中 華 民 國 第 四 十 五 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 國 小 組 自 然 科 081523 炭 索 秘 密 高 雄 縣 鳳 山 市 正 義 國 民 小 學 作 者 姓 名 : 小 五 江 星 達 小 五 張 育 禎 小 五 謝 函 庭 小 五 葉 庭 均 指 導 老 師 : 蘇 崇 賢 蘇 秀 玲
炭 索 秘 密 壹 摘 要 木 炭 是 大 家 烤 肉 時 常 常 使 用 的 燃 料, 它 具 有 便 宜, 溫 度 高, 時 間 久 的 特 性, 但 要 使 它 一 下 子 點 燃 也 需 要 費 一 番 功 夫, 因 此 針 對 上 述 缺 點, 便 有 業 者 推 出 快 速 炭, 基 於 我 們 對 快 速 炭 的 好 奇, 於 是 展 開 了 木 炭 與 快 速 炭 的 探 討 研 究 我 們 經 由 資 料 的 蒐 集 以 及 實 驗 室 內 一 步 一 步 的 實 際 模 擬, 逐 漸 解 開 了 我 們 心 中 對 快 速 炭 的 困 惑 從 這 次 的 研 究 當 中, 我 們 了 解 到 燃 燒 的 原 理, 以 及 快 速 炭 的 可 能 成 分 是 木 炭 黏 著 劑 硝 酸 鉀 助 燃 劑 而 在 自 製 快 速 炭 的 過 程 中, 我 們 也 發 現 當 漿 糊 木 炭 硝 酸 鉀 的 比 例 為 4:3:1 時, 成 形 及 燃 燒 的 效 果 最 佳 從 這 次 的 研 究 中 讓 我 們 了 解 : 一 種 新 商 品 的 研 究 與 開 發 是 相 當 的 不 容 易, 必 須 要 盡 善 盡 美 才 可 以 受 到 消 費 者 的 青 睞 貳 研 究 動 機 中 秋 節 時, 看 到 許 多 人 使 用 木 炭 烤 肉, 為 了 讓 木 炭 燃 燒, 常 常 使 人 灰 頭 土 臉, 於 是, 便 有 業 者 推 出 所 謂 的 快 速 炭, 強 調 一 根 火 柴 即 可 點 燃, 使 用 起 來 相 當 方 便, 我 們 很 好 奇 這 樣 的 快 速 炭 究 竟 是 什 麼 樣 的 成 分, 竟 然 有 如 此 神 奇 的 功 效? 於 是 在 好 奇 心 的 驅 使 下, 我 們 開 始 請 教 老 師, 並 展 開 有 關 木 炭 與 快 速 炭 的 製 作 探 討 與 比 較 參 研 究 目 的 一 比 較 木 炭 和 快 速 炭 的 外 觀 氣 味 燃 燒 情 形 燃 燒 狀 況 燃 燒 結 果 二 探 討 木 炭 和 快 速 炭 密 度 的 異 同, 加 以 分 析 討 論 三 探 討 不 同 木 炭 粉 和 漿 糊 比 例 對 成 形 狀 態 的 影 響 四 探 討 木 炭 粉 和 漿 糊 比 例 對 耐 壓 情 形 的 影 響 五 固 定 漿 糊 重 量, 探 討 不 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 對 燃 燒 情 形 的 影 響 六 探 討 相 同 成 分 比 例 不 同 重 量, 對 燃 燒 情 形 的 影 響 七 探 討 相 同 成 分 比 例 不 同 的 洞 數, 對 燃 燒 情 形 的 影 響 肆 研 究 設 備 及 器 材 一 實 驗 材 料 : 木 炭 漿 糊 硝 酸 鉀 快 速 炭 酒 精 二 實 驗 儀 器 : 電 子 天 秤 鐵 鎚 燒 杯 烤 肉 架 烤 肉 網 點 火 槍 快 速 炭 塑 膠 袋 溫 度 計 夾 子 可 彎 吸 管 塑 膠 量 杯 卡 式 爐 碼 錶 湯 匙 三 自 製 儀 器 : 篩 網 圖 1: 各 類 器 材 一 圖 2: 各 類 器 材 二 圖 3: 各 類 器 材 三 圖 4: 各 類 器 材 四 1
