附 件 四 : 作 品 說 明 書 封 面 ( 請 將 附 件 四 五 依 序 裝 訂 成 冊 ) 科 嘉 義 縣 第 53 屆 國 民 中 小 學 科 學 展 覽 會 別 : 物 理 科 作 品 說 明 書 ( 封 面 ) 組 別 : 國 小 組 作 品 名 稱 : 彭 巴 與 牛 頓 的 戰 役 ~ 溫 度 大 戰 關 鍵 詞 : 彭 巴 效 應 冷 卻 定 律 冰 點 ( 最 多 三 個 ) 編 號 : 製 作 說 明 : 1. 說 明 書 封 面 僅 寫 科 別 組 別 作 品 名 稱 及 關 鍵 詞 2. 編 號 由 承 辦 學 校 統 一 編 列 3. 封 面 編 排 由 參 展 作 者 自 行 設 計 4. 作 品 說 明 書 任 一 頁 請 勿 出 現 校 名 作 者 校 長 及 指 導 教 師 姓 名 等, 並 且 照 片 中 不 得 出 現 作 者 或 指 導 教 師 之 臉 部
裝 附 件 五 : 作 品 說 明 書 內 文 作 品 名 稱 : 彭 巴 與 牛 頓 的 戰 役 ~ 溫 度 大 戰 摘 要 主 旨 探 討 彭 巴 效 應 與 冷 卻 定 律 火 花 相 觸, 其 中 以 溫 度 為 研 究 重 心, 主 要 想 以 科 學 的 手 法 來 佐 證 彭 巴 效 應 的 存 在 再 者, 針 對 彭 巴 效 應 做 以 下 分 析 : 一 能 觀 察 並 探 討 不 同 溫 度 純 水 產 生 彭 巴 效 應 現 象 發 現, 溫 度 若 非 近 冰 點 或 沸 點 溫 度, 只 要 溫 差 小, 則 熱 水 會 先 結 冰 二 探 索 不 同 接 觸 面 對 其 效 應 探 討, 發 現 接 觸 面 積 會 影 響 溫 度 降 低 的 情 形, 接 觸 面 積 大 > 接 觸 面 積 小 者 三 運 用 並 察 覺 不 同 溶 液 對 彭 巴 效 應 現 象, 發 現 鹽 水 結 冰 最 為 迅 速, 其 次 為 鹼 性 溶 液 四 運 用 自 製 開 放 冷 藏 箱 與 密 閉 式 冷 凍 庫 中 實 驗 對 彭 巴 效 應 現 象 探 討, 其 中 發 現, 效 果 顯 著 情 形 自 製 開 放 式 > 封 閉 式 冷 凍 庫 最 後, 溫 度 變 化 理 論 並 非 唯 一, 藉 由 此 研 究 來 證 實 彭 巴 效 應 的 發 生, 並 找 出 彭 巴 效 應 相 關 影 響 的 因 素 訂 線 壹 研 究 動 機 自 從 升 上 高 年 級 後, 學 校 舉 辦 了 科 普 相 關 閱 讀 活 動, 其 中 溫 度 的 探 討 是 我 們 最 感 到 興 趣 的 議 題, 其 中 讓 我 們 了 解 到 藉 由 科 學 嘉 園, 從 生 活 出 發, 從 生 活 周 週 察 覺 目 前 現 有 科 普 現 象 不 可 諱 言, 知 識 是 一 切 科 學 的 動 力, 並 且 與 人 類 生 活 密 不 可 分, 以 下 是 我 們 對 於 此 題 目 研 究 動 機 一 就 自 然 科 學 知 識 上 動 機 探 索 : 其 一 : 在 科 普 閱 讀 及 實 驗 中, 我 們 探 索 前 人 所 敎 授 的 最 佳 保 冷 相 關 知 識, 並 從 中 著 手 做 霜 的 實 驗 中, 發 現 為 何 有 些 液 體 凝 結 比 較 快? 有 些 比 較 慢? 因 此 更 加 促 使 我 們 想 從 中 研 究 探 討 其 來 由! 其 二 : 在 五 年 級 時 自 然 課 堂 上, 老 師 在 熱 的 傳 播 單 元 中, 所 教 導 的 熱 傳 導 與 對 流 單 元 活 動 課 程 中, 種 下 想 研 究 溫 度 種 子, 並 且 我 們 更 有 興 趣 什 麼 液 體 溫 度 變 化 情 形? 