嘉義市第三十一屆中小學科學展覽 作品說明書 科別 : 化學科 組別 : 國小組 作品名稱 : 保冷劑 DIY 關鍵字 : 保冷劑 溫度 鹽 編號 :
目錄 摘要 2 壹 研究動機 2 貳 研究目的 2 參 研究設備及器材 3 肆 研究過程及結果 3 伍 討論 2 陸 結論 21 柒 參考資料 21
摘要 每當夏天來臨, 我們外出常會攜帶飲料, 每當我們享用飲料時, 總希望飲料能一直維持冰冰涼涼的, 這時就需要保冷劑的幫忙了 這包保冷劑到底裡面裝的是什麼東西, 為什麼具有保冷效果呢! 這點引起我們的好奇, 所以我們決定用 保冷劑 來當作本次科展的研究題目 由我們的實驗結果可得知, 在水中添加不同比例濃度的鹽, 最佳的水與鹽的比例為 1: 14 在水中添加鹽的效果比糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精還要好 用鹽水的效果也會比一般用水 膠水 漿糊還有市面上的保冷劑還要來得好 鹽水在不同體積大小時對保冷效果之影響, 體積越大, 降溫效果越好, 也較能長時間維持低溫 鹽在市面上及生活中非常普遍, 再加上價格低廉, 所以當我們有需要使用保冷劑時, 把水跟鹽依 1:14 的比例攪拌至完全溶解再倒到夾鏈袋或保特瓶拿去冰箱冷凍, 既無毒 環保 便宜 容易取得, 又可重覆使用, 就是一種很好的自製保冷劑 壹 研究動機 在日常生活中, 我們會發現在蛋糕 生魚片 冰品這些產品中, 通常都有放置保冷劑來維持保冷效果 尤其是每當夏天來臨, 我們外出常會攜帶飲料, 每當我們享用飲料時, 總希望飲料能一直維持冰冰涼涼的, 這時就需要保冷劑的幫忙了 這包保冷劑到底裡面裝的是什麼東西, 為什麼具有保冷效果呢! 這點引起我們的好奇, 所以我們決定用 保冷劑 來當作本次科展的研究題目, 找出在生活中我們可以當成自製保冷劑的物質, 做出環保無毒便宜又好用的保冷劑 貳 研究目的 一 探討水 太白粉 保冷劑對保冷效果之影響 實驗一 探討水 太白粉 保冷劑對保冷效果之影響二 探討在水中添加不同比例濃度的鹽對保冷效果之影響 實驗二 探討在水中加入不同比例的鹽(g-5g) 對保冷效果之影響 實驗三 探討在水中加入不同比例的鹽(1g-4g) 對保冷效果之影響 實驗四 探討在水中加入不同比例的鹽(1g-15g) 對保冷效果之影響三 探討在水中添加鹽 糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精對保冷效果之影響 實驗五 探討在水中添加鹽 糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精對保冷效果之影響 實驗六 探討酒精揮發性對保冷效果之影響四 探討鹽水 膠水 白膠 洗碗精 漿糊 保冷劑和生理食鹽水對保冷效果之影響 實驗七 探討鹽水 膠水 白膠 洗碗精 漿糊 保冷劑和生理食鹽水對保冷效果之影響五 探討鹽水在不同體積大小時對保冷效果之影響 實驗八 探討鹽水在不同體積大小時對保冷效果之影響六 探討自製保冷劑 ( 鹽水 ) 與市面上冰寶對保冷效果之影響 實驗九 探討自製保冷劑( 鹽水 ) 與市面上冰寶對保冷效果之影響 2
參 研究設備及器材 器材 : 燒杯 溫度計 電子秤 冰箱冷凍庫 手錶 數位照相機 長形塑膠盒 夾鏈袋 保特瓶 材料 : 水 鹽 糖 味精 小蘇打粉 太白粉 膠水 漿糊 白膠 洗碗精 生理食鹽水 醋 酒精 冰寶 肆 研究過程及結果 一 探討水 太白粉 保冷劑對保冷效果之影響 實驗一 探討水 太白粉 保冷劑對保冷效果之影響當我們開始要做這個保冷劑實驗的時候, 我們第一個想到的是拿水來試試看, 並與市面上的保冷劑 ( 康 ) 來做比較, 看看效果有無差異 加上保冷劑 ( 康 ) 在未冰前摸起來軟軟的, 所以我們立刻想到我們煮菜用的芶芡, 會牽絲而且軟軟的, 所以我們就用太白粉來試試看 再加上六上的課程有上過冰塊加鹽實驗, 可以發現冰塊有加鹽的溫度將降到很低, 所以我們順便在太白粉中加鹽試試看有無降溫效果 ( 一 ) 實驗配方編號 1: 水 1g 編號 2: 水 1g+ 太白粉 9g 編號 3: 水 1g+ 太白粉 9g+ 鹽編號 4: 水 1g+ 太白粉 3g 編號 5: 水 1g+ 太白粉 3g+ 鹽編號 6: 保冷劑 ( 康 ) 內容物呈現凝膠狀 ( 二 ) 實驗步驟 1. 所需材料用電子秤秤好備用 ( 圖一 ) 2. 秤好的材料放入燒杯中與水攪拌完全 ( 圖二 ) ( 水加太白粉一起加熱再加入大量鹽使其形成鹽的飽和溶液 ) 3. 再倒入長形塑膠盒中至固定高度 ( 圖三 ) 4. 把長形塑膠盒放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 ( 圖四 ) 5. 把長形塑膠盒從冰箱取出並立即測量最初溫度 ( 圖五 ) 6. 之後每隔 1 鐘測量一次, 連續測 2 小時並做記錄 ( 圖六 ) 圖一 用電子秤秤好所需材料 圖二 材料放入燒杯中與水攪拌完全 3
