一 研究動機 : 去年我去台南玩的時候, 剛好遇到當地廟會的活動 而在那天的祭祀活動中, 有一個俗稱 過火 的儀式讓我印象深刻 一群人赤著腳抬著神轎, 在燒的火紅的木炭上衝了過去 當時的我真是嚇呆了, 深怕他們被燒傷了 可是看到他們卻又若無其事的樣子, 令我不禁嗤嗤稱奇 後來回到學校, 我趕緊告訴老師我所看到的 神蹟 這時老師才跟我說, 這並不是什麼 神蹟, 而是 鹽 的一種降溫作用 為了追根究底, 我便邀了其他同學一起來做這個研究, 並請蔡老師來指導我們 二 研究目的 : ( 一 ) 探討室溫下的水加入不同量的鹽, 混合後溫度變化情形 ( 二 ) 探討不同溫度的水和相同量的鹽, 混合後溫度變化情形 ( 三 ) 探討冰和鹽混合後的溫度變化情形 ( 四 ) 探討冰和精鹽 低鈉鹽 粗鹽混合後的溫度變化情形 ( 五 ) 探討不同溶液的冰和鹽混合後的溫度變化情形 ( 五 ) 探討冰和鹽的接觸面積不同時, 其溫度變化情形 ( 六 ) 探討鹽對燒紅的木炭產生的作用 三 研究設備器材 : 水 燒杯 溫度計 (0 ~100 ) 溫度計 (-50 ~50 ) 量筒 酒精燈 石綿心網 天平或電子秤 碼錶 冰塊 冰箱 精鹽 粗鹽 低鈉鹽 果汁機 夾鍊袋 綠茶 可樂 蘇打水 糖水 食用醋 檸檬汁 紅茶 柳橙汁 溫度計 (0 ~200 ) 四 研究過程及結果 : 研究 ( 一 ): 探討室溫下的水和不同量的鹽, 混合後在溫度上的改變 實驗 1: 室溫下的水和 5 10 15 20 25 30 克的鹽混合後, 其溫度的變化情形 步驟 :(1) 準備好 5 10 15 20 25 30 克的精鹽,150 cc的水七杯 (2) 將水置於室內, 約十鐘後達到室溫 ( 約 22 ) (3) 別將不同量的鹽放入水杯中並攪拌均勻, 用碼錶測量時間與觀察溫度上變化 ( 為求實驗數據精確一次只觀察一個水杯, 七次觀察 ) 1
結果 : 室溫 :22.1 鹽量 溫度 加鹽不加鹽 5 克 10 克 15 克 20 克 25 克 30 克 時間 21.5 21.1 21 20.8 20.5 20.3 22 0 21.1 20.8 20.8 20.5 20 19.9 22 90 20.9 20.5 20 20.2 19. 19.5 22 120 20.8 20.3 19.9 20.1 19.4 19.3 22 ( 表一 ) 實驗的結果 :(1) 不加鹽的水在我們觀察 120 的期間內都保持在 22 左右 (2) 加鹽的水在 30 0 90 120 時, 以加 30 克的鹽所降的溫度比其他組快且多 (3) 在水中加鹽可以降低水溫, 而且加越多降的越多 研究 ( 二 ): 探討不同溫度的水和相同量的鹽, 混合後溫度上的改變 實驗 1:0 ( 冰 ) 15 30 45 0 75 的水和 25 克的鹽混合後, 其溫度的變化情形 步驟 :(1) 準備好 25 克的鹽 150 cc的水 (2) 利用酒精燈或冰塊將水調至上述的各溫度 (3) 將 25 克的鹽加入不同溫度的水 ( 冰 ) 中, 用碼錶測量時間與溫度上的改變 結果 : 室溫 :20.2 時間 溫度 加鹽不加鹽 冰 15 30 45 0 75 冰 15 30 45 0 75-3 14. 28.8 43.3 58.4 71.8 0 15.1 29.1 43.9 58. 72.2 0-8 14.2 27.8 42.1 5.8 70.1 0 15.3 28.2 42.7 57.2 70.8 90-11 14.3 2.9 41.3 55.9 8.7 0 15.7 27.5 42.0 5.4 9.2 120-14 14.7 25.8 40.1 54.8 7.5 0 1.0 2.8 41.2 55.2 8.1 表 ( 二 ) 實驗的結果 :(1) 因為當天氣溫是 20.2, 所以, 在 15 時加了 2