什 麼 物 質 可 以 對 於 溫 度 有 更 高 敏 銳 度? 彼 此 做 乎 相 連 結, 讓 學 習 自 然 科 學 知 能 在 生 活 探 索 其 三 : 在 六 年 級 水 的 循 環 的 單 元 中, 做 了 霜 延 伸 實 驗, 做 冰 沙 的 實 驗 其 中 發 現 每 個 人 帶 來 不 同 的 液 體 卻 有 些 人 有 結 成 冰 沙, 卻 有 些 人 依 然 還 是 液 體 於 是 更 讓 我 們 從 中 得 到 研 究 主 題 二 就 與 生 活 上 息 息 相 關 左 右 : 其 一 : 我 們 一 開 始 與 指 導 老 師 們 討 論 到 如 何 研 究 時? 老 師 建 議 我 們 從 生 活 中 找 題 目, 畢 竟 從 生 活 中 學 習 是 促 使 我 們 學 習 更 有 趣 其 二 : 於 是 我 們 從 生 活 中 看 到 科 學, 我 們 更 有 興 趣 凝 結 這 個 議 題, 於 是 大 家 彼 此 分 工 合 作, 找 尋 相 關 資 料, 來 做 研 究 三 與 大 師 理 論 相 違 背 動 機 找 尋 :
其 一 : 在 找 尋 與 凝 結 相 關 理 論 原 理 時, 發 現 牛 頓 提 出 冷 卻 定 律, 與 我 們 議 題 相 關, 因 此, 我 們 從 此 研 究 相 關 資 料 來 做 中 學, 學 中 做 等 其 二 : 查 詢 資 料 之 餘, 發 現 與 牛 頓 冷 卻 定 律 相 互 矛 盾 的 資 料 出 現 時, 更 激 發 出 我 們 科 學 探 索 慾 望, 並 著 手 相 關 研 究, 來 探 究 科 學 真 理 以 上, 希 望 我 們 可 以 以 科 學 知 能 與 生 活 做 結 合, 來 好 好 研 究 液 體 溫 度 在 彭 巴 效 應 相 互 關 係 貳 研 究 目 的 為 了 能 體 驗 生 活 周 遭 環 境 問 題, 並 且 能 在 觀 察 溫 度 對 冷 卻 凝 結 影 響, 從 生 活 中 了 解 到 我 們 生 活 與 科 學 理 論 相 矛 盾 衝 擊 關 係, 能 生 活 中 可 以 探 索 其 原 因, 並 利 用 凝 結 的 觀 念, 來 著 手 實 驗 彭 巴 理 論, 並 藉 由 生 活 中 垂 手 可 得 液 體 來 當 作 我 們 研 究 對 象, 並 了 解 其 相 關 實 驗, 來 達 到 對 於 彭 巴 與 牛 頓 間 理 論 衝 擊 交 替, 於 是 我 們 一 同 討 論 出 以 下 研 究 目 的 一 能 觀 察 並 探 討 不 同 溫 度 純 水 產 生 彭 巴 效 應 現 象 二 能 探 索 不 同 大 小 接 觸 面 對 於 彭 巴 效 應 探 討 三 能 運 用 並 察 覺 不 同 溶 液 對 彭 巴 效 應 現 象 四 能 運 用 自 製 開 放 冷 藏 箱 與 密 閉 式 冷 凍 庫 中 實 驗 對 彭 巴 效 應 現 象 探 討 叁 研 究 設 備 及 器 材 一 密 閉 冷 凍 庫 實 驗 : 收 集 所 需 器 材 以 生 活 中 常 見 物 品 來 達 到 生 活 化 為 目 的 對 於 各 種 液 體 所 影 響 也 會 有 相 關 差 異, 因 此 所 需 器 材, 依 其 簡 述 如 下 : 設 備 名 稱 數 量 用 途 基 本 設 備 溫 度 計 4 支 測 量 溫 度 用 試 管 6 支 盛 裝 液 體 用 試 管 架 2 組 固 定 位 置 使 用 大 型 冰 箱 1 台 溫 度 實 驗 用 數 位 相 機 1 台 紀 錄 實 驗 過 程 用 器 材 純 水 3 罐 實 驗 液 體 燒 杯 2 個 隔 水 加 熱, 維 持 溫 度 用 酒 精 燈 1 組 加 熱 用 三 腳 架 1 組 加 熱 用 石 棉 心 網 1 組 加 熱 用 二 開 放 式 自 製 冷 藏 箱 製 作 : 收 集 所 需 器 材 以 生 活 中 常 見 物 品 為 主, 來 探 討 運 對 於 各 種 液 體 所 影 響 也 會 有 相 關 差 異, 因 此 所 需 器 材, 依 其 簡 述 如 下 :