圖三 倒入長形塑膠盒中至固定高度 圖四 長形塑膠盒放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 圖五 取出長形塑膠盒用溫度計測量溫度圖六 每隔 1 鐘測量一次, 連續測 2 小時並做記錄 ( 三 ) 實驗結果 1. 圖七 不同物質放在長形塑膠盒中之形態 4
2. 表一 探討水 太白粉 保冷劑對保冷效果之影響 編號 狀態 1 2 3 4 5 6 7 1 固硬 2 固硬 3 固軟 4 固硬 5 固軟 6 固硬 8 9 1 11 12-21 -2.2 -.8 -.6 -.4-1.2 -.5-1.2-1.2 -.2 -.4 -.8 -.6-2 -5.4-2.2 -.8.2 -.4.8.6 1.2 2.2 2.6 2.6 3.6-18 -11-5.4 -.8 2.6 4.6 7.9 9.2 11.6 14.2 15. 15.4 16.6-18 -4.8-1.2 -.8 -.2 -.2.1.2.4 1.6 2.2 1.6 2.8-2 -11-6.8-1. 3.6 5.8 9.4 1.6 12.6 14.8 15.8 16.2 17.4-19 -4.8-1.6-1.2 -.6 -.8 -.3 -.6 -.2.4.4.2.6 同一時刻, 溫度最低的以紅色表示, 溫度 度以下以藍色底面表示 3. 2 溫度 ( 度 ) 1-1 -2-3 3 6 9 12 時間 ( ) 水水 1g+ 太白粉 9g 水 1g+ 太白粉 9g+ 鹽水 1g+ 太白粉 3g 水 1g+ 太白粉 3g+ 鹽保冷劑 圖八 水 太白粉 保冷劑對保冷效果之影響 ( 四 ) 實驗發現 1. 從冰箱冷凍庫拿出來時, 發現全部都結成固體 但用手去摸的時候, 卻發現有加入鹽的 ( 編號 3 和編號 5) 摸起來軟軟的, 其餘都硬硬的 2. 以溫度來看, 有加入鹽的在一開始的前半小時溫度會較低, 但之後溫度會快速飆升 不加入鹽的, 雖然溫度不會較低, 但還會在 度以下 若以後續還能維持在較低溫狀態, 還是以水較好 3. 從這個實驗中, 我們有加鹽溫度會降較低, 而水的後續溫度維持在較低溫, 如果把水和鹽加在一起效果會更好嗎? 所以我們就做水加不同比例的鹽來比較看看, 看保冷效果如何 5
二 實驗二 探討在水中加入不同比例的鹽 (g-5g) 對保冷效果之影響從上這個實驗中, 我們有加鹽溫度會降較低, 而水的後續溫度維持在較低溫 所以在本實驗中, 我們將採取在水中加不同比例的鹽巴, 來試驗看看有加鹽巴的效果有沒有比沒加的好, 再看看加入的鹽巴在哪個比例濃度時才會呈現最佳的低溫狀態 ( 一 ) 實驗配方編號 1: 水 1g 編號 2: 水 1g+ 鹽 1g 編號 3: 水 1g+ 鹽 2g 編號 4: 水 1g+ 鹽 3g 編號 5: 水 1g+ 鹽 4g 編號 6: 水 1g+ 鹽 5g ( 二 ) 實驗步驟 1. 所需材料用電子秤秤好, 放入燒杯中與水攪拌完全, 再倒入長形塑膠盒中 2. 把長形塑膠盒放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 3. 把長形塑膠盒從冰箱取出並立即測量最初溫度 4. 之後每隔 1 鐘測量一次, 連續測 2 小時並做記錄 ( 三 ) 實驗結果 1. 圖九 不同濃度的鹽水在冰凍後的形態 2. 表二 水中加入不同比例的鹽 (g-5g) 對保冷效果之影響 編號 狀態 1 2 3 4 5 6 7 8 1 固硬 2 固硬 3 固硬 4 固硬 6 9 1 11-14.4.6.4.2.4.2.6.6.6.6.4.6 12-13 -3.4-1.4-1.4 -.6-1.2 -.8 -.2 -.4 -.4 -.2 -.2 -.4-14 -5.8-2.6-2. -1.4-1.4-1. -.6 -.6 -.6 -.6 -.4 -.6-15 -7.6-3.6-3. -2.8-2.2-2.4-1.8-1. -.6 -.8 -.4 -.6