伍 研 究 過 程 與 方 法 一 比 較 木 炭 和 快 速 炭 的 外 觀 氣 味 燃 燒 情 形 燃 燒 狀 況 燃 燒 結 果 ( 一 ) 仔 細 觀 察 木 炭 和 快 速 炭 外 觀 的 不 同 並 記 錄 下 來 觀 察 重 點 : 顏 色 紋 路 光 澤 觸 感 ( 二 ) 觀 察 木 炭 與 快 速 炭 點 火 燃 燒 的 情 形, 並 紀 錄 彼 此 的 異 同 觀 察 重 點 : 點 火 的 難 易 度 火 焰 的 大 小 蔓 延 的 情 形 ( 三 ) 觀 察 木 炭 與 快 速 炭 燃 燒 後 的 灰 燼 並 比 較 其 異 同 圖 5: 快 速 炭 圖 6: 木 炭 二 探 討 木 炭 與 快 速 炭 密 度 的 異 同, 加 以 分 析 討 論 ( 一 ) 取 十 塊 木 炭, 分 別 編 上 1~10 號 ( 二 ) 先 利 用 電 子 天 秤 測 量 各 個 木 炭 的 重 量 ( 三 ) 再 利 用 排 水 法 測 量 各 木 炭 的 體 積 ( 四 ) 將 各 個 木 炭 的 重 量 除 以 本 身 的 體 積 即 可 得 到 密 度 ( 五 ) 再 將 十 個 木 炭 的 密 度 加 以 平 均, 得 到 平 均 密 度 ( 六 ) 同 步 驟 ( 一 )~ ( 五 ) 測 量 快 速 炭 的 密 度 ( 七 ) 分 析 與 討 論 木 炭 與 快 速 炭 密 度 的 關 係 三 探 討 不 同 木 炭 粉 和 漿 糊 比 例 對 成 形 狀 態 的 影 響 ( 一 ) 取 不 同 比 例 的 木 炭 粉 和 漿 糊 混 合 均 勻 表 1: 不 同 比 例 的 木 炭 粉 與 漿 糊 木 炭 粉 (g) 50 48 45 40 30 20 15 12 10 漿 糊 (g) 10 12 15 20 30 40 45 48 50 木 炭 粉 : 漿 糊 5:1 4:1 3:1 2:1 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 ( 二 ) 將 上 述 各 個 混 合 好 的 成 分 壓 入 100ml 玻 璃 燒 杯 成 形 ( 三 ) 取 出 成 品, 看 看 成 形 狀 態 的 好 壞 圖 7: 敲 擊 木 炭 圖 8: 進 行 木 炭 篩 粉 圖 9: 混 合 均 勻 圖 10: 壓 製 成 膜 四 探 討 木 炭 粉 和 漿 糊 比 例 對 耐 壓 情 形 的 影 響 ( 一 ) 取 各 個 不 同 比 例 的 木 炭 粉 和 漿 糊 均 勻 混 合 後, 分 別 壓 入 100ml 玻 璃 燒 杯, 靜 置 成 形 2
表 2: 耐 壓 測 量 時, 不 同 比 例 的 木 炭 與 漿 糊 木 炭 粉 (g) 45 40 30 20 漿 糊 (g) 15 20 30 40 木 炭 粉 : 漿 糊 3:1 2:1 1:1 1:2 ( 二 ) 在 各 個 成 形 的 炭 塊 上 面 放 置 空 水 槽, 然 後 在 空 水 槽 慢 慢 的 加 入 水, 直 到 炭 塊 崩 裂 為 止, 所 加 的 水 重 即 為 炭 塊 的 耐 壓 程 度 圖 11: 耐 壓 測 量 法 五 查 詢 可 加 速 木 炭 燃 燒 的 添 加 劑 的 相 關 資 料 ( 一 ) 上 網 查 資 料 並 找 出 資 料 中 有 關 研 究 部 分 的 重 點, 且 列 印 下 來 ( 二 ) 上 圖 書 館 找 出 資 料 中 有 關 研 究 的 部 分, 並 影 印 下 來 ( 三 ) 將 上 面 中 重 點 部 分 用 紅 筆 標 註 六 固 定 漿 糊 重 量, 探 討 不 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 對 燃 燒 情 形 的 影 響 ( 一 ) 固 定 漿 糊 重 量, 取 不 同 比 例 的 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 混 合 均 勻 表 3: 漿 糊 固 定 不 同 比 例 的 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 漿 糊 (g) 12 12 12 12 12 12 12 木 炭 (g) 9.6 9 8 6 4 3 2.4 硝 酸 鉀 (g) 2.4 3 4 6 8 9 9.6 木 炭 : 硝 酸 鉀 4:1 3:1 2:1 1:1 1:2 1:3 1:4 ( 二 ) 將 混 合 好 的 炭 粉 壓 入 100ml 玻 