STEM活動課堂「風調雨順」——熱脹冷縮?熱縮冷脹? 4/3/2019

新一輪的STEM午間活動開始了!這次的主題是「風調雨順」,我們會探討各種影響天氣的因素與預報天氣的技術。第一天,我們會談論溫度與熱脹冷縮。

相信大家都知道物質會熱脹冷縮這個原理,不過坊間有一個說法:「冰會浮於水面,證明冰的密度低於水,水是會熱縮冷脹的!」到底是不是真的呢?正所謂實踐出真知,第一天活動就由同學以科學驗證的精神進行一個簡單的試驗。在老師的指導下,同學們使用玻璃瓶、細管及加了顏料的水製作簡單的「顏料水溫度計」,然後將「顏料水溫度計」分別放進溫水與冰水中,觀察細管的水位。結果如何?

結果,所有同學製作的「顏料水溫度計」在放進溫水時水位上升,放進冰水時水位下降。這證明了水具備熱脹冷縮的特性。那麼,為甚麼冰會浮於水面呢?原來,水分子能夠彼此建立一種名為氫鍵的連結。當水處於液態時,水分子的排列不規則;當水處於固態(冰)時,水分子能夠通過氫鍵形成四面體的聚合水分子結構,在這種結構中,水分子之間的空隙反而增加了,所以冰的密度反而低於水。這使得冰能夠浮於水面。

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