設 備 名 稱 數 量 用 途 溫 度 計 4 支 測 量 溫 度 用 基 本 設 備 大 / 小 試 管 各 3 支 盛 裝 液 體 用 試 管 架 2 組 固 定 位 置 使 用 保 麗 龍 盒 1 組 自 製 開 放 式 器 材 用 數 位 相 機 1 台 紀 錄 實 驗 過 程 用 純 水 3 罐 實 驗 液 體 用 燒 杯 2 個 隔 水 加 熱, 維 持 溫 度 用 酒 精 燈 1 組 加 熱 用 三 腳 架 1 組 加 熱 用 石 棉 心 網 1 組 加 熱 用 醋 1 瓶 實 驗 溶 液 用 器 材 鹽 3 包 保 冷 劑 及 實 驗 溶 液 用 小 蘇 打 粉 1 罐 實 驗 溶 液 用 石 灰 粉 1 瓶 實 驗 溶 液 用 汽 水 1 瓶 實 驗 溶 液 用 白 蠟 油 1 瓶 實 驗 溶 液 用 氨 水 1 瓶 實 驗 溶 液 用 檸 檬 汁 1 瓶 實 驗 溶 液 用 雙 氧 水 1 瓶 實 驗 溶 液 用 肥 皂 絲 1 包 實 驗 溶 液 用
肆 研 究 過 程 或 方 法 一 彭 巴 效 應 資 料 蒐 集 待 我 們 決 定 做 出 溫 度 變 化 的 彭 巴 效 應 時, 利 用 分 工 合 作 的 方 式 發 現 以 前 也 有 人 做 過 相 關 的 科 展 與 實 驗, 實 驗 的 結 果 仍 有 可 以 改 善 的 空 間, 因 此 我 們 就 著 手 從 文 獻 中 討 論, 並 就 由 文 獻 與 老 師 討 論 來 研 究 相 關 實 驗 與 主 題 二 進 行 科 展 實 驗 自 製 冷 藏 箱 及 密 封 式 冷 凍 庫 運 用, 其 中 使 用 開 放 式 保 麗 龍 箱 盛 裝 是 既 簡 易 又 方 便 的, 因 為 它 除 了 可 以 承 受 低 溫, 還 兼 顧 保 冷 的 效 果, 在 容 器 方 面 我 們 用 了 玻 璃 試 管, 我 們 也 設 計 了 一 個 實 驗 與 一 些 操 縱 變 因 來 測 試 是 否 影 響 彭 巴 效 應 實 驗 一 : 觀 察 並 探 討 不 同 溫 度 純 水 產 生 彭 巴 效 應 現 象 操 縱 變 因 : 不 同 純 水 水 溫 應 變 變 因 : 溫 度 變 化 保 持 不 變 變 因 :1 實 驗 時 間 2 實 驗 玻 璃 試 管 大 小 3 實 驗 地 點 4 測 量 間 隔 紀 錄 5 液 體 容 量 6 測 量 物 ( 溫 度 計 ) 的 類 別 7 液 體 的 種 類 條 件 : 運 用 不 同 水 溫 的 純 水 液 體 在 封 閉 式 冷 藏 室 做 彭 巴 效 應 凝 固 點 效 果 實 驗 在 課 堂 上 開 始 放 置 容 器, 每 隔 5 秒 紀 錄 一 次 溫 度, 直 到 每 個 試 管 到 凝 固 點 以 下 溫 度 實 驗 二 : 能 探 索 不 同 大 小 接 觸 面 對 於 彭 巴 效 應 探 討 操 縱 變 因 : 口 徑 大 小 不 同 試 管 應 變 變 因 : 溫 度 變 化 保 持 不 變 變 因 :1 實 驗 時 間 2 液 體 的 種 類 3 實 驗 地 點 4 測 量 間 隔 紀 錄 5 液 體 容 量 6 測 量 物 ( 溫 度 計 ) 的 類 別 條 件 : 運 用 不 同 口 徑 的 試 管, 純 水 液 體 在 封 閉 式 冷 藏 室 做 彭 巴 效 應 凝 固 點 效 果 實 驗 在 課 堂 上 開 始 放 置 容 器 於 封 閉 式 冷 藏 室 中, 每 隔 兩 分 鐘 紀 錄 一 次 溫 度, 直 到 每 個 試 管 到 凝 固 點 以 下 溫 度 實 驗 三 : 不 同 溶 液 對 彭 巴 效 應 現 象 影 響 與 探 討