璃 燒 杯 成 形 後 拿 出 來, 乾 燥 以 後, 點 火 燃 燒, 觀 察 燃 燒 的 情 形 ( 三 ) 拿 出 另 一 組 不 同 比 例 的 炭 塊, 用 卡 式 爐 燃 燒 一 分 鐘 後, 放 入 烤 肉 網 下 ( 四 ) 承 ( 三 ), 將 60cc 的 水 倒 入 100ml 的 燒 杯 中, 放 在 烤 肉 網 上, 分 別 測 量 不 同 比 例 的 炭 塊 其 溫 度 上 升 的 情 形 七 探 討 相 同 成 分 比 例 不 同 重 量, 對 燃 燒 情 形 的 影 響 ( 一 ) 將 自 製 的 快 速 炭 成 分 依 一 定 比 例 不 同 重 量 壓 入 100ml 玻 璃 燒 杯, 靜 置 成 形 表 4: 相 同 成 分 不 同 重 量 的 炭 塊 重 量 倍 數 1 2 3 4 漿 糊 (g) 12 24 36 48 木 炭 (g) 9 18 27 36 硝 酸 鉀 (g) 3 6 9 12 ( 二 ) 將 各 個 成 形 的 炭 塊 乾 燥 以 後, 點 火 燃 燒, 觀 察 燃 燒 的 情 形 ( 三 ) 拿 出 另 一 組 不 同 比 例 的 炭 塊, 用 卡 式 爐 燃 燒 五 分 鐘 後, 放 入 烤 肉 網 下 3
( 四 ) 承 ( 三 ), 將 60cc 的 水 倒 入 100ml 的 燒 杯 中, 放 在 烤 肉 網 上, 分 別 測 量 不 同 比 例 的 炭 塊 其 溫 度 上 升 的 情 形 八 探 討 相 同 成 分 比 例 不 同 的 洞 數, 對 燃 燒 情 形 的 影 響 ( 一 ) 取 12g 漿 糊 9g 木 炭 3g 硝 酸 鉀 分 別 調 配 成 八 份 一 樣 的 炭 塊, 壓 入 100ml 玻 璃 燒 杯 成 形, 並 且 分 別 打 上 一 八 個 不 同 個 數 的 洞 ( 二 ) 將 各 個 不 同 洞 數 的 成 形 炭 塊 乾 燥 以 後, 用 打 火 槍 點 火 燃 燒, 觀 察 燃 燒 的 情 形 陸 研 究 結 果 一 比 較 木 炭 和 快 速 炭 的 外 觀 氣 味 燃 燒 情 形 燃 燒 狀 況 燃 燒 結 果 ( 一 ) 快 速 炭 的 名 稱 : 妙 神 炭 ( 主 要 成 分 : 無 煙 煤 木 炭 添 加 劑 ) ( 二 ) 木 炭 與 快 速 炭 的 比 較 結 果 表 5: 木 炭 與 快 速 炭 的 比 較 木 炭 快 速 炭 外 觀 異 : 形 狀 不 規 則, 重 量 不 一, 有 樹 木 的 形 狀 一 致, 規 格 均 為 125mm 125mm 紋 路, 表 面 摸 起 來 光 滑, 感 覺 很 結 45mm, 重 量 為 550g, 有 25 個 孔 洞 (5 實, 顏 色 較 黑 同 : 主 要 成 分 是 炭, 沒 有 臭 味 粉 末 採 樣 ( 用 很 難 刮 出 粉 末 湯 匙 刮 ) 點 火 情 形 1. 不 易 點 燃 異 : 個 形 孔 洞 20 個 形 孔 洞 ), 沒 有 紋 路, 表 面 摸 起 來 粗 糙, 顏 色 灰 黑 色, 角 落 上 層 有 白 點 面 ( 為 點 燃 部 位 ) 同 : 主 要 成 分 是 炭, 沒 有 臭 味 輕 易 的 就 刮 出 細 小 粉 末 2. 我 們 利 用 酒 精 加 速 燃 燒, 不 能 單 2. 標 示 燃 燒 時 間 與 實 際 不 符 ( 標 示 時 塊 泡 酒 精, 要 多 塊 泡 酒 精 集 體 燃 燒, 才 能 達 到 烤 肉 ( 正 常 燃 燒 ) 的 狀 態 1. 要 點 在 特 殊 白 點 面 部 位 燃 燒 時 兩 者 無 任 何 相 異 處 兩 者 無 任 何 相 異 處 燃 燒 後 1. 形 狀 會 逐 漸 縮 小 2. 灰 燼 顏 色 : 灰 白 色 間 : 一 分 半, 實 際 時 間 : 八 分 十 七 秒 ) 1. 方 形 物 體 會 逐 漸 崩 裂 粉 碎 2. 灰 燼 顏 色 : 土 黃 色 圖 12: 計 算 完 全 燃 燒 時 間 圖 13: 快 速 炭 完 全 燃 燒 4