鹽之後先是下降後回升 ; 不加鹽時 15 的水則受氣溫影響稍微上升 (2) 由以上數據得知, 加鹽後溫度下降速度比不加鹽來的快 而 30 45 0 75 不加鹽的水, 溫度會下降是受當時室溫的影響 (3) 在水中加入鹽會降低水溫, 而水溫越高的降低的幅度越大 (4) 鹽對冰的降溫效果比鹽對其他溫度的水有更明顯的效果 * 針對此, 我們之後的研究將針對鹽與冰的關係繼續做更深入的觀察 研究 ( 三 ): 探討冰和鹽混合後的溫度變化 實驗 1:0 克的冰和 5 10 15 20 25 30 35 克的鹽混合後, 其溫度的變化情形 步驟 :(1) 準備好 5 10 15 20 25 30 35 克的鹽與 0 克冰 (2) 將不同份量的鹽別置入 0 克的冰中攪拌均勻, 用溫度計測量溫度的改變情形 結果 : 室溫 :21. 加鹽量 ( 克 ) 溫度 時間 ( ) 不加鹽 5 10 15 20 25 30 35 0 0 0 0 0 0 0 0 0 30 0-1.2-2.1-2.8-3.5-2.7-2.2-1.2 0 0-5.0-5.2 -. -8. -.5-5.4-5.1 90 0-7.2-7.8-8.5-11.4-8.4-7. -7.1 120 0-9.1-9. -10.2-13.2-10.1-9.8-9.2 150 0-11.2-11.8-12.5-15.3-12.4-11. -11.0 180 0-11.9-12.3-13.2-1.1-13.4-12.3-11.8 210 0-12.3-12. -13.7-17.5-13. -12.5-12.2 240 0-12.7-12.9-14.1-18.2-14.0-12.8-12. 270 0-13.4-13.8-14.5-18. -14.4-13.9-13.5 300 0-13.8-14.1-14.8-19.1-14.7-14.2-13.8 表 ( 三 ) 實驗的結果 :(1) 不加鹽的冰溫度一直維持在 0 3
(2) 鹽對冰有很明顯的降溫效果 (3)20 克的鹽與 0 克的冰混合, 溫度降低的速度與幅度最大 最明顯 ( 鹽 冰比例 1:3) * 在往後實驗中, 將以此比例 (1:3) 作為鹽與冰的標準比例 研究 ( 四 ): 探討冰和精鹽 低鈉鹽 粗鹽混合後的溫度變化情形 實驗 1:75 克的冰和 25 克的精鹽 低鈉鹽 粗鹽混合後, 其溫度的變化情形 步驟 :(1) 準備好 25 克的精鹽 粗鹽 低鈉鹽及 75 克冰 (2) 將冰放在燒杯中, 各放入 25 克的精鹽 粗鹽 低鈉鹽用溫度計測量溫度的改變情形 結果 : 室溫 :20.5 時間 0 30 1 1 2 2 3 3 4 4 加精鹽 0-3.5-10.1-13.2-15.3-1.1-17.5-18.2-18. -19.1-19.3 加粗鹽 0-2.1-5.3-7.4-9.0-10.2-11.1-11. -12.0-12.3-12.5 加低鈉鹽 0-2.3 -.2-10.3-11.5-12.3-13.9-14.5-14.9-15.2-15.4 不加鹽 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 表 ( 四 ) 實驗的結果 :(1) 精鹽在 1 鐘時, 下降至 -10.1 ; 粗鹽在 2.5 鐘時, 下降至 -10.2 ; 而低鈉鹽 1.5 鐘時, 溫度就下降 -10.3 所以, 下降速度快慢 : 精鹽 > 低鈉鹽 > 粗鹽 (2) 測完時間後, 再攪拌一下, 發現溫度還可以再下降一些 研究 ( 五 ) 探討不同溶液的冰和鹽的關係 實驗 1:75cc 不同溶液的冰和 25 克的鹽混合, 其溫度的變化情形 步驟 :(1) 將下列溶液量 75cc 二份, 並結成冰 統一柳橙多 ( 成 : 柳橙原汁 檸檬酸 維生素 C 砂糖 ) 檸檬汁 ( 自榨的檸檬汁 10cc 與 5cc 的蒸餾水混合 ) 可樂 ( 成 : 碳酸水 果糖 焦糖 磷酸 香料 ) 醋 ( 成 :4.5% 工研糯米醋 ) 綠茶 ( 成 : 天仁茶包與 200 cc的水 ) 紅茶 ( 成 : 立頓茶包與 200 cc的水 ) 糖水 ( 成 : 細砂糖 20 克 200 cc水 ) 蘇打水 (10 克小蘇打與 5cc 的水混合 ) (2) 將結成冰的溶液放入果汁機內絞碎, 再各放在 4 5