5 固 -15-8.6-5.8-4.8-4. -3.2-2.6-2.2-2. -.8 -.6 -.8 -.8 硬 6 固硬 -15-9.8-6.6-5.6-4.6-3.8-3.2-3. -2.6-2.2-1.8-1.4-1.2 同一時刻, 溫度最低的以紅色表示, 溫度 度以下以藍色底面表示 3. 5 溫度 ( 度 ) -5-1 -15-2 3 6 9 12 時間 ( ) 水 1g 水 1g+ 鹽 1g 水 1g+ 鹽 2g 水 1g+ 鹽 3g 水 1g+ 鹽 4g 水 1g+ 鹽 5g 圖十 水中加入不同比例的鹽 (g-5g) 對保冷效果之影響 ( 四 ) 實驗發現 1. 不管水有沒有加鹽, 冰凍後的狀態皆是呈現固態, 摸起來硬硬的 2. 經由測量的數據可以得知, 以編號 6( 水 1g+ 鹽 5g) 所測得的效果在剛拿出冰箱時的起始溫度以及後面持續冷度方面為最佳 3. 從這個實驗, 我們發現鹽加的越多保冷效果越好, 所以引起我們想再進一步探究到底鹽加入多少才會有最佳的保冷效果, 所以我們將拉大鹽量間距來找尋看看 實驗三 探討在水中加入不同比例的鹽(1g-4g) 對保冷效果之影響在上個實驗中, 我們發現在水中加入不同比例的鹽對保冷效果, 加越多效果越好, 不過上個實驗最多只加到 5g 鹽的量 所以這次我們打算加大添加鹽比例的差距, 試看看那一比例保冷效果會最好 ( 一 ) 實驗配方編號 1: 水 1g 編號 2: 水 1g+ 鹽 1g 編號 3: 水 1g+ 鹽 15g 編號 4: 水 1g+ 鹽 2g 編號 5: 水 1g+ 鹽 25g 7
編號 6: 水 1g+ 鹽 3g 編號 7: 水 1g+ 鹽 35g 編號 8: 水 1g+ 鹽 4g ( 二 ) 實驗步驟 1. 所需材料用電子秤秤好, 放入燒杯中與水攪拌完全, 再倒入長形塑膠盒中 2. 把長形塑膠盒放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 3. 把長形塑膠盒從冰箱取出並立即測量最初溫度 4. 之後每隔 1 鐘測量一次, 連續測 2 小時並做記錄 ( 三 ) 實驗結果 1. 圖十一 不同濃度的鹽水在冰凍後的形態 2. 表三 水中加入不同比例的鹽 (1g-4g) 對保冷效果之影響 編號 狀態 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 固硬 2 固硬 3 固軟 4 固軟 5 液態 6 液態 7 液態 8 液態 同一時刻, 溫度最低的以紅色表示, 溫度 度以下以藍色底面表示 8 1 11-9.2 -.8 -.8 -.4 -.8 -.6 -.8 -.6 -.6 -.6 -.6 -.6.6-13 -1-9.2-7. -6.6-5.4-4.8-3.6-3.4-2.6-2. -.8 9. 12-12 -11-9.8-6.8-7. -5.8-5.. 3.2 8. 9. 11.4 13.8-12 -11-9.8-7.6-2.6 3. 6.2 9. 11. 12.8 13.8 14.8 16.6-6.6 -.4 3.6 8.2 9.8 11.8 13.2 15. 16. 16.6 17.2 17.8 18.6-7.6-1.4 3. 7.4 8.8 11.2 12.8 14.4 15.4 16.2 16.6 17.4 18.6-7.8-1.2 2. 7. 8.8 11. 12.4 14. 15. 15.6 16.4 17.2 18.2-9. -.6 3.8 7.8 9.2 11.2 12.6 13.8 14.8 15.6 16.4 17. 18.2