圖 14: 木 炭 開 始 燃 燒 圖 15: 快 速 炭 燃 燒 末 期 會 崩 毀 二 探 討 快 速 炭 與 木 炭 密 度 的 異 同, 加 以 分 析 討 論 ( 一 ) 將 木 炭 與 快 速 炭 放 入 水 中 時 發 現 : 木 炭 可 以 浮 在 水 面 上, 而 快 速 炭 會 沉 入 水 中 ( 二 ) 木 炭 與 快 速 炭 密 度 的 測 量 結 果 表 6: 測 量 木 炭 密 度 表 7: 測 量 快 速 炭 的 密 度 木 炭 快 速 炭 編 號 重 量 (g) 體 積 (cm 3 ) 密 度 (D) 編 號 重 量 (g) 體 積 (cm 3 ) 密 度 (D) 1 號 炭 48.6 43.8 1.11 1 號 炭 66.9 51 1.31 2 號 炭 38.6 42 0.92 2 號 炭 34.3 10 3.43 3 號 炭 53.3 39.2 1.36 3 號 炭 47.5 7 6.79 4 號 炭 44.7 67.7 0.66 4 號 炭 21.3 8 2.66 5 號 炭 52.4 65.8 0.80 5 號 炭 18.3 16 1.14 6 號 炭 43.2 64 0.68 6 號 炭 16.7 8.5 1.96 7 號 炭 69.4 57.5 1.21 7 號 炭 23.9 16.9 1.41 8 號 炭 45.1 49.1 0.92 8 號 炭 24.6 17 1.45 9 號 炭 55 60 0.92 9 號 炭 29.5 24.5 1.20 10 號 炭 36.2 26.5 1.37 10 號 炭 20.2 13.8 1.46 平 均 密 度 0.94 平 均 密 度 1.76 ( 三 ) 由 表 6 表 7 的 結 果 可 以 發 現 : 木 炭 的 平 均 比 重 為 0.94, 比 快 速 炭 的 平 均 比 重 1.76 還 輕 ( 四 ) 根 據 實 驗 結 果 推 測 : 快 速 炭 可 能 是 把 一 般 的 木 炭 粉 碎 之 後 重 新 壓 合 製 造 而 成, 壓 合 的 過 程 當 中 有 添 加 幫 助 燃 燒 的 藥 劑, 還 有 黏 合 的 藥 劑 圖 16: 溢 出 來 的 水 要 算 準 5 圖 17: 仔 細 的 紀 錄 數 據 下 來
圖 18: 利 用 電 子 天 秤 測 量 重 量 圖 19: 天 秤 要 記 得 歸 零 喔! 三 探 討 不 同 木 炭 粉 和 漿 糊 比 例 對 成 形 狀 態 的 影 響 ( 一 ) 不 同 木 炭 粉 與 漿 糊 比 例 的 成 形 結 果 表 8: 成 形 結 果 碳 : 漿 糊 總 共 60g 軟 硬 程 度 與 外 觀 5:1 50g 10g 鬆 散 像 沙 子 粉 狀 不 成 形 4:1 48g 12g 稍 微 結 塊, 不 成 形 3:1 45g 15g 稍 微 鬆 散, 有 成 形 2:1 40g 20g 不 太 鬆 散, 有 成 形 1:1 30g 30g 不 鬆 散, 有 成 形 1:2 20g 40g 有 成 形, 有 點 軟 1:3 15g 45g 有 點 成 形, 很 軟 1:4 12g 48g 有 點 成 形, 很 軟 1:5 10g 50g 完 全 不 成 形, 很 軟 ( 二 ) 從 表 8 發 現 : 三 比 一 二 比 一 一 比 一 一 比 二 成 形 狀 況 比 較 好, 以 作 為 下 個 實 驗 的 依 據 圖 20: 五 比 一 的 情 形 圖 21: 四 比 一 的 情 形 圖 22: 三 比 一 的 情 形 6
圖 23: 二 比 一 的 情 形 圖 24: 一 比 一 的 情 形 圖 25: 一 比 二 的 情 形 圖 26: 一 比 三 的 情 形 圖 27: 一 比 四 的 情 形 圖 28 一 比 五 的 情 形 四 探 討 木 炭 粉 和 漿 糊 比 例 對 耐 壓 情 形 的 影 響 ( 一 ) 不 同 木 炭 粉 和 漿 糊 比 例 的 耐 壓 結 果 表 9: 不 同 比 例 的 耐 壓 結 果 比 例 ( 碳 : 漿 糊 ) 承 受 重 量 3:1 710g 2:1 775g 1:1 7575g 1:2 1215g ( 二 ) 由 表 9 發 現 : 一 比 一 耐 壓 結 果 最 佳, 作 為 下 個 實 驗 的 依 據 圖 29: 仔 細 壓 模 成 形 圖 30: 均 勻 混 合 攪 拌 圖 31: 均 勻 混 合 攪 拌 7 圖 32: 均 勻 混 合 攪 拌