兩個燒杯裡 (3) 一杯加鹽 一杯不加鹽, 並用溫度計觀察其溫度變化情形 結果 : 茶類實驗項目 : 綠茶室溫 :20.4 時間溫度 原先溫度 30 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 加鹽 2-3. -.5-8. -9.7-10.3-11.4-12. -13. -14.4-15.2-1.3-1.8 不加鹽 2 2 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1 1 1 1 1 1 實驗項目 : 紅茶室溫 :20. 時間原先 30 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 溫度溫度 加鹽 2 -.2-10.3-12. -13.2-15.8-15.9-1.2-1.5-17.1-18.3-18.1-18. 不加鹽 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 果汁類 實驗項目 : 統一柳橙多 室溫 :20.4 時間溫度 原先溫度 30 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 加鹽 0-7.5-9.8-10.2-11.3-11.9-12.3-12.8-13.1-13.8-13.2-12.8-11. 不加鹽 0 1 1.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0-0.9 實驗項目 : 檸檬汁室溫 :20.8 時間原先 30 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 溫度溫度 加鹽 3-5 -9.8-10.2-12.2-12.8-13.2-13.9-14.8-15.3-14. -14.2-14.0 不加鹽 3 3 3 3 3 3 3.1 3 3 3 3.2 3 3 5
碳酸飲料類實驗項目 : 可樂室溫 :20. 時間原先 30 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 溫度溫度 加鹽 -1-8 -10.2-11.3-11.9-12. -13.4-13.9-14.5-15.0-15.8-1.2-1.8 不加鹽 -1-1.2-1.1-1.3-1.3-1.2-1.2-1 -1-1 -1-1 -1 實驗項目 : 蘇打室溫 :20.7 時間原先 30 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 溫度溫度 加鹽 1-2 -5.2-7. -9.1-10.5-11.2-11.9-12.3-12.8-13.2-13.9-14.2 不加鹽 1 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 調味類 實驗項目 : 醋 室溫 :20.7 時間溫度 原先溫度 30 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 加鹽 -4-10.2-13.2-14.2-14.9-15.2-15.9-1.4-17.1-17.8-17.1-1.8-1.3 不加鹽 -4-4 -4-4 -4-4 -4.2-4.2-4.2-4.2-4.2-4.2-4.2 實驗項目 : 糖水室溫 :20.8 時間原先 30 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 溫度溫度 加鹽 -1-5.5-8.2-9.3-9.4-9.5-9.7-9. -9.8-9. -9.4-9.1-9.0 不加鹽 -1-1 -1.2-1.2-1.2-1.2-1.2-1.2-1.5-1.5-1.5-1.5-1.5 表 ( 五 ) 實驗的結果 :(1) 不加鹽的溶液, 溫度下降不明顯, 甚至會受室溫的影響微微上升 (2) 結成冰塊的溶液, 不管是水或飲料加鹽之後, 都有明顯的降溫作用 (3) 加鹽的溶液, 溫度降到最低點後, 會受室溫的影響稍稍回升