3. 溫度 ( 度 ) 25 2 15 1 5-5 -1-15 3 6 9 12 水 1g 水 1g+ 鹽 1g 水 1g+ 鹽 15g 水 1g+ 鹽 2g 水 1g+ 鹽 25g 水 1g+ 鹽 3g 水 1g+ 鹽 35g 水 1g+ 鹽 4g 時間 ( ) 圖十二 水中加入不同比例的鹽 (1g-4g) 對保冷效果之影響 ( 四 ) 實驗發現 1. 當我們打開冰箱冷凍庫的那一剎那, 令我們驚訝的事情發生了, 觀察冰凍後的狀態, 我們發現鹽加的越多, 在鹽量大於 25g 以上時, 是無法結成固態的 推究其原因可能是水加入大量的鹽巴之後, 會降低其冰點, 而我們的冰箱冷凍庫無法達到那麼低溫, 所以會呈現液態 2. 此外, 我們也發現當鹽的量在 15g 及 2g 時, 雖然呈現固態, 但是用手去摸他卻發現是軟的, 不是硬的 3. 看我們所測得的數據變化, 我們發現當拿出冷凍庫的溫度在 3 鐘以內時, 以編號 3( 鹽 15g) 及編號 4( 鹽 2g) 溫度最低, 緊接著之後的 3 鐘以編號 3( 鹽 15g) 溫度最低, 接著之後的一小時效果最好的是編號 2( 鹽 1g) 實驗四 探討在水中加入不同比例的鹽(1g-15g) 對保冷效果之影響從上個實驗, 我們想繼續研究鹽量在 1g 到 15g 之間的溫度變化以及形態變化到底如何, 試看看在水中加入至哪一比例的鹽量時保冷效果會最好 ( 一 ) 實驗配方編號 1: 水 1g+ 鹽 g 編號 2: 水 1g+ 鹽 1g 編號 3: 水 1g+ 鹽 11g 編號 4: 水 1g+ 鹽 12g 編號 5: 水 1g+ 鹽 13g 編號 6: 水 1g+ 鹽 14g 編號 7: 水 1g+ 鹽 15g 9
( 二 ) 實驗步驟 1. 所需材料用電子秤秤好, 放入燒杯中與水攪拌完全, 再倒入長形塑膠盒中 2. 把長形塑膠盒放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 3. 把長形塑膠盒從冰箱取出並立即測量最初溫度 4. 之後每隔 1 鐘測量一次, 連續測 2 小時並做記錄 ( 三 ) 實驗結果 1. 圖十三 不同濃度的鹽水在冰凍後的形態 2. 表四 水中加入不同比例的鹽 (1g-15g) 對保冷效果之影響 編號 狀態 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 固硬 2 固硬 3 固硬 4 固硬 5 固軟 6 固軟 7 固軟 1 11 12-13 -.4 -.6 -.4 -.4 -.6 -.4 -.4 -.4 -.2 -.2 -.2 -.2-13 -1-8.4-6.2-5. -3.8-3.2-1.6-1.4 1.4 8.4 12. 13.6-13 -1-9. -6.6-5.4-4.2-3.4-1.6 1.2 6.6 11. 13.8 15. -13-1 -9. -7.2-5.6-4.6-3.8-1.2 3.8 9. 11.4 14. 15.2-14 -11-8.6-6.6-5.2-4.2-3. 2.2 7.8 11.6 13.8 15.6 16.8-14 -11-9.6-7.4-6.2-5. -3.2 5.2 8.2 1.8 14. 15.4 17. -13-1 -8. -6.2-5. 2.2 7.6 1.8 12.2 13.8 15.4 17.2 18.2 同一時刻, 溫度最低的以紅色表示, 溫度 度以下以藍色底面表示 1
3. 溫度 ( 度 ) 2 15 1 5-5 -1-15 -2 3 6 9 12 時間 ( ) 水 1g 水 1g+ 鹽 1g 水 1g+ 鹽 11g 水 1g+ 鹽 12g 水 1g+ 鹽 13g 水 1g+ 鹽 14g 水 1g+ 鹽 15g 圖十四 水中加入不同比例的鹽 (1g-15g) 對保冷效果之影響 ( 四 ) 實驗發現 1. 觀察冰凍後的狀態, 全部都結成固體 不過, 我們發現鹽加到 13g 14g 15g 時, 摸起來軟軟的, 其餘摸起來都是硬硬的 2. 溫度在前一小時所觀察到的以編號 6( 水 1g+ 鹽 14g) 的效果最好, 溫度在每個時刻是最低溫的, 因為鹽要溶解需要溶解熱要吸熱, 所以也會使溫度下降而產生降溫的效果 3. 我們發現只要水中有加鹽的, 溫度在過了 度以後溫度會急速上升 而編號 1 完全不加鹽的, 溫度則能一直維持在低溫 度左右 三 探討在水中添加鹽 糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精對保冷效果之影響 實驗五 探討在水中添加鹽 糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精對保冷效果之影響我們試想說如果在水中不加入鹽巴, 而是加入其他物質, 例如糖 味精 小蘇打粉 醋 酒精看看對保冷的效果如何 ( 一 ) 實驗配方編號 1: 水 1g 編號 2: 水 1g+ 鹽 14g 編號 3: 水 1g+ 糖 14g 編號 4: 水 1g+ 味精 14g 編號 5: 水 1g+ 小蘇打粉 14g 編號 6: 水 1g+ 醋 14g 編號 7: 水 1g+ 酒精 14g 11
