徐雙華
物理教學探討 2008年14期
對流原理告訴我們：熱空氣往上運動，冷空氣往下運動。這可以通過實驗來驗證。而這種實驗做來還很有趣。
實驗一：水的對流
取一只潔凈的800毫升的玻璃燒杯，在其底部中心放上1顆稍大的紫紅色高錳酸鉀晶體顆粒。然后小心翼翼地往杯內注水，盡可能不擾動高錳酸鉀顆粒。再將燒杯置于三腳鐵支架上(注意請別墊石棉網)，用酒精燈火焰對準燒杯底部中心加熱，如下圖所示。隨著燒杯底部中心處水溫升高，粉紅色的水流向上部升騰，并向四周展成扇狀，又沿四壁下降，形成環流。
原理：熱水密度變小上升，冷水又流過來填充，這就是對流的直觀圖景。通過不斷對流，導致紅色水漸漸擴散至整個燒杯，表明杯內水通過對流已被加熱。這種現象就是茶壺中的水煮沸的表現。
實驗二：冰與沸水共存
取一支試管，在底部置入一小塊冰，上面壓上一段外徑稍大于試管內徑的彈簧，以免冰塊在水中上浮。然后在試管中灌滿冷水。用木夾子夾住試管，并將試管頂部置于酒精燈上加熱，見下圖。不一會兒，試管頂部的水開始沸騰了，但試管底部的冰塊卻依然未化，泰然自如，產生了奇妙的冰與沸水共存現象。
原理：水是熱的不良導體，水中熱量傳遞主要是對流。在實驗中，溫度高的水密度小而向上流動，盡管上部沸騰，但熱量很難傳導到底部，這就使冰塊在水中不會熔化。
實驗三：瓶底里還能燃燒的短蠟燭
一般情況下，放在比較深的瓶底里的短蠟燭，燃燒一會兒后會自行熄滅，主要原因是蠟燭燃燒生成的氣體難以讓新的氧氣進入瓶里，蠟燭因缺氣而滅?，F在，我們只要把一塊薄鐵片剪成“T”形，如下圖所示，插入瓶口就能保證蠟燭繼續燃燒。
原理：深瓶中燃燒的蠟燭不久就會熄滅，那是因為瓶較深、瓶口相對太小，蠟燭燃燒時產生的較熱的廢氣往上走，全都通過瓶口排出，瓶外的氧氣就無法進入瓶內。當瓶中的氧氣耗盡的時候，蠟燭就滅了。用“T”形薄鐵片將瓶口一分為二，就使得廢氣的出口與新鮮氧氣的入口分開。廢氣出得去，新鮮氧氣進得來，也就是做通了對流的渠道，瓶里的蠟燭就不容易滅了。