操 縱 變 因 : 不 同 種 類 酸 鹼 中 性 液 體 應 變 變 因 : 溫 度 變 化 保 持 不 變 變 因 :1 實 驗 時 間 2 實 驗 玻 璃 試 管 大 小 3 實 驗 地 點 4 測 量 間 隔 紀 錄 5 液 體 容 量 6 測 量 物 ( 溫 度 計 ) 的 類 別 條 件 : 運 用 不 同 種 類 酸 鹼 中 性 液 體 且 相 同 大 小 試 管 來 做 實 驗 在 課 堂 上 開 始 放 置 容 器 於 封 閉 式 冷 藏 室 中, 每 隔 兩 分 鐘 紀 錄 一 次 溫 度, 直 到 每 個 試 管 到 凝 固 點 以 下 溫 度 實 驗 四 : 運 用 自 製 開 放 冷 藏 箱 與 密 閉 式 冷 凍 庫 中 實 驗 對 彭 巴 效 應 現 象 探 討 操 縱 變 因 : 實 驗 空 間 ( 開 放 或 封 閉 式 冷 藏 ) 應 變 變 因 : 溫 度 變 化 保 持 不 變 變 因 :1 液 體 的 種 類 2 實 驗 玻 璃 試 管 大 小 3 實 驗 地 點 4 測 量 間 隔 紀 錄 5 液 體 容 量 6 測 量 物 ( 溫 度 計 ) 的 類 別 條 件 : 在 課 堂 上 開 始 放 置 容 器 於 封 閉 式 與 開 放 式 冷 藏 室 中, 每 隔 一 段 時 間 紀 錄 一 次 溫 度, 直 到 每 個 試 管 到 凝 固 點 以 下 溫 度, 待 完 成 後 在 進 行 下 個 對 照 組 實 驗 觀 察 時 間 及 溫 度 變 化 情 形, 並 依 照 溫 度 與 空 間 關 係 來 探 討 彭 巴 效 應 三 整 理 實 驗 數 據 在 我 們 觀 察 實 驗 記 錄 表 中, 以 電 腦 的 OFFICE 軟 體 來 試 圖 比 較 相 關 研 究 實 驗
的 溫 度 曲 線 並 從 中 探 討 各 種 液 體 在 冷 藏 中 溫 度 變 化 情 形, 更 加 從 中 得 到 一 些 符 合 理 論 伍 研 究 結 果 一 能 觀 察 並 探 討 不 同 溫 度 純 水 產 生 彭 巴 效 應 現 象 實 驗 發 現 : 表 1: 不 同 溫 度 純 水 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 測 量 表 溫 度 試 管 低 溫 試 管 平 常 試 管 高 溫 試 管 測 量 ( 度 ) 原 始 溫 度 測 量 4 18 27 第 一 次 測 量 3 11.2 20 第 二 次 測 量 2 8 15.2 第 三 次 測 量 1 6.5 12 第 四 次 測 量 1 5 9 第 五 次 測 量 1 4.5 7 第 六 次 測 量 0 4 5 第 七 次 測 量 -1 3 4 第 八 次 測 量 -1 2 2 第 九 次 測 量 -1 2 1 第 十 次 測 量 -1.3 1.5 0.8 第 十 一 次 測 量 -1.6 1.1 0.2 第 十 二 次 測 量 -2.1 0.8-0.3 第 十 三 次 測 量 -2.2 0.1-0.6 第 十 四 次 測 量 -2-0.3-0.7