( 二 ) 實驗步驟 1. 所需材料用電子秤秤好, 放入燒杯中與水攪拌完全, 再倒入長形塑膠盒中 2. 把長形塑膠盒放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 3. 把長形塑膠盒從冰箱取出並立即測量最初溫度 4. 之後每隔 1 鐘測量一次, 連續測 1 小時並做記錄 ( 三 ) 實驗結果 1. 圖十五 不同物質放在長形塑膠盒中冰凍後之形態 2. 表五 在水中添加鹽 糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精對保冷效果之影響編號狀態 1 2 3 4 5 6 1 固硬 -5.8 -.6 -.4 -.4 -.4 -.6 -.6 2 固軟 -12-9.2-7.4-6.4-5.2-4.8-2.2 3 固硬 -7. -3.6-3.2-2.2-1.6-1.4-1.2 4 固硬 -1-7. -6. -4.8-3.6-3. -2.6 5 固硬 -4.8-3.4-3. -2.8-2.6-2.6-3. 6 固硬 -5. -1.2-1. -.8 -.6 -.8-1. 7 固硬 -12-8.4-7.6-7.2-6.4-5.2-4.8 同一時刻, 溫度最低的以紅色表示, 溫度 度以下以藍色底面表示 12
3. 溫度 ( 度 ) -2-4 -6-8 -1-12 -14 2 4 6 時間 ( ) 水水 + 鹽水 + 糖水 + 味精水 + 小蘇打粉水 + 醋水 + 酒精 圖十六 在水中添加鹽 糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精對保冷效果之影響 ( 四 ) 實驗發現 1. 冰凍後的狀態皆是呈現固態, 但加鹽的摸起來是軟的, 其他的摸起來是硬硬的 2. 經由測量的數據可以得知, 以編號 7( 水 1g+ 酒精 14g) 所測得的低溫效果最佳, 其次是編號 2( 水 1g+ 鹽 14g) 效果第二好 3. 酒精具有揮發性, 在測量時會聞到酒精味, 這引起我們的好奇, 是不是因為酒精的揮發性造成測量時的保冷效果較好 所以, 接著我們想研究在測量時如果把酒精封住 ( 阻擋酒精其揮發性 ) 看看對保冷效果的影響 實驗六 探討酒精揮發性對保冷效果之影響在上個實驗中, 我們發現加酒精的效果比加鹽的效果好, 但我們是把這些東西放在沒有封口的長形塑膠盒中, 所以我們推想是不是因為酒精的揮發性造成測量時的保冷效果較好 因此, 在本次實驗中, 我們把他們都放入夾鏈袋中封住 ( 阻擋酒精其揮發性 ) 來做比較 ( 一 ) 實驗配方編號 1: 水 1g+ 鹽 14g( 封住 ) 編號 2: 水 1g+ 酒精 14g( 封住 ) ( 二 ) 實驗步驟 1. 所需材料用電子秤各秤好放入夾鏈袋中 2. 把夾鏈袋放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 3. 把夾鏈袋從冰箱取出並立即測量最初溫度 4. 之後每隔 1 鐘測量一次, 連續測 1 小時並做記錄 13
( 三 ) 實驗結果 1. 圖十七 不同物質放在夾鏈袋中冰凍後之形態 2. 表六 探討酒精揮發性對保冷效果之影響編號狀態 1 2 3 4 5 6 1 固軟 -12-8.8-7. -5.2-3.8-3. -2.2 2 固硬 -12-8.6-6. -4.2-3. -2. -1.2 同一時刻, 溫度最低的以紅色表示, 溫度 度以下以藍色底面表示 3. 溫度 ( 度 ) -2-4 -6-8 -1-12 -14 2 4 6 時間 ( ) 水 + 鹽水 + 酒精 圖十八 探討酒精揮發性對保冷效果之影響 14