感想 : 不同溶液可能因成不同, 需凝結成冰的時間也會有所不同, 像醋 可樂結冰時間較長, 可能是因為每一種溶液的凝固點不同所致 實驗 2: 冰加鹽混合 (3:1) 與冰不加鹽, 何者較易使飲料結冰 步驟 :(1) 衛生冰塊 900g 兩包與 300 g 的鹽 (2) 水 綠茶 可樂 蘇打水 糖水 食用醋 檸檬汁 紅茶 柳橙汁, 各取 30cc的量, 用夾鏈袋各裝成 2 小包 (3) 在保溫箱中把絞碎的衛生冰塊和鹽倒入, 再將裝飲料的夾鍊袋放入 加上蓋子後, 一直搖動保麗龍盒 約二十鐘後觀察其現象 (4) 在保溫箱中把絞碎的衛生冰塊放入, 再將裝飲料的夾鍊袋放入 加上蓋子後, 一直搖動保麗龍盒 約二十鐘後觀察其現象 結果 :(1) 加鹽的保溫箱 : 1 經過 20 鐘, 打開箱蓋, 箱子裡的冰塊已溶化的差不多了, 但是我們放入的飲料也結成冰 2 在這幾種不同的冰中, 只有裝水的那一包已經結成很硬的冰 其他的飲料也結冰, 但是像搖搖冰一樣, 並不是很堅硬 3 此時, 以溫度計測量保溫箱中的冰水, 其溫度為 -.8, 這也難怪會使飲料結成冰 (2) 不加鹽的保溫箱 : 1 經過 20 鐘後, 打開箱蓋, 箱子裡的冰塊沒什麼溶化, 而且裡面的飲料也沒結成冰, 只是成了冰的飲料而已 2 同樣把溫度計放進保溫箱中測溫度, 其溫度為 0, 所以無法結冰 研究 ( 六 ): 探討鹽和冰接觸面積不同時其變化情形 實驗 1:75 克不同大小的冰和 25 克的鹽混合, 其溫度的變化情形 步驟 :(1) 準備好 75 克的衛生冰塊六包 (2) 把兩份拿出來不做任何處理稱之為大冰塊 ; 把兩份的放入果汁機中絞碎 為中碎冰 ; 把兩份放入果汁機絞碎 0 為小碎冰 (3) 把它們各放在燒杯裡面, 一杯加鹽 一杯不加鹽 均勻攪拌之後, 用溫度計量其溫度變化並計時, 觀察冰塊變化情形 結果 : 室溫 :21.2 7
時間溫度冰塊 大冰塊 中冰塊 小冰塊 0 30 0 90 120 150 180 210 240 270 300 加鹽 0-3.5-7.2-10.3-12.5-13. -14.2-15.0-1.2-1.9-17.8 不加 0 0.2 0.4 0.7 1.1 1.3 1.5 1.7 1. 1.8 1.9 加鹽 0 -.2-9.3-12.7-15.7-17.3-18.2-18.7-19.2-19.1-19.3 不加 0 0.2 0.4 0.5 0.4 0. 1.1 1.3 1.7 1.8 1.7 加鹽 0-9. -13.8-1.5-17.8-18. -19.3-19.2-19.5-19. -19.7 不加 0 0 0.1 0.3 0.5 0.4 0. 0.8 1.2 1.5 1.7 表 ( 六 ) 變化情形 :(1) 在溫度 : 1 加鹽的大冰塊溫度下降速度滿快的, 約一三十就降到零下十度 2 加鹽的中冰塊溫度下降更快, 只花了約一鐘就降到零下十度 3 加鹽的小冰塊溫度下降速度最快, 在 左右, 溫度即下降到零下十度, 速度非常快 4 不加鹽的冰塊溫度變化差異不大, 大都維持 0 ~2 之內 (2) 在外觀 : 1 加鹽的大冰塊上, 我們發現大冰塊會慢慢融化, 並發現鹽會侵蝕冰塊的表面, 讓原本光滑的冰形成凹凸不平 變得較粗糙 2 加鹽的中冰塊, 表面慢慢融化速度比大冰塊快 我們發現鹽和冰比較容易混合在一起 並發現冰塊之間形成一片薄冰, 杯子外面也會結成如霜狀的薄冰 3 加鹽的小冰塊, 融化速度最快 因鹽與冰混合而使碎冰與融化的水結成硬硬的一層薄冰, 杯子外面也會結成如霜狀的薄冰 4 不加鹽的大冰塊上, 我們發現冰會漸漸地融化了, 但融化速度比加鹽的大冰塊慢 5 不加鹽的中冰塊表面融化, 但融化速度比加鹽的中冰塊慢 8