五 查 詢 可 加 速 木 炭 燃 燒 的 添 加 劑 的 相 關 資 料 表 10: 查 詢 的 資 料 資 料 內 容 查 詢 資 料 來 源 硝 酸 鉀 網 址 : 無 字 天 書 http://content.edu.tw/primary/nature/c 塗 了 硝 酸 鉀 溶 液 的 物 體, 可 以 使 燃 點 降 低 y_dl/test/explore/explore11.htm 網 址 : 火 藥 兵 器 http://vm.nthu.edu.tw/history/shows/s 將 適 量 的 硫 磺 與 硝 石 ( 硝 酸 鉀 ) 及 木 炭 作 混 合, 會 how01/sung.siege/gunpowder-a01.ht 有 著 火 甚 至 爆 炸 的 現 象 ml 牛 頓 化 學 辭 典 易 燃, 用 於 煙 火 炸 藥 火 柴 中 貓 頭 應 化 學 袖 珍 辭 典 是 一 種 強 氧 化 劑, 可 用 於 槍 砲 發 射 藥 中 六 固 定 漿 糊 重 量, 探 討 不 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 對 燃 燒 情 形 的 影 響 ( 總 重 量 24g) ( 一 ) 不 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 點 火 燃 燒 與 溫 度 持 續 的 情 形 表 11: 不 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 點 火 燃 燒 與 溫 度 持 續 的 紀 錄 木 炭 硝 漿 + 木 木 炭 : 硝 酸 酸 糊 硝 酸 炭 鉀 鉀 鉀 燃 燒 情 形 敘 述 溫 度 持 續 情 形 12g 12g 2.4g 9.6g 1:4 燃 燒 很 劇 烈, 一 下 子 就 全 部 燃 高 溫 持 續 約 1 分 鐘 就 燒 完 畢 熄 滅 了, 沒 有 什 麼 灰 燼 冷 下 來 了 12g 12g 3g 9g 1:3 一 點 火 就 迅 速 燃 燒, 迅 速 停 高 溫 持 續 約 1 分 鐘 多 止, 表 面 燃 燒 劇 烈, 但 是 溫 度 一 點 就 冷 下 來 了 並 不 持 久 12g 12g 4g 8g 1:2 燃 燒 很 劇 烈, 燃 燒 時 溫 度 很 高 溫 持 續 約 10 分 鐘 就 高, 但 是 溫 度 不 持 久 冷 下 來 了 12g 12g 6g 6g 1:1 燃 燒 之 後 木 炭 產 生 熱 度, 但 是 高 溫 持 續 約 20 分 鐘 多 過 一 段 時 間 就 冷 掉 了 一 點 就 冷 下 來 了 12g 12g 8g 4g 2:1 快 速 的 燃 燒, 會 有 少 許 火 苗 噴 高 溫 持 續 約 50 分 鐘 就 出, 燃 燒 溫 度 高, 會 持 續 燃 燒, 冷 下 來 了 但 是 不 像 3:1 的 那 麼 持 久 12g 12g 9g 3g 3:1 一 點 火 時, 無 法 馬 上 燃 燒, 必 須 持 續 幾 秒 的 點 火 才 會 燃 燒, 高 溫 持 續 超 過 2 小 時 燃 燒 溫 度 很 高 很 持 久, 此 比 例 最 像 快 速 炭 12g 12g 9.6g 2.4g 4:1 很 不 容 易 點 燃, 要 點 火 很 久 才 高 溫 持 續 大 約 1 個 多 會 開 始 燃 燒, 溫 度 不 會 很 持 久 小 時 8