( 四 ) 實驗發現 1. 從實驗結果發現, 有加鹽 ( 用夾鏈袋封住 ) 的比加酒精 ( 用夾鏈袋封住 ) 的保冷效果來得好 所以我們推究酒精的揮發性會對測量結果產生影響 當日常生活中要使用保冷劑時, 我們都是封住的, 所以以水加鹽的效果就會比加酒精來得好 四 探討鹽水 膠水 白膠 洗碗精 漿糊 保冷劑和生理食鹽水對保冷效果之影響 實驗七 探討鹽水 膠水 白膠 洗碗精 漿糊 保冷劑和生理食鹽水對保冷效果之影響依據我們所查到的資料中, 市面上的冰寶與保冷劑的配方差不多, 內容物通常以純水 88 %與聚乙烯醇 12 %所混和成的, 他和膠水的原料 ( 聚乙烯醇 ) 差不多 所以在這次實驗裡, 我們想先拿市面上賣的膠水來做試驗, 並且也對我們覺得有可能的物質拿來一起做實驗看對保冷效果程度如何 ( 一 ) 實驗配方編號 1: 水 1g+ 鹽 14g 編號 2: 膠水編號 3: 白膠編號 4: 洗碗精編號 5: 漿糊編號 6: 保冷劑 ( 康 ) 編號 7: 生理食鹽水 ( 二 ) 實驗步驟 1. 所需材料用電子秤各秤好放入長形塑膠盒中 2. 把長形塑膠盒放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 3. 把長形塑膠盒從冰箱取出並立即測量最初溫度 4. 之後每隔 1 鐘測量一次, 連續測 1 小時並做記錄 ( 三 ) 實驗結果 1. 圖十九 不同物質放在長形塑膠盒中冰凍後之形態 15
2. 表七 鹽水 膠水 白膠 洗碗精 漿糊 保冷劑和生理食鹽水對保冷效果之影響編號狀態 1 2 3 4 5 6 1 固軟 -1-9.4-7.4-5.8-4.8-3.6 3.6 2 固軟 -6.2-3.2-2. -1.2 -.8 -.6 -.4 3 固硬 -6.2-3.8-2.4-1.2 -.4.6 1.2 4 固硬 -9.6-6.8-5. -3.2-2.6-2. -1.8 5 固硬 -4.8-3. -2. -1.2 -.6 -.2.2 6 固硬 -2.8-1. -.6 -.4 -.4 -.2.4 7 固硬 -6. -3.2-2.6-1.8-1.4-1.2-1.2 同一時刻, 溫度最低的以紅色表示, 溫度 度以下以藍色底面表示 3. 5 溫度 ( 度 ) -5-1 -15 2 4 6 時間 ( ) 水 1g+ 鹽 14g 膠水白膠洗碗精漿糊保冷劑生理食鹽水 圖二十 鹽水 膠水 白膠 洗碗精 漿糊 保冷劑和生理食鹽水對保冷效果之影響 ( 四 ) 實驗發現 1. 冰凍之後, 所有的物質全部變成固態 除了編號 1 鹽水摸起來是軟的, 其他的摸起來都是硬的 2. 以溫度來看, 在前 5 鐘以鹽水的效果最好, 溫度較低 ; 次佳的是編號 4 的洗碗精 16
五 探討鹽水在不同體積大小時對保冷效果之影響 實驗八 探討鹽水在不同體積大小時對保冷效果之影響綜合以上的實驗, 我們發現鹽水 ( 水 1g+ 鹽 14g) 在初期的效果最好 所以在本實驗中, 我們試著將加大鹽水的體積, 看看會不會延長初期的低溫效果 ( 一 ) 實驗配方 ( 水與鹽的比例為 1:14) 編號 1: 體積 1ml( 夾鏈袋 3 號 ) 編號 2: 體積 17ml( 夾鏈袋 4 號 ) 編號 3: 體積 3ml( 夾鏈袋 5 號 ) 編號 4: 體積 5ml( 夾鏈袋 6 號 ) 編號 5: 體積 8ml( 夾鏈袋 7 號 ) ( 二 ) 實驗步驟 1. 所需材料用電子秤各秤好放入夾鏈袋中 2. 把夾鏈袋放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 3. 把夾鏈袋從冰箱取出並立即測量最初溫度 4. 之後每隔 1 鐘測量一次, 連續測 2 小時並做記錄 ( 三 ) 實驗結果 1. 圖二十一 不同體積大小的鹽水冰凍後之形態 2. 表八 鹽水在不同體積大小時對保冷效果之影響 編號 狀態 1 2 3 4 5 6 7 1 固軟 2 固軟 3 固軟 4 固軟 5 固軟 17 8 9 1 11 12-9.2-6. -3.2-2. -1.2.2 2. 7.6 9.6 13. 15. 16.4 17.8-11 -7.2-4.4-4. -1.6-1.4-1.2 3. 9.6 12. 14. 15. 16.8-11 -7.8-6. -5.6-2.4-2.6-2. 1.4 6. 9.8 12.4 14.2 15. -1-7.8-6. -5.8-5.4-4.6-4.8-3.8-3. -1.8-1.2 -.4 6.4-9.2-6.2-6.2-5.6-4.8-4. -3.4-3.2-3. -2.6-2.4-2. 3.8