圖 1: 不 同 溫 度 純 水 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 折 線 圖 二 能 探 索 不 同 大 小 接 觸 面 對 於 彭 巴 效 應 探 討 實 驗 發 現 : 表 2: 小 試 管 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 測 量 表 小 試 管 測 量 ( 度 ) 低 溫 平 常 高 溫 原 始 溫 度 19 24 32 第 一 次 13.6 18.5 26.5 第 二 次 9.7 13.5 17.7 第 三 次 7.9 8.4 6.1 第 四 次 5.3 3.2 0.4 第 五 次 1.5 0-2.5 第 六 次 0-0.5-3 第 七 次 -0.5-0.8-3 第 八 次 -1-1.2-3 第 九 次 -2-1.8-3 第 十 次 -3-2 -3.5 表 3: 大 試 管 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 測 量 表
大 試 管 低 溫 平 常 高 溫 測 量 ( 度 ) 原 始 溫 度 19 24 32 第 一 次 12.3 17.4 24.3 第 二 次 7.4 11.2 14.2 第 三 次 3 2-1 第 四 次 2 1-2 第 五 次 1.5-0.2-2.5 第 六 次 1.3-0.8-3 第 七 次 1-1 -3.8 第 八 次 0.6-1 -4 第 九 次 -1.2-2.3-4.7 第 十 次 -2.2-1 -5.8 35 30 25 20 15 10 5 0-5 小 管 低 大 管 低 小 管 平 常 大 管 平 常 小 管 高 大 管 高 圖 2: 不 同 接 觸 面 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 長 條 圖
圖 3: 不 同 接 觸 面 低 溫 試 管 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 折 線 圖 圖 4: 不 同 接 觸 面 常 溫 試 管 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 折 線 圖
圖 5: 不 同 接 觸 面 高 溫 試 管 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 折 線 圖 三 能 運 用 並 察 覺 不 同 溶 液 對 彭 巴 效 應 現 象 實 驗 發 現 : 表 4: 不 同 溶 液 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 測 量 表 溶 液 類 別 ( 一 ) 醋 酸 鹽 水 小 蘇 打 水 肥 皂 水 石 灰 水 測 量 ( 度 ) 原 始 溫 度 28 28 28 28 28 第 一 次 測 量 25 26 25 28 23 第 二 次 測 量 23 20 20 23 21 第 三 次 測 量 15 11 11 13 15 第 四 次 測 量 11 6 6 8 10 第 五 次 測 量 8 3 3 3 7 第 六 次 測 量 3 0 1 2 4 第 七 次 測 量 2-1 0-2 -1 第 八 次 測 量 0-2 -1-5 -3 第 九 次 測 量 -1-3 -1-5.5-3 第 十 次 測 量 -2-4 -2-6 -3 第 十 一 次 測 量 -2.5-5 -3-6 -3 第 十 二 次 測 量 -3-5 -2-6 -3 第 十 三 次 測 量 -3-6 -2.5-6 -3 第 十 四 次 測 量 -5-5 -3-6 -3