圖 33 一 比 四 劇 烈 燃 燒 的 情 形 圖 34 一 比 三 劇 烈 燃 燒 的 情 形 圖 35 一 比 二 相 當 劇 烈 的 燃 燒 圖 36 一 比 一 燃 燒 和 緩 許 多 圖 37 二 比 一 偏 向 悶 燒 狀 態 圖 38 三 比 一 不 容 易 看 出 燃 燒 狀 態 圖 39: 燃 燒 後 的 情 形 ( 二 ) 不 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 燃 燒 後 溫 度 上 升 的 情 形 表 12: 不 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 燃 燒 後 溫 度 上 升 的 觀 察 紀 錄 木 炭 硝 漿 + 木 木 炭 : 硝 時 間 ( 分 ) 酸 糊 硝 酸 炭 酸 鉀 鉀 鉀 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12g 12g 2.4g 9.6g 1:4 33 34 34 34 34 34 34 34 34 34 12g 12g 3g 9g 1:3 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 溫 度 12g 12g 4g 8g 1:2 35 36 36 36 36 36 36 36 36 36 12g 12g 6g 6g 1:1 35 36 37 37 37 37 37 37 37 37 12g 12g 8g 4g 2:1 33 34 34 35 35 35 35 35 35 35 12g 12g 9g 3g 3:1 32 33 34 35 36 36 36 36 36 36 12g 12g 9.6g 2.4g 4:1 32 34 35 37 38 38 38 38 38 38 實 驗 一 開 始 的 水 溫 為 31 9
( 三 ) 由 ( 一 ) 的 實 驗 結 果, 我 們 發 現 : 燃 燒 持 久 性 較 佳 的 木 炭 粉 與 硝 酸 鉀 比 例 為 2:1 3: 1 與 4:1, 雖 然 三 者 點 火 情 形 均 不 錯, 但 2:1 3:1 的 點 火 情 形 比 4:1 為 佳 ( 四 ) 由 ( 二 ) 的 實 驗 結 果, 我 們 發 現 : 溫 度 上 升 梯 度 較 佳 的 木 炭 粉 與 硝 酸 鉀 比 例 為 1:1 3:1 與 4:1 ( 五 ) 綜 合 ( 三 ) ( 四 ) 的 發 現, 木 炭 粉 與 硝 酸 鉀 比 例 為 3:1 時 的 狀 態 最 佳, 可 以 作 為 下 個 實 驗 之 依 據 圖 40: 土 法 煉 鋼 測 水 溫 法 圖 41: 改 良 測 量 水 溫 的 方 式 與 儀 器 裝 置 七 探 討 相 同 成 分 比 例 不 同 重 量, 對 燃 燒 情 形 的 影 響 ( 一 ) 相 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 不 同 重 量 的 炭 塊 點 火 燃 燒 與 溫 度 持 續 的 情 形 表 13: 相 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 不 同 重 量 的 炭 塊 點 火 燃 燒 與 溫 度 持 續 的 紀 錄 漿 糊 (g) 木 炭 (g) 硝 酸 鉀 (g) 倍 數 燃 燒 情 形 敘 述 溫 度 持 續 情 形 12 9 3 一 倍 一 點 火 時, 無 法 馬 上 燃 燒, 必 須 持 續 一 分 鐘 的 點 火 才 會 燃 燒 點 火 時 間 要 持 續 一 分 鐘 才 會 開 高 溫 持 續 約 2 個 多 小 時 24 18 6 二 倍 始 燃 燒, 燃 燒 速 度 普 通, 等 到 高 溫 持 續 約 2 個 多 小 時 表 面 都 燒 完 以 後 燃 燒 有 點 緩 慢, 會 燒 一 下, 停 36 27 9 三 倍 一 下, 但 還 是 會 到 達 全 體 燃 燒 高 溫 持 續 約 3 個 小 時 的 狀 態 燃 燒 很 緩 慢, 但 是 會 慢 慢 的 蔓 48 36 12 四 倍 延 到 炭 塊 整 體, 整 體 都 達 到 燃 高 溫 持 續 約 3 個 小 時 燒 狀 態 以 後, 溫 度 很 高 很 持 久 10