同一時刻, 溫度最低的以紅色表示, 溫度 度以下以藍色底面表示 3. 溫度 ( 度 ) 2 15 1 5-5 -1-15 3 6 9 12 時間 ( ) 體積 1ml 體積 17ml 體積 3ml 體積 5ml 體積 8ml 圖二十二 鹽水在不同體積大小時對保冷效果之影響 ( 四 ) 實驗發現 1. 以溫度來看, 體積越大, 溫度越低 整體來說, 以體積 5ml 和體積 8ml 體積較大的, 比較能長時間維持低溫的狀態 2. 經由實驗結果發現加大鹽水的體積, 是可以延長初期的低溫效果, 能由原本一小時延長至快至 2 小時 所以, 以後實際應用在生活上, 如果須要一小時之內的保冷, 可以使用體積 3ml( 夾鏈袋 5 號 ) 以下的來做保冷劑 如果須要 2 小時之內的保冷, 可以使用體積 5ml ( 夾鏈袋 6 號 ) 或體積 8ml( 夾鏈袋 7 號 ) 的來做保冷劑 3. 我們通常使用保冷劑時會搭配保溫桶 保溫袋或保麗龍盒來當保溫器, 這樣一來保冷劑的保冷效果會更好, 並更能長時間來維持低溫的環境 六 探討自製保冷劑 ( 鹽水 ) 與市面上冰寶對保冷效果之影響 實驗九 探討自製保冷劑( 鹽水 ) 與市面上冰寶對保冷效果之影響我們從前面的實驗發現自製保冷劑的最佳水與鹽的比例為 1:14, 那如果我們把自製保冷劑 ( 鹽水 ) 與市面上冰寶來做比較, 我們很好奇想試試看誰的效果會比較好 ( 一 ) 實驗配方編號 1: 鹽水 ( 水與鹽的比例為 1:14) 編號 2: 冰寶 ( 內容物 : 水 冷凝劑 色素 ) ( 二 ) 實驗步驟 1. 準備兩個市面上賣的冰寶 ( 容量 5ml) 2. 把其中一個冰寶內的液體全部倒出來, 再倒入我們調製的鹽水 ( 水與鹽的比例為 1:14) 3. 同時放入冰箱冷凍庫冷凍一夜 4. 從冰箱取出並立即測量最初溫度, 之後每隔 1 鐘測量一次, 連續測 2 小時並做記錄 18
( 三 ) 實驗結果 1. 圖二十三 鹽水與冰寶冰凍後之外形 2. 表九 自製保冷劑 ( 鹽水 ) 與市面上冰寶對保冷效果之影響 編號 狀態 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 固態 2 固態 1 11-12 -11-9. -6.4-5.8-5.2-3.6-3.4-2.6-2. -.4 2.2 5.4-13 -4.4 -.6 -.6 -.4 -.4 -.2 -.2 -.2.2.2.2 同一時刻, 溫度最低的以紅色表示, 溫度 度以下以藍色底面表示 3. 12 1 5 溫度 ( 度 ) -5-1 鹽水冰寶 -15 3 6 9 12 時間 ( ) 圖二十四 自製保冷劑 ( 鹽水 ) 與市面上冰寶對保冷效果之影響 ( 四 ) 實驗發現 1. 從冰箱冷凍庫拿出來搖一搖, 發現容器內的液體都結凍了, 形成固態 2. 當測量到 3 鐘時, 會發現裝鹽水的容器表面開始結霜, 因為裡面鹽水的溫度夠低, 在 度以下 3. 從實驗結果發現, 自製保冷劑 ( 鹽水 ) 比市面上冰寶保冷效果來得好 19
伍 討論 一 探討在水中添加不同比例濃度的鹽對保冷效果之影響, 在我們原本課堂上所上過的概念為在六上的冰塊加鹽實驗, 可以發現冰與鹽的比例在 3:1 時所測到的溫度將降到最低, 約會達到 -2 度左右的低溫 這時我們就想到如果事先先調成鹽水的狀態再拿去冰凍, 看看效果會不會比單純拿水去冰來得好, 經實驗證明果然有加鹽的水會比沒加的好, 因此我們就找出最佳的水與鹽的比例為 1:14, 溫度會較低, 比較符合被當成保冷劑的需求 為什麼加入鹽可以達到降溫的效果? 因為鹽要溶解需要溶解熱要吸熱, 所以也會使溫度下降而產生降溫的效果 為什麼過了一段時間, 加鹽的 反而會忽然提高許多? 因為等到冰融化 鹽溶解後, 釋放更多熱量, 以至於溫度忽然提高許多 二 在水中加鹽加的越多, 在鹽量大於 25g 以上時, 是無法結成固態的 推究其原因可能是水加入大量的鹽巴之後, 會降低其冰點, 而我們的冰箱冷凍庫無法達到那麼低溫, 所以會呈現液態 三 探討在水中添加鹽 糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精對保冷效果之影響, 除了鹽之外, 我們還試想著廚房裡其他的調味料, 例如糖 味精 小蘇打粉 醋, 還有我們生活中常會用來消毒殺菌的酒精, 噴起來感覺涼涼的, 都成為我們這次實驗的添加物 