表 5: 不 同 溶 液 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 測 量 表 溶 液 類 別 ( 二 ) 汽 水 白 臘 油 氨 水 檸 檬 水 雙 氧 水 測 量 ( 度 ) 原 始 溫 度 28 28 28 28 28 第 一 次 測 量 26 26 25 25.5 25.5 第 二 次 測 量 20 20 21 13 25 第 三 次 測 量 15 12 11 10 24 第 四 次 測 量 13.2 10 8 6 22 第 五 次 測 量 12.3 12 6 4 20 第 六 次 測 量 4 4 4 4 18 第 七 次 測 量 1.5 2 3 2 16 第 八 次 測 量 1 1 5 1 15 第 九 次 測 量 0 0-1 0 13 第 十 次 測 量 0 0-1 -1 12 第 十 一 次 測 量 -1 0-2 -1 11 第 十 二 次 測 量 -1.5 0-2 -2 9 第 十 三 次 測 量 -1.8 0-2 -2 8 第 十 四 次 測 量 -0.2 0-3 -2 5
圖 6: 不 同 液 體 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 折 線 圖 四 能 運 用 自 製 開 放 冷 藏 箱 與 密 閉 式 冷 凍 庫 中 實 驗 對 彭 巴 效 應 現 象 探 討 實 驗 發 現 : 表 6: 不 同 溫 度 液 體 在 開 放 式 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 測 量 表 開 放 式 冷 藏 低 溫 試 管 平 常 試 管 高 溫 試 管 測 量 ( 度 ) 原 始 溫 度 測 量 4 18 27 第 一 次 測 量 3 11.2 20 第 二 次 測 量 2 8 15.2 第 三 次 測 量 1 6.5 12 第 四 次 測 量 1 5 9 第 五 次 測 量 1 4.5 7 第 六 次 測 量 0 4 5 第 七 次 測 量 -1 3 4 第 八 次 測 量 -1 2 2 第 九 次 測 量 -1 2 1 第 十 次 測 量 -1.3 1.5 0.8 第 十 一 次 測 量 -1.6 1.1 0.2 第 十 二 次 測 量 -2.1 0.8-0.3 第 十 三 次 測 量 -2.2 0.1-0.6 第 十 四 次 測 量 -2-0.3-0.7
表 7: 不 同 溫 度 液 體 在 封 閉 式 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 測 量 表 封 閉 式 冷 藏 低 溫 平 常 高 溫 測 量 ( 度 ) 原 始 溫 度 9 29 38 第 一 次 測 量 8 22 29 第 二 次 測 量 6 19 25 第 三 次 測 量 5 18 22 第 四 次 測 量 4.5 15 19.5 第 五 次 測 量 6 13.5 17.5 第 六 次 測 量 4 13 16 第 七 次 測 量 3 11 14 第 八 次 測 量 3 10 13 第 九 次 測 量 2.5 9 12 第 十 次 測 量 2.5 8 11 第 十 一 次 測 量 2 7.5 9.2 第 十 二 次 測 量 1.8 7 8.2 第 十 三 次 測 量 0.7 6.3 8 第 十 四 次 測 量 -0.4 4 5 第 十 五 次 測 量 -1.2 3.8 4.5 第 十 六 次 測 量 -2.1 2.3 1.4 第 十 七 次 測 量 -3.2 0.3-0.2 第 十 八 次 測 量 -3.5-0.2-0.8 圖 3: 不 同 溫 度 純 水 在 自 製 冷 凍 箱 中 溫 度 變 化 折 線 圖 陸 討 論 一 由 實 驗 一 的 實 驗 數 據 及 圖 表 歸 納 來 看, 由 小 組 成 員 討 論 下 列 情 形 : ( 一 ) 根 據 彭 巴 效 應 所 探 討 的 是 溫 度 越 高, 為 什 麼 反 而 越 容 易 使 水 結 冰, 但 就 其 實 驗 結 果, 其 