( 二 ) 相 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 不 同 重 量 的 炭 塊 燃 燒 後 溫 度 上 升 的 情 形 漿 糊 (g) 表 14: 相 同 木 炭 粉 和 硝 酸 鉀 比 例 不 同 重 量 的 炭 塊 燃 燒 後 溫 度 上 升 的 觀 察 紀 錄 硝 木 酸 倍 時 間 ( 分 ) 炭 鉀 數 (g) (g) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 9 3 一 倍 溫 度 31 33 33 33 33 33 33 33 33 33 24 18 6 二 倍 32 32 32 32 32 32 33 33 33 33 36 27 9 三 倍 34 36 38 38 39 39 39 39 39 39 48 36 12 四 倍 33 36 38 40 40 40 41 41 41 41 實 驗 一 開 始 的 水 溫 為 31 ( 三 ) 由 ( 一 ) 的 實 驗 結 果, 我 們 發 現 : 燃 燒 持 久 性 較 佳 的 為 重 量 三 倍 與 四 倍 的 炭 塊, 但 點 火 情 形 較 差 ( 四 ) 由 ( 二 ) 的 實 驗 結 果, 我 們 發 現 : 溫 度 上 升 梯 度 較 佳 的 為 重 量 四 倍 的 炭 塊 ( 五 ) 綜 合 ( 三 ) ( 四 ) 的 發 現, 重 量 越 重, 溫 度 上 升 與 持 久 性 較 佳, 可 以 作 為 烤 肉 最 佳 的 炭 塊 圖 42:4 種 不 同 倍 數 的 炭 塊 圖 43: 用 卡 式 爐 點 火 情 形 圖 44:3 倍 燃 燒 情 形 圖 45:4 倍 燃 燒 情 形 的 近 照 圖 46:3 倍 燃 燒 情 形 的 近 照 圖 47: 觀 察 倍 數 增 加 的 燃 燒 情 形 七 探 討 相 同 成 分 比 例 不 同 的 洞 數, 對 燃 燒 情 形 的 影 響 11
( 一 ) 相 同 成 分 比 例 不 同 洞 數 的 炭 塊 點 火 與 燃 燒 的 情 形 表 15: 相 同 成 分 比 例 不 同 洞 數 的 炭 塊 點 火 與 燃 燒 的 紀 錄 硝 洞 漿 木 酸 的 糊 炭 鉀 個 (g) (g) (g) 數 燃 燒 情 形 敘 述 12 9 3 1 蔓 延 速 度 很 緩 慢, 約 需 15 分 鐘 才 會 整 體 燃 燒 2 蔓 延 速 度 很 緩 慢, 約 需 15 分 鐘 才 會 整 體 燃 燒 3 火 苗 延 伸 速 度 有 稍 微 快 一 點, 約 需 10 分 鐘 才 會 整 體 燃 燒 4 跟 三 個 洞 的 差 不 多, 約 需 10 分 鐘 才 會 整 體 燃 燒 5 延 燒 速 度 普 通, 不 會 說 很 慢 也 不 會 很 快, 約 需 7 分 鐘 才 會 整 體 燃 燒 6 比 五 個 洞 的 快 一 點, 約 需 4 分 鐘 才 會 整 體 燃 燒 7 跟 八 個 洞 的 差 不 多, 約 需 2 分 鐘 才 會 整 體 燃 燒 8 蔓 延 的 速 度 最 快, 分 布 最 均 勻, 約 需 2 分 鐘 才 會 整 體 燃 燒 ( 二 ) 由 表 15 發 現 : 洞 數 越 多 ( 如 八 個 洞 ), 蔓 延 到 整 體 通 紅 發 熱 的 時 間 最 短, 分 布 最 均 勻 圖 48: 打 一 個 洞 圖 49: 打 二 個 洞 圖 50: 打 三 個 洞 圖 51: 打 四 個 洞 圖 52: 打 五 個 洞 圖 53: 打 六 個 洞 圖 54: 打 七 個 洞 圖 55: 打 八 個 洞 圖 56: 成 形 晾 乾 中 柒 討 論 一 快 速 炭 用 湯 匙 就 可 以 輕 易 刮 出 粉 末 且 放 入 水 裡 會 崩 解, 推 測 快 速 炭 可 能 是 把 炭 磨 成 粉 末, 再 加 入 弱 性 黏 著 劑 重 新 壓 合 而 成 的 12