做實驗相較之下, 我們竟然發現酒精的效果最好, 其次是鹽 但酒精具有揮發性, 因我們放在長形塑膠盒沒加蓋, 這引起我們的好奇, 想探討酒精揮發性對保冷效果會不會有影響 在後續實驗, 我們都把鹽和酒精放入夾鏈袋中做比較, 果然包住後的酒精因無法揮發, 所以效果以加鹽的會比加酒精的好 四 在網路上所查到的自製保冷劑資料中, 只有提到用水或者用膠水 漿糊放到夾鏈袋冰凍, 卻沒有人提起用鹽水試試看 我們發現用鹽水的效果會比一般用水 膠水 漿糊還有市面上的保冷劑 ( 康 ) 還要來得好, 溫度可以維持在比較低溫, 這是我們在這實驗過程中的一大發現 五 探討鹽水在不同體積大小時對保冷效果之影響, 加大鹽水的體積, 是可以延長初期的低溫效果, 能由原本一小時延長至快至 2 小時 所以, 以後實際應用在生活上, 如果須要一小時之內的保冷, 可以使用體積 3ml( 夾鏈袋 5 號 ) 以下的來做保冷劑 如果須要 2 小時之內的保冷, 可以使用體積 5ml( 夾鏈袋 6 號 ) 或體積 8ml( 夾鏈袋 7 號 ) 的來做保冷劑 但在使用夾鏈袋時要注意袋子有無破洞, 不然裡面的液體會滲漏出來 六 做實驗時, 我們用的長形塑膠盒都要一樣大, 倒入盒內的液體體積都要一樣多, 因此我們先在盒子側面同一高度做記號 ( 距盒底 3 公, 體積為 1ml), 這樣每一個盒子倒入的體積才會一樣多, 厚度一樣高, 這樣才能準確的來比較溫度 七 測量溫度時, 每次溫度槍拿的高度皆要固定同一高度 ( 距桌面 1 公, 距物體表面 7 公 ), 還有固定於物體表面中心點來測量, 以減少實驗測量誤差 這樣實驗才會準確 八 冰凍後的的物體拿出來放在桌上測量時, 要注意物體與物體之間的距離避免太近, 至少要相隔 1 公以上, 以免互相受影響 九 本實驗中我們所用的鹽為精鹽, 在市面上及生活中非常普遍, 再加上價格低廉, 一包 1 公斤價格 15 元, 所以當我們有需要使用保冷劑時, 不須另外再去購買, 把水跟鹽以比例 1:14 攪拌至完全溶解再倒到夾鏈袋或保特瓶拿去冰箱冷凍, 就是一種很好的自製保冷劑了 2
十 市面上冰寶的容器是 PE 材質, 非常硬且厚 為什麼這麼厚? 推究其原因, 因為厚的材質比較能保冷, 溫度才不會散失太快, 因此容器內的液體融化的速度會比較慢, 來達到長時間保冷的效果 十一 在日常生活中, 我們實際應用保冷劑時會把保冷劑放入保溫桶 保溫袋或保麗龍盒來使用, 這樣就可延長保冷劑的保冷時間 但是保冷時間還必須考慮到保溫容器的大小 材質 開關次數, 還有放入的保冷劑大小及數量, 皆會影響保冷的效果 陸 結論 一 實驗一探討我們煮菜用的芶芡 - 太白粉, 在初期對保冷的效果比水好, 如果有加鹽效果更佳 ; 但以持續力來說, 則以水較佳 二 實驗二 三 四探討在水中添加不同比例濃度的鹽對保冷效果之影響, 找出最佳的水與鹽的比例為 1:14 三 實驗五 六探討探討在水中添加鹽 糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精對保冷效果之影響, 以在水中添加鹽的效果比糖 味精 小蘇打粉 醋及酒精還要好 四 實驗七探討鹽水 膠水 白膠 洗碗精 漿糊 保冷劑和生理食鹽水對保冷效果之影響, 還是以鹽水效果最好 五 實驗八探討鹽水 ( 水與鹽的比例為 1:14) 在不同體積大小時對保冷效果之影響, 體積越大, 低溫效果越好, 也較能長時間維持低溫 而且也可依個人需求以及保冷袋的大小, 自己量身定做合適的保冷劑大小 六 實驗九探討自製保冷劑 ( 鹽水 ) 與市面上冰寶對保冷效果之影響, 發現自製保冷劑 ( 鹽水 ) 比市面上冰寶保冷效果來得好 七 近年來, 環保意識漸漸獲得人們的重視, 如果能製作出無污染的保冷劑, 那就最好不過 由我們的實驗結果可得知, 我們自製保冷劑無毒 環保 便宜 容易取得, 又可重覆使用, 效果又比市面上花錢購買的保冷劑來得好 柒 參考資料 一 牛頓科學研習百科 (1993): 化學 台北 : 牛頓 二 中國兒童大百科全書嘉義明山書局 P199~2 三 21 世紀兒童百科牛頓出版 P252~253 四 廚房裡的小科學家 1 魔術般的 66 道科學實驗遊戲 三采出版社 五 林永蓁 (1988 年 1 月 1 日 ) 科學實驗引導 冷凍劑的製造(124-125 頁 ) 台北市: 小豆芽 21