實, 溫 度 越 高 並 不 一 定 就 越 容 易 結 冰 因 為 溫 度 越 高, 它 的 降 溫 狀 況 可 能 會 越 不 好, 可 是, 溫 度 越 低, 它 的 溫 度 狀 況 或 許 比 高 溫 的 看 起 來 低, 但 它 的 降 溫 狀 況 卻 越 趨 平 緩 這 對 於 是 彭 巴 形 成 原 因 之 一 的 過 冷 現 象, 算 是 不 太 有 利 的 狀 況 因 為, 當 一 物 的 降 溫 平 緩, 很 有 可 能 會 規 則 的 照 一 般 情 況 降 溫, 做 適 當 的 三 態 變 化, 自 然 的 難 以 達 成 彭 巴 的 效 果
( 二 ) 在 做 溫 度 控 制 時, 在 4 度 低 溫 試 管, 符 合 牛 頓 的 冷 卻 定 律 先 結 成 冰, 雖 不 符 合 我 們 所 討 論 的 彭 巴 效 應, 因 低 溫 實 在 太 接 近 零 點, 不 利 實 驗 進 行 但 常 溫 與 高 溫 分 別 為 18 度 與 27 度, 在 自 製 容 器 內 實 驗 高 溫 第 十 二 次 測 量 以 達 到 冰 點, 而 常 溫 要 到 第 十 四 次 才 達 到 冰 點, 高 溫 比 常 溫 快, 與 彭 巴 效 應 相 互 符 合, 其 討 論 原 因 兩 者 溫 差 不 能 夠 太 多, 不 然 成 功 機 率 較 為 低 二 由 實 驗 二 的 實 驗 數 據 及 圖 表 歸 納 來 看, 由 小 組 成 員 討 論 下 列 情 形 : ( 一 ) 根 據 實 驗 一 結 果 發 現, 其 中 三 者 溫 差 較 為 大, 以 低 溫 接 近 零 度 所 以 沒 有 造 成 彭 巴 效 應 反 而 符 合 牛 頓 所 提 出 的 冷 卻 定 律, 因 此 修 正 彼 此 間 溫 度 關 係, 在 討 論 修 改 於 第 二 次 實 驗 中, 此 次 的 溫 度 三 者 彼 此 之 間 不 會 差 過 10 度, 最 高 溫 與 最 低 溫 只 差 異 12 度, 其 中 發 現 到 彭 巴 效 應 的 產 生 符 合 預 期, 其 中 以 先 降 至 零 點 的 狀 況 分 別 為 : 高 溫 > 常 溫 > 低 溫 所 以 成 果 顯 示 是 符 合 彭 巴 所 提 出 理 論 ( 二 ) 在 接 觸 面 積 來 看, 其 中 發 現 到 大 試 管 接 觸 面 積 到 第 三 次 就 到 冰 點, 而 小 試 管 接 觸 面 積 要 到 第 五 次 才 到 冰 點, 因 此 我 們 從 中 討 論 出 : 所 接 觸 的 面 積 的 大 小 兩 試 管 中 所 盛 裝 容 量 液 體 相 同 狀 況 下, 面 積 大 小 影 響 溫 度 傳 遞, 面 積 越 大 以 溫 度 下 降 的 狀 況 就 會 越 快 三 由 實 驗 三 的 實 驗 數 據 及 圖 表 歸 納 來 看, 由 小 組 成 員 討 論 下 列 情 形 : ( 一 ) 不 同 溶 液 中, 發 現 到 以 鹽 水 到 達 冰 點 的 速 度 最 快, 我 們 認 為 裡 面 有 鹽 巴 在 做 輔 助 者 的 角 色, 以 達 到 迅 速 降 溫 的 效 果, 導 致 在 酸 鹼 中 性 溶 液 中 鹽 水 在 第 六 次 測 量 就 達 到 冰 點 了 ( 二 ) 除 鹽 水 外, 表 現 特 為 出 現 即 是 鹼 性 水 溶 液, 其 中 以 肥 皂 水 石 灰 水 小 蘇 打 水 在 第 七 次 測 量 就 達 到 冰 點 ; 相 反 的, 在 液 體 中 以 雙 氧 水 的 表 現 在 不 顯 著 於 冰 點 以 下 四 由 實 驗 四 的 實 驗 數 據 及 圖 表 歸 納 來 看, 由 小 組 成 員 討 論 下 列 情 