不加鹽的小冰塊會漸漸地變軟 融成水 實驗的結果 :(1) 體積大小不同的冰塊, 沒有加鹽的冰塊溫度變化不大 (2) 體積越小的冰塊, 總表面積越大, 接觸的面積也大, 加鹽後溫度變化的速度越大, 幅度也越大 (3) 體積越小的冰塊, 總表面積越大, 越易與鹽混合而使冰塊表面有變化 ( 凝結成冰 ) (4) 不加鹽的冰塊體積越小, 總表面積越大, 越易融化成水 研究 ( 七 ): 探討鹽對燒紅的木炭產生的作用 實驗 1: 在燒紅的木炭上加鹽與不加鹽, 觀察其溫度變化的情形 步驟 :(1) 將木炭敲成小碎塊, 點火燃燒, 直至木炭火紅 (2) 將木炭成兩堆, 一堆加鹽 一堆不加鹽, 觀察其溫度的變化 結果 : 室溫 :21.4 結果 變 化 情 加鹽 1. 在火紅木炭上灑鹽, 一開 始灑的鹽量並不多, 所以 我們看到溫度計也是一直 往上升, 甚至衝到 200 2. 隨著鹽的份量增加, 溫度計上的刻度也一直下降 3. 被鹽附著的木炭, 顏色會由火紅轉黑 這應該也是鹽的降溫作用所致 不加鹽 溫度計裡的紅色酒精柱一直往 上衝, 不一會兒的時間, 就衝 到頂端 200 形 表 ( 七 ) 實驗的結果 :(1) 被鹽附著的木炭, 顏色會由火紅轉黑 這也是鹽的降溫作用所致 (2) 加鹽會使木炭的溫度降低 (3) 鹽對燒紅的木炭有明顯的降溫作用 感想 : 在廟會的活動裡, 有一個俗稱 過火 的儀式, 即一群人抬著神轎往燒紅的木炭堆裡衝過去, 事後這些人也 9
五 討論 : 都是安然無恙 應該是當木炭燃燒到某一程度時, 有人在木炭上灑鹽, 降低炭火的溫度, 讓那些抬神轎過火的人不會灼傷腳底 ( 一 ) 不同溶液可能因成不同, 需凝結成冰的時間也會有所不同, 像醋 沙士結冰時間較長, 水則很快就結冰 這是因為各種溶液的凝固點不同所致 ( 二 ) 鹽放在冰上因鹽會吸熱, 使冰塊融化, 使溫度降低 ( 三 ) 鹽溶解在 5 ~95 的水時, 所表現的降溫效果並不是很顯著 ; 鹽和冰產生作用時, 溫度卻是大幅下降 ( 四 ) 鹽放入小冰塊時, 因為接觸面積大, 所以反應特別快, 溫度下降迅速, 且下降幅度也較大 ( 五 ) 以 1:3 的比例調和鹽與冰塊, 可以製造出零下 20 度的低溫, 冷凍效果比冰箱還 ㄅ一ㄤ ˋ ( 六 ) 在廟會的活動裡, 有一個俗稱 過火 的儀式, 即一群人抬著神轎往燒紅的木炭堆裡衝過去, 事後這些人也都是安然無恙 應該是當木炭燃燒到某一程度時, 有人在木炭上灑鹽, 降低炭火的溫度, 讓那些抬神轎過火的人不會灼傷腳底 六 結論 : ( 一 ) 在我們所做的實驗中, 發現水和鹽的比例仍以 3:1 的比例降溫效果效果最好 ( 二 ) 在我們所做的實驗中, 發現冰和鹽的比例仍以 3:1 的比例降溫效果效果最好 ( 三 ) 在冰上加鹽, 因鹽的吸熱作用, 使得冰的融化速度加快, 而且溫度下降至零度以下 ( 四 ) 冰塊加鹽混合後經過均勻的攪拌, 會比靜置時, 冰塊融化更快, 溫度也下降較多 ( 五 ) 在不同溶液的實驗中, 因不同溶液的凝固點不同, 所以加了鹽之後, 溫度下降的幅度也不同 ( 六 ) 如果冰 鹽以 3:1 的標準比例調配精確, 溫度甚至可達零下 20 度以下 ( 七 ) 冰塊體積大小不同與鹽充混合後, 體積越小的冰塊與鹽接觸的面積越大, 所以融化越快, 溫度下降時間也愈快 ; 相對的, 體積越大, 接觸面積越小, 融化越慢, 溫度下降也慢 ( 八 ) 鹽可以使高溫中的木炭降溫 ( 九 ) 鹽的確具有降溫的作用 10
七 檢討 : ( 一 ) 由於室溫的影響, 整個實驗的實驗值可能都略有誤差, 不過整體而言, 並不影響實驗結論 ( 二 ) 由於我們學校地處偏遠, 資源不足, 設備有限, 無法取得更精密的儀器來測量, 以致實驗會略有誤差 不過, 也正如此才能讓我們有機會學習在克難的外在條件下, 尋求解決之道, 讓我們在這次的研究中獲益更多 八 參考資料 : ( 一 )http://www.tsicorp.com.tw/( 台鹽實業股份有限公司 ) ( 二 ) 小牛頓科學百科 (4)- 牛頓出版 P 152 ( 三 )21 世紀兒童百科牛頓出版 P 252~253 ( 四 ) 中國兒童大百科全書嘉義明山書局 P 199~200 ( 五 ) 中華兒童百科全書台灣省政府教育廳 P 431~4317 ( 六 ) 第三十八屆科展優勝作品專輯 11