徐雙華
對流原理告訴我們:熱空氣往上運動,冷空氣往下運動。這個原理可以通過實驗來驗證。
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(nèi)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(wǎng)),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(huán)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(dǎo)致紅色水漸漸擴散個燒杯,表明杯內(nèi)水通過對流已被加熱。這種現(xiàn)象就是茶壺中的水煮沸的表現(xiàn)。
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(nèi)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,產(chǎn)生了奇妙的冰與沸水共存的現(xiàn)象。
原理:水是熱的不良導(dǎo)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(dǎo)到底部,這就使冰塊在水中不會融化。
實驗三:瓶底里還能燃燒的短蠟燭
一般情況下,放在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,蠟燭因缺氧而滅?,F(xiàn)在,我們只要把一塊薄鐵片剪成“T”形,插入瓶口就能保證蠟燭繼續(xù)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(chǎn)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(nèi)。當(dāng)瓶中的氧氣耗盡時,蠟燭就滅了。
但是,如果用“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。
發(fā)明與創(chuàng)新·中學(xué)生2009年5期