形 : ( 一 ) 自 製 開 放 式 容 器 內 與 封 閉 式 家 用 冰 箱 冷 凍 庫 中 發 現, 彭 巴 效 應 如 影 隨 形, 其 中, 以 自 製 效 果 及 時 間 上 為 佳 ( 二 ) 開 放 式 及 封 閉 式 中 溫 度 為 -8 度 及 -9 度, 但 自 製 效 果 卻 較 為 顯 著 的 原 因 是 在 封 閉 式 中, 因 為 要 測 量 溫 度 所 以 會 定 時 開 關, 所 造 成 溫 度 回 溫 的 現 象, 因 此, 才 會 不 如 自 製 開 放 式 冷 藏
柒 結 論 在 彭 巴 效 應 與 牛 頓 的 冷 卻 定 律 下, 我 們 從 中 得 到 如 何 達 成 彭 巴 效 應 的 結 果 如 下 : 一 溫 差 不 能 以 極 端 溫 度 或 溫 差 太 大 實 驗, 因 為 太 接 近 冰 點 或 沸 點 則 會 造 成 對 流 及 其 他 影 響, 不 易 形 成 彭 巴 效 應 二 就 溫 差 值 而 言, 在 0 以 上 ~20 度 內 為 最 佳, 其 中 三 者 以 溫 水 溫 度 為 最 佳 做 了 多 次 的 實 驗 中, 在 研 究 表 中 記 錄 當 中 成 功 顯 著 數 據, 其 中, 我 們 曾 做 差 異 30~70 度 發 現 到 成 功 機 率 並 不 是 那 麼 高, 甚 至 微 乎 其 微 三 就 接 觸 面 來 看, 接 觸 面 積 越 大 所 達 到 冰 點 的 速 度 就 越 快, 再 加 上 彭 巴 效 應 的 指 使 下, 大 試 管 達 到 冰 點 較 為 小 試 管 得 快 四 針 對 不 同 性 質 的 液 體 中, 不 免 發 現 最 好 的 鹽 水, 因 為 鹽 是 輔 助 者 的 角 色 ; 其 次, 在 鹼 性 溶 液 表 現 也 佳 五 封 閉 式 冷 凍 讓 我 們 大 失 所 望, 但 因 為 控 制 變 因 開 關 之 間 與 時 間 測 量 上 均 可 能 會 使 溫 度 回 溫 可 能, 所 以 時 間 上 與 速 度 上 就 沒 有 像 自 製 開 放 式 的 佳, 若 往 後 若 需 進 行 封 閉 式, 則 可 考 慮 用 電 子 式 測 量 來 進 行 六 測 量 儀 器 上, 本 研 究 以 酒 精 溫 度 計 來 做 測 量, 倘 若 經 費 與 器 材 許 可 下, 採 用 電 子 式 測 量 會 使 結 果 更 為 精 確 七 針 對 放 置 位 置 而 言, 不 管 是 密 閉 式 抑 或 開 放 式 中, 每 個 位 置 溫 度 也 不 為 相 同, 往 後 若 是 需 要 再 做 此 研 究, 這 點 必 須 考 量 進 去, 針 對 位 置 在 做 實 際 溫 度 比 較 捌 參 考 資 料 及 其 他 一 彭 巴 效 應 維 基 百 科,http://zh.wikipedia.org/zh-hk/94,2013/02/19 瀏 覽 二 彭 巴 效 應 國 科 會 高 瞻 自 然 科 學 教 學 平 台, http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?tag=%e5%bd%ad%e5%b7%b4%e6%95%88%e6%87%8 9,2013/03/02 瀏 覽 三 許 博 硯 (2008) 彭 巴 效 應 及 水 凝 固 之 探 討 A Study of the Mpemba Effect and Water Solidification 國 立 台 灣 科 技 大 學 機 械 工 程 系 : 碩 士 論 文 四 蔡 坤 憲 譯 (2001),( 太 陽 電 力 公 司 ) 新 北 市 : 新 自 然 主 義 出 版 股 份 有 限 公 司