二 木 炭 會 浮 在 水 上, 所 以 當 我 們 利 用 排 水 法 的 時 候, 要 用 針 把 木 炭 推 到 水 裡, 減 少 誤 差 三 測 量 快 速 炭 密 度 時, 編 號 3 之 快 速 炭 因 誤 差 較 大, 故 平 均 值 捨 去 四 攪 拌 的 時 候 最 好 攪 拌 到 快 要 乾 的 時 候 再 壓 到 100ml 燒 杯 內 成 形, 比 較 容 易 成 功 五 壓 模 成 形 的 時 候, 最 好 墊 一 層 塑 膠 袋, 脫 模 比 較 方 便 六 如 果 壓 好 成 形 的 炭 塊 沒 有 乾 燥 完 全, 會 有 發 霉 的 現 象 ( 如 圖 57), 是 因 為 漿 糊 是 屬 於 天 然 的 碳 水 化 合 物, 另 外, 我 們 也 發 現 硝 酸 鉀 的 比 例 越 高, 發 霉 的 機 率 越 低, 這 是 因 為 硝 酸 鉀 是 一 種 殺 菌 劑, 所 以 可 以 用 在 肉 類 食 物 的 保 存 上 七 選 擇 硝 酸 鉀 當 作 助 燃 劑 具 有 便 宜, 容 易 取 得 的 優 點 八 硝 酸 鉀 的 含 量 比 例 越 高, 燃 燒 越 劇 烈, 也 越 容 易 點 燃 木 炭 比 例 越 高 越 不 容 易 點 燃 九 製 作 出 來 的 炭 塊 有 時 較 不 容 易 點 燃, 我 們 推 測 可 能 是 攪 拌 不 平 均, 或 是 炭 塊 的 內 部 未 乾 燥, 也 有 可 能 是 漿 糊 使 碳 粉 形 成 保 護 膜 十 若 直 接 用 酒 精 溫 度 計 測 量 燃 燒 中 的 炭 塊 溫 度 時, 溫 度 上 升 劇 烈, 酒 精 溫 度 計 會 爆 炸 較 危 險, 故 利 用 燒 杯 裝 水 加 熱, 間 接 測 量 溫 度 變 化 十 一 成 分 比 例 一 旦 適 合, 倍 數 增 加 會 有 燃 燒 變 慢 的 趨 勢, 可 能 是 乾 燥 不 易, 或 許 可 以 用 打 洞 的 方 式 改 善 十 二 洞 的 數 目 越 多, 乾 燥 的 時 間 越 短, 且 燃 燒 時 與 空 氣 接 觸 的 面 積 越 廣, 故 燃 燒 蔓 延 的 時 間 也 更 快 速 圖 57: 發 霉 的 炭 塊 ( 木 炭 : 硝 酸 鉀 =4:1) 捌 結 論 在 此 次 的 實 驗 過 程 中, 我 們 發 現 比 例 的 調 配 是 相 當 重 要 的 一 個 部 分, 必 須 配 到 剛 剛 好, 才 可 以 讓 我 們 製 作 出 來 的 炭 塊 同 時 具 有 點 火 時 容 易, 燃 燒 後 很 持 久 的 特 性 也 了 解 到 一 種 新 商 品 的 研 究 與 開 發 是 相 當 的 不 容 易, 必 須 要 盡 善 盡 美 才 可 以 受 到 消 費 者 的 青 睞 所 以 我 們 在 享 受 生 活 科 技 便 利 的 時 候, 不 要 忘 記 幕 後 有 一 群 默 默 的 科 學 家 或 是 研 究 人 員, 為 了 人 類 生 活 的 便 利 而 奮 鬥 玖 參 考 資 料 及 其 他 一 牛 頓 出 版 股 份 有 限 公 司 ( 民 78) 牛 頓 化 學 辭 典 ( 初 版 15 刷 ),p442 台 北 市, 牛 頓 出 版 股 份 有 限 公 司 二 John Daintith 編 : 寧 國 杰 等 譯 ( 民 84) 貓 頭 應 化 學 袖 珍 辭 典 ( 初 版 ),p307 台 北 市, 貓 頭 應 13
三 無 字 天 書 http://content.edu.tw/primary/nature/cy_dl/test/explore/explore11.htm 四 火 藥 兵 器 與 使 用 http://vm.nthu.edu.tw/history/shows/show01/sung.siege/gunpowder-a01.html 14
中 華 民 國 第 四 十 五 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 評 語 國 小 組 自 然 科 081523 炭 索 秘 密 高 雄 縣 鳳 山 市 正 義 國 民 小 學 評 語 : 嘗 試 將 木 炭 磨 成 粉 並 添 加 黏 著 劑 及 助 燃 劑, 將 其 重 新 混 合 為 一 組 合 之 碳 塊, 並 測 試 其 燃 燒 之 效 果, 惜 未 能 獲 致 加 速 燃 燒 之 效 果, 應 可 就 易 燃 之 物 質 ( 如 奈 米 材 料 ) 多 收 集 此 資 料 及 燃 燒 時 之 表 面 積 再 予 加 強, 改 善 燃 燒 之 速 率